數字式傳感器係統是在傳統電阻應變式傳感器基礎上，結合現代微電子技術、微型計算機技術集成而發展起來的一種新型電子稱重傳感器。目前，數字式稱重傳感器已經廣泛應用於電子汽車衡、電子軌道衡以及電子皮帶秤等各種電子衡器中。

1　係統設計

本係統是針對應變稱重傳感器的專用測量單元的設計,即通過對外加芯片電路的調整、調試,使傳統的應變稱重傳感器數字化、智能化,使其能以更高的精度、更快的速度輸出更準確的結果,並適宜於同其他數字化設備連接,便於下載和調試。

整個係統主要包含傳感器、數字測量模塊以及進行相應調試顯示功能的儀表或計算機。

首先被測信號(壓力、溫度)通過傳感器部分轉化為電信號。然後,產生的測量電信號被輸入到數字測量模塊進行A/D轉換、數字補償等數字處理,以達到工業實際應用的精度要求。最後補償完的正確的重量信號將以RS-485的通信形式通過數據通信單元輸出給計算機、顯示儀表等來完成各項補償的數學建模功能及顯示功能。

2　係統硬件電路設計

2.11　整體設計

在應變稱重傳感器專用測量單元的設計中,數字測量模塊是最重要的一個部分。本設計采用C8051F350單片機作為數字測量模塊的主控芯片,來控製數字測量模塊乃至整個係統。C8051F350單片機自帶全差分Σ-Δ方式24位8通道AD轉換單元,8位2通道DA轉換單元,而且內建有溫度傳感器、片內可編程增益放大器及8Kflash存儲空間,能夠很好地實現本設計的設計目標。

應變稱重傳感器專用測量單元的硬件連接電路主要可分為以下三個部分:傳感器與數字測量模塊接口電路、數字測量模塊電路和數字測量模塊與顯示驅動芯片接口電路。

傳感器(包括溫度補償芯片)與數字測量模塊接口電路主要是完成將傳感器測得的非電量信號(包括稱重信號和溫度信號)送入數字測量模塊中進行處理。數字測量模塊部分電路的設計主要是完成將傳感器輸入的重量和溫度信號進行放大、濾波、AD轉換和補償等處理。數字測量模塊與顯示驅動芯片接口電路主要是將處理後的數據送入顯示屏進行顯示,以便於觀測。

2.12　傳感器與C8051F350單片機接口電路

本係統在傳感器接口電路部分采用了改進型帶反饋補償輸入的稱重傳感器接口,即在傳感器對外接口中除了常用的電源、模擬地、模擬輸入四條線外,補充了兩條反饋補償輸入線。其中兩條模擬輸入線分別接入C8051F350的AIN012和AIN013;兩條反饋補償輸入線中數據線接入P010而時鍾線接入P011。這樣,在傳感器將模擬量輸出到AD轉換器的同時溫度補償芯片AD7416也同時輸出補償參數給單片機,實現了對傳感器輸出的補償。

2.13 RS485通訊芯片與C8051F350單片機接口電路RS485通訊芯片與C8051F350單片機接口電路中采用了75ALS180接口芯片。由於RS-485采用可使能控製的平衡發送和差分接收方式來實現全雙工通信,因此本係統將單片機的P114與75ALS180的DE端相連,作為RS485通訊的使能控製端;將P113和P115與75ALS180的R和D端相連,作為RS485通訊的輸入輸出端RXD和TXD;同時將75ALS180的RE端接地以使其一直有效。這樣,便可以利用單片機來進行RS485數據的讀寫控製,完成了RS485通訊芯片與C8051F350單片機接口電路的配置。

2.14　數字測量模塊與顯示驅動芯片MAX6952接口電路為了便於測量結果的顯示,采用顯示驅動芯片MAX6952驅動顯示屏顯示稱重結果,並由C8051F350單片機對其進行控製。MAX6952是一種串行顯示驅動芯片,一片MAX6952最多可以驅動4組5位7段LED顯示器,本設計讓這四組顯示器顯示測量台重量、皮重、毛重、淨重。

進行各種稱重行為,如傳感器校準、稱重、去皮、調零等的操作,需要開發一套通信命令碼協議對其加以控製。這樣一來所有的外接通信設備都要求以這種通信格式開發相應的控製程序,對稱重模塊發出各種稱重請求信息,從而提高了稱重模塊的適用範圍[7]。同時還可以交給不同的用戶按照自己的需要開發自己的操作終端。本通信協議對命令頭、選址碼、功能碼、校驗碼及命令尾均有嚴格規定。

(1)命令頭標誌著一次信息傳輸的開始;

(2)選址碼用於從數據眾多的接收機中確定目的機;

(3)功能碼又包含稱重功能碼和輔助功能碼兩部分:稱重功能碼是與稱重行為相關的命令碼,主要包括調零、稱重、去皮、顯示四個命令;輔助功能碼則主要是係統自身設置相關的命令,主要包括:錯誤檢測和采樣率設置兩個命令;

(4)校驗碼為用於校驗目的的一組數據項的和,以十六進製為數製表示的形式;

(5)命令尾標誌著一次信息傳輸的結束。

3.12　係統執行流程

測量單元對命令碼的響應通過中斷程序interrupt_Init()來實現。初始時,程序認為除預先規定好的命令頭以外的所有命令都為無效命令,隻有在確認命令頭後程序才會進行下一步操作;確認命令頭後程序會根據接收到的選址碼確定目標接收機,然後通過判斷功能碼進入到相應的功能子程序,完成相應的稱重功能或輔助功能;如果程序沒有收到有效的功能碼程序不進行任何動作自動返回等待下一次的通信;

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