1  引言

    行車稱重顯示控製器是冶金工業現場稱重的重要設備之一，它廣泛應用於工礦企業、物資部門貨物稱重。但目前所使用的行車稱重器分布零散，不便統一管理。有鑒於此，我們研製了基於虛擬儀器的分布式行車稱重顯示控製器。

    虛擬儀器是目前測控領域中最為流行的技術之一。它是計算機硬、軟件和計測技術、儀器儀表技術共同結合的產物，計算機友好的人機交互、方便快捷的即時在線幫助，強大的圖形和數據處理功能，大容量存儲以及顯示，文件管理、打印輸出等功能，徹底的彌補了傳統硬件化儀器的不足，使得虛擬式儀器成為先進的智能化儀器。

    Lab Window/CVI  (Cfor Vinual Instrument)是目前虛擬儀器開發的常用軟件，它以最常用的C語言為基礎，使虛擬儀器開發變得更加方便、靈活、功能更強大，所以在研製行車稱重顯示控製器時，我們采用了Lab Window/CVl作為上位機的編程軟件。

    在該稱重顯示控製器中，下位機用89C51單片機，完成控製對象的數據采集和直接控製，上位機( IMB-PC機)使用LabWindows／CVI的軟件開發平台，應用LabWindows/CVI多種開發功能，對測量數據進行顯示、處理、存儲及參數設定。通訊標準采用FIA RS-232C串行接口，形成分布式微機控製係統。

2  硬件設計

2.1 工作原理

    將圓柱式電阻應變式傳感器采用吊掛式安裝在行車上，傳感器在軸向有一個或幾個電阻應變片，在圓周方向也有同樣數目的電阻應變片。當傳感器受力時，電阻應變片發生變形，導致電阻的變化，測量電橋將由平衡轉為不平衡，電阻的信號轉化為微弱的毫伏級電信號，經過預處理後，可作為被測信號送人A/D轉換器。

    我們設計的行車稱重顯示控製器有4種工作方式：第1種方式下，可對第1路信號進行測量；第2種方式下，對第2路信號進行測量；第3種方式下，循環對兩路信號進行測量；第4種方式下，可對行車稱重顯示控製器的工作參數進行設定。

    使用時，先通過撥碼開關對行車稱重顯示控製器設定好工作方式，被測信號、標準電壓信號、模擬地信號均送人模數轉換AD654。進行A/D轉化後的脈衝信號送人89C51，通過計數器定時計數與基準信號計數結果比較來讀取毫伏電壓信號，再把毫伏電壓信號還原成重量信號的數字描述。並通過89C51實現打印、顯示、報警、通訊，上位機可對數據進行進一步的處理和存儲，實現分布式測控。

2.2硬件電路

行車稱重顯示儀表係統組件主要由多路選擇電路、信號處理電路、顯示電路、鍵盤電路、報警電路、通訊接口、擴展EPROM接口及校正自啟動電路等組成。

   (1)多路選擇電路

   單片機設計的行車稱重顯示控製器，需要對多路信號進行采集和處理，如果每一路都采用各自的輸入回路，即每一路都采用放大、采樣／保持，A/D轉換等環節，不僅成本比單路成倍的增加，而且會導致係統體積龐大，且由於模擬器件、阻容元件參數特性的不一致性，對係統的校準帶來了很大的困難；並且對於多路巡檢信號采集情況，每路單獨采用一個回路幾乎是不太可能。因此，除了特殊的情況下采用多路獨立的放大、A/D和D/A外，通常采用公共的采樣／保持及A/D轉換回路（有時甚至可將某些放大電路公用），而要實現這種設計，往往采用多路模擬開關。多路開關的作用主要是用於信號切換，如某一時刻接通某一路，讓該路信號輸入、其他路斷開，從而達到信號切換的目的。

    行車稱重顯示控製器中的信號多路選擇電路設計采用常用的CD4051芯片。CD4051是一種8選1的多路選擇開關，輸入信號8路，輸出1路。CD4051選擇8路輸入信號中的哪一路作為輸出是由控製信號A、B、C決定的。A、B、C組成一個數字序列。所以通過計數器CD4024發過來的信號Q₀、Q₁、Q₂輸入到CD4051的A、B、C端就可以決定哪一路被選擇輸出。例如選擇第4路信號輸入作為輸出，隻要CD4024的Q₀、Q₁腳發低電平，Q₂發出高電平就可以了。

    CD4024的第1腳CLK是脈衝輸入端，第2腳RST是清除端，高電平有效，它們通過光電耦合開關TLC521分別與CPU的P_L0、P_L1相連。當CPU的PL1發出高並保持的時候，PL0不斷發出脈衝，CD4024計數，通過P_L0、P_L1,發脈衝可控製CD4024計數，

使計數值Q₀、Q₁、Q₂作為8選1的多路選擇開關CD4051的A、B、C信號的輸入，所以通過P_L0、P_Ll可改變CD4024計數值Q₀、Q₁、Q₂送CD4051就可以決定哪一路Vx被選擇輸出。

    (2)頻率測量電路

經多路選擇電路輸出的信號經過OP07放大後送入AD654，轉換得到的頻率信號利用89C51記數測量。在單片機內由軟件實現80ms的定時，通過單片機的T₀進行定時內的AD654的輸出脈衝記數，一旦定時時間到，就讀出T₀的記數值，供後麵的計算使用。

    (3)顯示及鍵盤電路

    我們將空閑的串行口用作顯示、鍵盤接口。共用6片74LS164來擴展I/O口。其中顯示用5片74LS164．采用準靜態的顯示方式，每片74LS 164送數據同時到對應的LED數碼管，通過89C51的P_L5腳發出顯示數據．P_L6腳發出驅動電平，控製顯示74LS 164的時鍾，以保證一組參數的完整顯示；餘下的一片74LS164實現鍵盤接口，也使用P _L5腳發出掃描數據．P _L7腳用作掃描數據的移位脈衝，實現對6根鍵盤線的掃描，鍵盤數據回收線接入89C51的P _3.5腳。

    鍵盤的連接是采用8位串行輸入並行輸出移位寄存器74LS164來構成行列式鍵盤。采用編程掃描方式，來取得鍵號。89C51的P _3.5口接鍵盤的行線，用來回收鍵掃描數據，行線X₀～X₇的電位作為鍵掃描口。Q ₀~Q ₇接列線作為鍵輸人口。P _：5接74LS1 64的A、B端，依次串行輸出值。

    在該單片機的應用係統中，使用的顯示器為LED（發光二極管顯示器），這種顯示器成本低廉．配置靈活，與單片機接口方便，L ED顯示塊是由發光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機係統中通常使用的是7段LED，這種顯示塊有共陰極和共陽極2種。

    我們采用的是共陰極，共陰極LED顯示塊的發光二極管陰極共地，7段顯示塊與單片機的接口非常容易：隻要將一個74LS164的8位並行輸出口與顯示塊的發光二極管的引腳相連即可。8位並行輸出口輸出不同的字節數據即可獲得不同的數字或字符。

    通常將控製發光二極管的8位字節數據稱為段選碼。由於要顯示的字數不多，采用靜態顯示方式下共陰極連接在一起接地，每位的段選線與一個74LS1648位並行口相連，每一位可獨立顯示，隻要在該位的段選線卜保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。

    由於每一位有一個8位輸出口控製段選碼，故在同一時間裏每一位顯示的字符可以各不相同，每片74LS164送數據同時到對應的LED數碼管，通過89C51的P _L5腳發出顯示數據，P _L6腳發出驅動電平，控製照示74LS 164的時鍾，以保證一組參數的完整礁示．

    (4)外圍芯片24C02

    24C02是近年來推出的EEPROM係列產品之一，它的串行接口為PCBLTS接日，常用普通的2根I/O口線串行傳輸；具有頁寫模式；白同步寫周期為10ms，具有寫保護措施；10萬次寫人次數，100萬年數據保存，    A₀,A₁，A₂為芯片地址線，單片使用時一般接V_ss；SCL為串行移位時鍾；SDA為串行數據或地址通過SDA，CPIT可對芯片寫入或讀出數據；WP為寫保護若WP接V_cc芯片隻讀．

    這裏24C02用作係統的EEPROM，用於存入儀器的E F限報警值，儀表的量程。單片使用A₀,A₁，A₂，V_ss均接地。串行時鍾SCL接89C51的P_L4引腳，串行數據或地址線SDA接89C51的P_L5引腳。

    由於24C02寫入的數據停電不丟失，占用極少的I/O資源，非常適合於各類儀器儀表的參數保存，它的引入使儀表的硬件結構十分簡潔、係統擴展極為方便

    (5)單片機應用係統中的l／()n擴展

    MCS-51單片機共有4個並I/O口，但這些I/O口並不能完全提供給用戶使用：，隻有對於片內有ROM/EPROM的單片機8051/8751，在不使用外部擴展時，才允許這4個I/O口做為用戶使用，然『麵對於大多數使用6031以及使用8051/875l需外部扣“展時，MCS-51單片機可提供給用戶使用的P₁口和部分P₁口線，，因此，在大部分的MC.S-51單片機應用係統設計巾都不可避免地要進行I/O口的擴展。

    在單片機應用係統中，8255與MCS-51單片機連接方式簡單，其工作方式由程序設定8255可編程並行I/O芯片由以下4個邏輯結構組成：

    數據總線驅動器，這是雙向3態的8位驅動器，用於和單片機的數據總線相連，以實現單片機與 8255芯片的數據傳送。並行I/O端門，A 口、B口和C口 這3個8位I/O端口功能完全Fh編程決定，但每個口都有自己的特點

讀／寫控製邏輯．它用於管理所有的數據、控製字或狀態字的傳送。它接收單片機的地址線和控製信號米控製各個口的工作狀態。CS為8255的片選信號，RD為控製信號，WR為寫控製端。A₀、A₁為口地址選擇。通過A₀、A₁可選中8255的4個寄存器。

    口地址選擇如下：A₀、A₁為00，選輸出寄存器A（A口），為01選輸出寄存器B（B口），10選輸出寄存器C（C口），為1l選控製寄存器（控製口）。RESET為複位端，當RESET=1時，8255複位。複位狀態是：控製寄存器被清除，所有接口(A、B、C)被置入輸入方式。

    這裏采用89C51的P₀口與8255的數據總線相連，8255的讀寫控製信號RD、WD和89C51的讀寫控製信號RD、WD相連。8951的P₂₀、P₂₁控製8255的A₀、A₁進行口地址選擇。8255的A口接打印機接口，B口通過鎖存器74LS373接繼電器實現報警功能。

    (6)通信口電路

    上位機（IMB-PC機）串行口給出的是標準電平，89C51給出的是TTL電平，這兩種電平互不兼容，必須將TTL電平與RS-232C電平進行轉換。通常+5V和士12V電源供電，而且工作不穩定。

    我們使用INTERSIL公司生產的ICL232集成電路，它是單片集成雙RS-232發送／接收器，采用單一+5V電源供電，內部有兩組電壓轉換電路，外接至多是4個電容．兩隻電阻便可以構成標準的RS-232C通訊接口。

    由多個下位單片機通過RS-232C總線與上位PC機連接可成為一個多微機控製係統，上位機通過地址識別可以同時管理多個單片機係統。

3  軟件設計

  在該稱重顯示控製器中，下位機用89C51單片機，完成控製對象的數據采集和直接控製，上位機( IMB-PC機)使用LabWindows/CVI的軟件開發平台，對測量數據進行顯示、處理、存儲及參數設定，形成分布式微機控製係統。其軟件相應的也就可以分為由匯編語言編寫的下位機軟件部分和用LabWindows/CVI開發的上位機軟件部分。

3.1下位機軟件部分

    單片機對控製對象的數據采集和直接控製由主程序調用各個功能子程序實現。功能子程序主要包括：數據采集及計算程序、顯示程序、鍵盤程序、通訊程序、打印程序等。

3.2上位機軟件部分

    基於標準的C語言的半圖形化的開發工具LabWin-dows/CVI，不僅提供了對虛擬儀器的支持能力，還具有各種測試、控製和數值分析能力，集成了數據庫開發的軟件包，使得該工具能適應大型分布式測試應用係統的開發要求，開發功能更加強大。

    所以，我們選用LabWindows/CVI作為上位機的工作平台，利周計算機的圖形能力和數值功能建立圖形化的虛擬儀器麵板，RS232總線作為LabWindows/CVI的I/O接口設備，通過特定的算法實現對測量數據進行顯示、處理、存儲及參數設定。

    首先，我們根據任務確定程序的基本框架如程序界麵、程序中所需的函數等。然後，根據第一步製定的方案創建用戶圖形界麵及回調函數名，讓計算機生成程序代碼及回調函數的基本框架，添加函數代碼，完成源代碼的編製工作。最後，編譯、調試程序。把頭文件，用戶圖形界麵文件，源代碼文件添加到項目文件中去，完成整個程序的編製。

4  結束語

   分布式行車稱重顯示控製器精度高、功能強、使用方便。基於虛擬儀器的設計使用戶的操作方便直觀，克服了稱重器地理位置分布零散不便統一管理的缺點，真正的實現了自動化的統計管理。

參考文獻

1 塗時亮，張友德，陳章龍．單片微機軟件設計技術，1988.

2 何立民．單片機應用係統設計，北京航空航天大學出版社，1994.

3 秦樹人，虛擬儀器及其最新發展，振動、測試與診斷，2000,6．

4 李臘元，官本雲，智能儀器儀表．科學出版社，1993.

5 王蘭省，李振海．虛擬儀器係統開發技術．測控技術，  1999,4．8

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