0引言
傳統的大噸位稱重係統已無法滿足現代企業的生產與工程需求［1］。企業迫切需求對其安裝在建築工地現場的幹混砂漿料罐中餘料重量進行實時測量並實現遠程監測，以便根據物料餘量合理安排生產及輸送。根據上述特定應用目的，設計開發一款具備多路大噸位稱重傳感器測量接口、GPS定位信息采集、GPRS數據及指令傳輸及現場人機交互接口等基本功能模塊的稱重儀。該稱重儀具有GPS定位、GPRS數據傳輸、以絕對值或百分比值顯示稱重值、顯示物料品種信息、遠程關閉顯示、現場通過按鍵設置參數、遠程參數設置、現場蜂鳴器及LED閃爍超限報警、遠程重啟等豐富功能，可滿足實際工程需求。
1硬件設計
該稱重儀硬件主要由大噸位稱重傳感器、A/D數據采集單元、單片機最小係統、GPS及GPRS模塊、現場人機交互接口及電源模塊等功能模塊組成，其結構原理框圖如圖1所示。

1.1稱重傳感器
該稱重儀雖然根據1～100t稱重需求設計，但在允許誤差範圍內(此稱重儀針對2%的需求設計)可與各種量程的稱重傳感器接口，應用於不同容量的砂漿罐體。稱重傳感器內部集成電阻應變片及惠斯登電橋，將壓力產生的應變量轉換成利於采集的電壓信號。大噸位傳感器安裝在固定在地麵的罐體安裝筒裏麵，稱重儀安裝在控製櫃裏，如圖2所示。

由圖2知道，該稱重儀最多可連接4路傳感器，對於3個支腳的罐體，也可用於連接3個傳感器，根據連接的傳感器數量需要通過按鍵選擇相應的計算參數。同時，傳感器的輸入電壓靈敏度一般有1.0mV/V和2.0mV/V，也需要選擇對應的參數。具體的參數選擇如表1所示。
1.2A/D數據采集及單片機單元
針對A/D數據采集及各種功能控製，該稱重儀核心采用了C8051F350單片機［2］。該單片機內部集成可編程增益放大器PGA、24位差分A/D轉換器及輸出濾波器等模塊，使得該稱重儀比傳統的設計方案集成度更高、生產調試更為簡單、性價比更高。設計需求中當量程為100t時，在10kg分辨率能穩定顯示，則A/D轉換精度計算公式為:10kg/100t=1/10000≥1/2x，由此計算得x可取最小正整數為14，即對A/D的要求為14位精度，此單片機用作A/D采集能滿足設計需求［3］。傳感器A/D數據采集及單片機模塊電路結構如圖3所示

1.3GPS及GPRS模塊
該稱重儀中GPS及GPRS功能模塊采用獨立設計，使得該功能模塊可與其他部件分開調試生產，對於該模塊功能故障的維護過程中可直接替換，縮短現場的維護時間，可有效降低對現場正常施工的影響。
該模塊與單片機核心模塊接口如圖4所示，與GPS及GPRS模塊的接口信號包含接收RXD、發送TXD及聯網狀態LINK。接口的信號均通過高速光電耦HCPL2503進行隔離，電源通過IB0505S隔離電壓源模塊隔離，以降低GPS信號、GPRS信號及天線引入的靜噪幹擾對模擬電路數據采集產生的影響.

1.4現場人機接口
該稱重儀具有豐富的人機口，如圖5所示。其中，液晶屏用於顯示稱量結果、運行狀態及儀器參數等信息;按鍵用於參數設置;蜂鳴器及LED用於現場超限報警。

2軟件設計
軟件部分包括後台程序與前台程序。後台程序包括單片機初始化程序及主循環程序;前台程序包括串口中斷程序及定時中斷程序。
2.1主循環程序
主循環控製流程如圖6所示，包括以下幾個部分。

(1)按鍵指令處理。判斷是否有按鍵按下並根據鍵值執行相應的操作;
(2)串口數據處理。判斷是否完整接收完一幀數據，並當一幀數據接收完整後對數據進行解析，根據指令修改運行模式及設定新的運行參數;
(3)傳感器A/D數據采集。判斷是否允許一次數據采集，如果允許則進行一次A/D轉換任務，並對數據的進行校準和存儲;
(4)數據的發送。判斷是否允許一次數據發送，如果允許則通過GPRS進行一次數據和參數的發送。
2.2前台中斷程序
前台程序中包含串口中斷程序，主要用於發送數據結束的判斷及接收數據完整性的判斷，並根據結果改寫信號變量，從而改變後台程序的運行狀態。
同時，前台程序中還包含一個1ms定時中斷程序。每中斷1次，包含的主要任務有:讀取端口鍵值，改寫信號變量並將鍵值發送給後台程序;通過對中斷計數的方式計算時間間隔;當時間間隔達到設定的采集時間間隔或發送時間間隔時改寫相應信號變量，允許後台程序進行A/D數據采集或數據發送。
3精度校準
測量儀器的設計需要考慮分辨率、精度、穩定性等基本指標，分辨率等指標由設計方案決定，而精度指標可以在儀器設計完成後通過好的校準方法得以提高。校準的步驟:負載m1時稱重值為M1;當負載為m2時，稱重值為M2。根據以上測量值繪製的校準曲線如圖7所示。

根據校準曲線可得到校準公式為:

式中:Mx為校準前的稱重值;M'x為校準後的稱重值，而M'x逼近實際的負載m
4結束語
該大噸位稱重儀已在成都某建築工地現場投入運行，長期使用結果表明其測量精度高、性能可靠、成本低廉且維護容易。采用單片機智能控製，可對軟件進行裁剪和修改後與多種量程稱重傳感器接口使用，具有滿足各行業稱重應用的潛力。

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