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1簡(jiǎn)述
伴隨著電子信息技術(shù)和電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展趨勢(shì),傳統(tǒng)式的腳踏式稱重儀表正逐漸被根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的電子器件稱重儀表所替代。電子器件稱重儀表具備特性靠譜、容積精巧、便于安裝應(yīng)用等特性,被普遍地用以各種各樣計(jì)量檢定、定量分析稱重設(shè)備中[1]?，F(xiàn)階段稱重儀表關(guān)鍵的發(fā)展趨向是選用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)硬件配置或手機(jī)軟件的樂高積木式組成來完成不一樣的作用要求。比如客戶明確提出的規(guī)定后，只需在儀表機(jī)箱里采用不一樣的線路板組成或變更編碼存儲(chǔ)處理芯片。文中設(shè)計(jì)方案的儀表盤中模擬量輸入收集與模塊關(guān)鍵承擔(dān)重量傳感器數(shù)據(jù)收集和邏輯性控制，在其中A/D變換處理芯片采用英國(guó)CirrusLogic企業(yè)的CS5532ASZ；儀表盤顯示器選用高像素和亮度高、使用期長(zhǎng)的真空泵熒光顯示器，且采用VFD專用型操縱／驅(qū)動(dòng)器處理芯片CS16312，該處理芯片集成化了VFD顯示信息操縱、功能鍵操縱、LED顯示信息操縱等作用。VFD顯示信息控制模塊并選用獨(dú)立的微控制器，促使顯示器實(shí)用性很強(qiáng)；Ethernet插口控制模塊選用通用性串口通信轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口機(jī)器設(shè)備ZNE-10T，將儀表盤RS232網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到Internet互聯(lián)網(wǎng)。開關(guān)電源采用英國(guó)輸出功率集成化企業(yè)的TOP224Yic設(shè)計(jì)片式集成化電路，具備經(jīng)濟(jì)效益高、性能參數(shù)高、可完成多通道輸出等優(yōu)勢(shì)。儀表盤中每個(gè)控制模塊相對(duì)性單獨(dú)，控制模塊中間通信選用規(guī)范的RS232接口，便捷依據(jù)要求組成，比如儀表盤運(yùn)用場(chǎng)地沒有以太網(wǎng)接口接通道，由于應(yīng)用規(guī)范的RS232接口，儀表盤傳輸數(shù)據(jù)則能夠挑選近距直接與電子計(jì)算機(jī)的COM口聯(lián)接或是長(zhǎng)距離另加RS232轉(zhuǎn)RS485的控制模塊聯(lián)接到別的的控制板上。另外，規(guī)范的插口也促使便捷將儀表盤控制模塊用具備相近作用的商品取代，如客戶準(zhǔn)備應(yīng)用觸摸顯示屏顯示信息實(shí)際操作，只需將含有RS232接口觸摸顯示屏替代目前的VFD顯示信息控制模塊就可以。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
儀表盤分成五個(gè)一部分模擬量輸入收集與操縱、VFD(真空泵熒光顯示器)顯示信息、Ethernet插口、IO拓展插口及開關(guān)電源，總體架構(gòu)如圖所示1所顯示。

2.1開關(guān)電源
真空泵熒光顯示器（VACUUMFLUORESCENTDISPLAY）是以真空泵整流管發(fā)展趨勢(shì)而成的顯示器件，由發(fā)送電子器件的負(fù)極（直熱式，通稱鎢絲）、加快操縱電子流的柵極、玻璃基板上印上電極和夜光粉的陽(yáng)極氧化及柵網(wǎng)和玻蓋組成。在鎢絲兩邊再加上要求的鎢絲工作電壓，使負(fù)極溫度做到6000C上下而放射性熱電子，再將陽(yáng)極氧化再加上正工作電壓，因柵極的功效而放射性熱電子加快，可能相互之間沖擊性而激起夜光粉，而使夜光粉發(fā)亮[4]。
依據(jù)上邊描述，再融合收集模塊、Ethernet插口控制模塊供電系統(tǒng)，將全部?jī)x表盤必須的供電系統(tǒng)狀況歸納以下表：

根據(jù)上述規(guī)定，本儀表盤采用英國(guó)輸出功率集成化企業(yè)TOPSwitch系列產(chǎn)品片式電源變壓器處理芯片，該系列產(chǎn)品處理芯片具備集成化PWM控制板和MOSFET輸出功率開關(guān)管、適用極寬的輸入交流電流和頻率范疇、外圍電路簡(jiǎn)易，成本費(fèi)便宜，處理芯片自身功能損耗低，開關(guān)電源的整體高效率達(dá)到80％等特性[2]。
模擬量輸入收集與控制器和VFD顯示信息板都必須+9V工作電壓供電系統(tǒng)，且收集板上A/D變換規(guī)定模擬量輸入?yún)⒄展ぷ麟妷阂?guī)定較嚴(yán)苛，為了更好地不互相影響，分為雙路供電系統(tǒng)。依據(jù)二塊板輸出功率規(guī)定，設(shè)計(jì)方案一路10V/0.4a工作電壓歷經(jīng)LM340T5變換給模擬量輸入收集與控制器供電系統(tǒng)，VFD顯示信息板則選用12V/0.2A經(jīng)LM340T5變換供電系統(tǒng)。I/O板必須的+24V工作電壓則立即設(shè)計(jì)方案一路24V/0.2A。
依據(jù)VFD顯示信息供電系統(tǒng)規(guī)定，最先設(shè)計(jì)方案一路-37V/0.2A工作電壓歷經(jīng)LM317轉(zhuǎn)換成-30V，做為CS16312EN的參照工作電壓，再應(yīng)用4.7V穩(wěn)壓極管將工作電壓拉漲成-25V收到鎢絲一端，而鎢絲中間3.3V/145mA壓力差則是在-25V工作電壓的基本上反串表演上工作電壓為3.3V的不共地工作電壓，那樣就可得到 鎢絲另一端-21.7V工作電壓。歷經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證，該VFD供電系統(tǒng)計(jì)劃方案行得通。
依據(jù)規(guī)定，電路關(guān)鍵一部分電源變壓器設(shè)計(jì)方案如圖2所顯示。

2.2模擬量輸入收集與模塊
如圖所示3所顯示，控制模塊關(guān)鍵包括AD轉(zhuǎn)換電源電路和MCU以及他外圍電路。
稱重儀表的精密度關(guān)鍵在于A/D變換處理芯片的屏幕分辨率。A/D變換處理芯片的挑選對(duì)決策儀表盤特性尤為重要，文中儀表盤采用CirrusLogic企業(yè)的CS5532ASZ轉(zhuǎn)化器，該處理芯片是高集成度的ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，運(yùn)用了電荷守恒技術(shù)，其屏幕分辨率做到24位。處理芯片內(nèi)部有一個(gè)極低噪音的換流器平穩(wěn)儀表放大器，較大 增益值達(dá)到64倍。該ADC特別適合精確測(cè)量稱重儀表、過程管理、科學(xué)研究和診療等主要用途的單/雙旋光性小數(shù)據(jù)信號(hào)[3]。
圖上重量傳感器脈沖信號(hào)連接ADIN+、ADIN-，歷經(jīng)有電容器電感器構(gòu)成的過濾互聯(lián)網(wǎng)清除高頻率影響后送進(jìn)安全通道1。脈沖信號(hào)在CS5532中歷經(jīng)放大、AD轉(zhuǎn)換、過濾，最終模擬信號(hào)從SDO輸出到MCU，等候進(jìn)一步解決。MCU根據(jù)SDI線對(duì)CS5532開展安全通道挑選、前置放大器增益值、校準(zhǔn)方法及其數(shù)據(jù)信息輸出頻率等設(shè)定。SDI和SDO是在時(shí)鐘信號(hào)SCLK的相互配合下開展存取數(shù)據(jù)，CS是片選數(shù)據(jù)信號(hào)，低電頻合理。CS5532與MCU的實(shí)際聯(lián)接如圖所示3所顯示。AD轉(zhuǎn)換必須一個(gè)精準(zhǔn)平穩(wěn)的模擬量輸入?yún)⒄展ぷ麟妷?，本儀表選應(yīng)用DC-DC元器件ZY0505BD造成防護(hù)9V工作電壓再選用標(biāo)準(zhǔn)工作電壓處理芯片LM236-2.5直到精準(zhǔn)平穩(wěn)的2.9V參照工作電壓。
本儀表盤的主控制板采用TI公司MSP430F147，該單片機(jī)設(shè)計(jì)具備超功耗、16位RISC構(gòu)造、強(qiáng)勁的解決工作能力、系統(tǒng)軟件工作中平穩(wěn)等特性。為使系統(tǒng)軟件平穩(wěn)靠譜運(yùn)作，應(yīng)用帶I2C串行通信CMOSE2PROM、精細(xì)校準(zhǔn)控制板和看門狗1計(jì)時(shí)器的監(jiān)管處理芯片CAT1161，且儀表盤斷電仍需儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在CAT1161內(nèi)置的16KE2PROM中。此外與VFD顯示信息控制模塊、以太網(wǎng)接口控制模塊串行通訊接口采用美信企業(yè)的MAX202CSE?？刂颇K中IO電源電路與IO拓展電路圖講解一樣，故在IO拓展控制模塊中敘述。

2.3VFD顯示信息控制模塊
如圖4所顯示，AT89C52與VFD專用型操縱處理芯片CS16312EN通訊是應(yīng)用了三根口線。P1.0與CS16312的DIN相接用以數(shù)據(jù)信息輸入。P1.1與DOUT相接用以數(shù)據(jù)信息輸出。P1.2與CLK相接，造成串行通信時(shí)鐘信號(hào)。P1.3與STB相接，造成數(shù)據(jù)信息/指令鑒別數(shù)據(jù)信號(hào)。DOUT口是N斷面開漏輸出，故外接4.7K上拉電阻。CS16312處理芯片內(nèi)建了OSC，震蕩頻率從外接電阻器決策，電阻器典型值為51K。CS16312的7根GRID線分別收到VFD的柵極（grid）G1--G7,13根SEG線與VFD的陽(yáng)極氧化(anode)P1—P13相接。動(dòng)態(tài)性掃描儀顯示信息由CS16312內(nèi)建硬件配置電源電路全自動(dòng)進(jìn)行。GRID線循環(huán)系統(tǒng)輸出柵極掃描儀數(shù)據(jù)信號(hào)，SEG線輸出取之內(nèi)部顯示信息RAM區(qū)與之相匹配的顯示信息數(shù)據(jù)信號(hào)[4]。

腳位KEY1～KEY4和SK1～SK6能夠一起組成4×6電腦鍵盤掃描儀電源電路，在顯示信息周期時(shí)間的尾端掃描儀數(shù)據(jù)信息將儲(chǔ)存在鍵值數(shù)據(jù)信息RAM內(nèi)，24個(gè)功能鍵應(yīng)用3個(gè)字節(jié)數(shù)儲(chǔ)存。本儀表盤數(shù)字鍵盤和按鍵一共有20個(gè)，因此 設(shè)計(jì)方案了4×5電腦鍵盤掃描儀電源電路。CS16312的LED驅(qū)動(dòng)鎖存的低4位相匹配于LED0～LED3腳位，每一個(gè)腳位的較大 驅(qū)動(dòng)器工作能力為50mA。當(dāng)其數(shù)值0時(shí)，LED燈亮；數(shù)值1時(shí)，LED燈滅。

2.4Ethernet插口控制模塊
如圖所示5所顯示，Ethernet插口控制模塊電源電路的關(guān)鍵元器件是ZNE-10T，該元器件是廣州致遠(yuǎn)電子器件有限責(zé)任公司開發(fā)設(shè)計(jì)的一款內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī)設(shè)備，它內(nèi)部集成化了TCP/IP協(xié)議棧，客戶運(yùn)用它能夠輕輕松松完成內(nèi)嵌式機(jī)器設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)作用[5]。ZNE-10T具備10M以太網(wǎng)接口，較大 115200bps的串口波特率，多種多樣工作方式(UDP、TCPServer、TCPClient)，功能損耗低于200mW等特點(diǎn)。ZNE-10T使RS232或RS485網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到以太網(wǎng)接口，促使向以太網(wǎng)接口傳送數(shù)據(jù)等同于串口通信傳送數(shù)據(jù)(配備好控制模塊的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)ip、串口波特率等主要參數(shù))。采用ZNE-10T大大縮短了儀表盤開發(fā)進(jìn)度，且機(jī)器設(shè)備價(jià)錢不高。
如圖所示5所顯示，J0是帶2個(gè)LED燈的以太網(wǎng)接口RJ45插口，ZNE-10T機(jī)器設(shè)備中腳位LED_RXD和LED_TXD是以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)信息推送接受顯示燈輸出口，因此 將兩腳位聯(lián)接在RJ45插口LED燈上用以標(biāo)示推送接受情況。圖上D1是網(wǎng)線水晶頭聯(lián)接一切正常顯示燈。ZNE-10T機(jī)器設(shè)備腳位TXD和RXD是串口通信數(shù)據(jù)信號(hào)接受推送口，應(yīng)用ZNE-10T時(shí)，RXD、TXD立即和MSP430的UTXD1、URXD1相接。留意應(yīng)用時(shí)要將模擬量輸入收集與控制器上的跳線帽拔掉，促使UTXD1、URXD1腳位不與MAX202相接，以防串口通訊接到影響。此外RST_H腳位用以ZNE-10T機(jī)器設(shè)備校準(zhǔn)，低電頻合理，立即與MSP430的P6.4腳位。
2.5IO拓展控制模塊
I/O電源電路采用鎖存74HC373，該處理芯片具備三態(tài)系統(tǒng)總線驅(qū)動(dòng)器工作能力。由于MSP430F147全部端口號(hào)全是雙向口線，本儀表盤采用P4端口號(hào)做為輸出端口號(hào)，P5端口號(hào)做為輸入端口號(hào)。74HC373鎖存數(shù)據(jù)信號(hào)LE由P6.1、P6.2、P6.3經(jīng)3-8譯碼器74HC138得到 。I/O都選用光耦隔離，提高抗干擾能力。在其中輸出電壓外接，即輸出電壓能夠依據(jù)必須聯(lián)接，最大抗壓為50V。

3結(jié)語(yǔ)
本儀表盤特性平穩(wěn)、設(shè)計(jì)方案有效、功能齊全、應(yīng)用靈便,能廣泛運(yùn)用于各種各樣秤重當(dāng)場(chǎng),考慮不一樣客戶的必須，應(yīng)用前景寬闊。其有效的硬件配置模塊化設(shè)計(jì)、方便快捷的Internet互聯(lián)網(wǎng)接入、美觀大方的VFD工業(yè)觸摸屏設(shè)計(jì)方案最能體現(xiàn)當(dāng)今電子器件稱重儀表的發(fā)展前景。

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