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０引言
在工業(yè)生產(chǎn)的計(jì)量領(lǐng)域中，電子稱量系統(tǒng)是生產(chǎn)中十分重要的計(jì)量設(shè)備，傳統(tǒng)的電子稱重控制系統(tǒng)大多采用固定的點(diǎn)到點(diǎn)有線通信［１］，該類設(shè)備一般使用ＲＳ４８５總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，各種儀器儀表通過有線方式連接，這樣不僅現(xiàn)場(chǎng)施工麻煩，而且費(fèi)用很高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，基于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用越來越多［２－３］。本文設(shè)計(jì)了一種無線港口稱重遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，將嵌入式技術(shù)、無線測(cè)控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來。該系統(tǒng)稱量精度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高、成本低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景［４］。
１無線稱重控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
無線稱重控制系統(tǒng)主要由四部分組成，即電子料斗秤體、稱重控制器、無線通信模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖１所示。

電子料斗秤體主要由儲(chǔ)料斗和裝有稱重傳感器的稱量料斗兩部分組成。稱重控制器由前置預(yù)處理電路、顯示電路和單片機(jī)通信電路等組成。無線通信模塊的功能主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，在稱重控制器與中央監(jiān)控室內(nèi)的計(jì)算機(jī)之間建立無線通信連接［５］。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過無線通信模塊采集各臺(tái)稱重控制器的數(shù)據(jù)并對(duì)稱重控制器發(fā)送控制命令，同時(shí)對(duì)采集到的多點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)稱重控制系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控功能。
２系統(tǒng)硬件
２．１稱重控制器結(jié)構(gòu)
稱重控制器主要由Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集電路、輸入輸出部分、鍵盤和顯示部分、通信電路五部分組成，如圖２所示。

Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機(jī)資源豐富、功能完善、功耗低、體積小，是設(shè)計(jì)稱重控制器的理想選擇。數(shù)據(jù)采集電路包括傳感器、前置放大和低通濾波電路組成，稱重傳感器采集的重量信號(hào)經(jīng)過前置放大和濾波電路后，被送到單片機(jī)內(nèi)部的１６位逐次逼近型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。鍵盤和顯示電路主要完成參數(shù)的輸入和數(shù)據(jù)的顯示。輸入輸出控制電路包括光電耦合器、放大電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的輸入輸出控制［６］。通信電路是將單片機(jī)輸出的ＴＴＬ電平信號(hào)經(jīng)過ＳＰ３２３２Ｅ芯片轉(zhuǎn)換成ＲＳ２３２信號(hào)。
體積小，是設(shè)計(jì)稱重控制器的理想選擇。數(shù)據(jù)采集電路包括傳感器、前置放大和低通濾波電路組成，稱重傳感器采集的重量信號(hào)經(jīng)過前置放大和濾波電路后，被送到單片機(jī)內(nèi)部的１６位逐次逼近型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。鍵盤和顯示電路主要完成參數(shù)的輸入和數(shù)據(jù)的顯示。輸入輸出控制電路包括光電耦合器、放大電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的輸入輸出控制［６］。通信電路是將單片機(jī)輸出的ＴＴＬ電平信號(hào)經(jīng)過ＳＰ３２３２Ｅ芯片轉(zhuǎn)換成ＲＳ２３２信號(hào)。
２．２信號(hào)預(yù)處理電路
數(shù)據(jù)采集電路由稱重傳感器、放大濾波電路及Ｃ８０５１Ｆ０６０內(nèi)的１６位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器等組成。稱重傳感器采用電阻應(yīng)變式傳感器，實(shí)現(xiàn)將稱重載荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號(hào)［７］。放大濾波電路采用ＴＩ公司的ＯＰＡ３７和ＯＰ０７組成的差分放大電路，如圖３所示。文中采用ＡＤＣ０單端方式工作，參考電壓ＶＲＥＦ為２．５Ｖ，則其輸入電壓范圍為０～２．５Ｖ。

２．３鍵盤與顯示驅(qū)動(dòng)電路
用于顯示和按鍵接口電路的驅(qū)動(dòng)芯片采用ＢＣ７２８１Ｂ，它與Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機(jī)之間采用２線高速串行接口通信。使用時(shí)需要在雙向數(shù)據(jù)傳輸線ＤＡＴ上加２０ｋΩ左右的上拉電阻，串行接口的同步時(shí)鐘
ＣＬＫ由Ｃ８０５１Ｆ０６０的Ｐ２．１引腳控制。圖４為顯示和鍵盤驅(qū)動(dòng)電路。

本文采用ＢＣ７２８１Ｂ擴(kuò)展２０（５×４）個(gè)矩陣按鍵，‘行’線連接到ＢＣ７２８１的位驅(qū)動(dòng)ＤＩＧ０～ＤＩＧ４，‘列’線連接到第０～７位顯示的段驅(qū)動(dòng)移位寄存器的輸出，為了防止顯示電路對(duì)鍵盤電路的影響，鍵盤矩陣與顯示電路之間必須加入二極管和４．７ｋΩ的隔離電阻。本電路采用了６位數(shù)碼管顯示，只需對(duì)應(yīng)接入一片８位的移位寄存器與ＢＣ７２８１的位驅(qū)動(dòng)ＤＩＧ０～ＤＩＧ７，移位脈沖由７４ＨＣ１６４進(jìn)行控制。
２．４無線通信模塊接口電路
稱重控制系統(tǒng)采用ＲＦ１１００－２３２無線收發(fā)模塊，該模塊內(nèi)置ＴＩ公司最新的高性能ＣＣ１１０１無線通信芯片，４３３ＭＨｚ免費(fèi)ＩＳＭ頻段免許可證使用，低功耗工作，無障礙傳輸距離可達(dá)２００ｍ以上，可應(yīng)用于多種場(chǎng)合。
稱重控制器與無線模塊之間的通信直接采用ＴＴＬ電平，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，圖５為無線模塊與Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機(jī)連接示意圖。監(jiān)控計(jì)算機(jī)與無線通信模塊之間通信需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，在此采用了ＭＡＸ２３２芯片進(jìn)行ＴＴＬ電平與ＲＳ２３２電平轉(zhuǎn)換［８］，圖６為ＰＣ機(jī)與無線通信模塊連接示意圖。

３系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
３．１系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程
監(jiān)控計(jì)算機(jī)每隔２００ｍｓ通過串口進(jìn)行一次稱重控制器數(shù)據(jù)采集。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過串口將采集指令傳輸給無線通信模塊的單片機(jī)，然后無線通信模塊的單片機(jī)再將收到的指令通過ＳＰＩ接口發(fā)送給ＣＣ１１０１，ＣＣ１１０１在發(fā)送模式下，將傳輸?shù)挠行лd荷寫入ＴＸＦＩＦＯ中，并在數(shù)據(jù)包中將添加可控?cái)?shù)據(jù)的前導(dǎo)碼、同步詞匯和ＣＲＣ奇偶校驗(yàn)碼，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去；當(dāng)稱重控制器的無線模塊接收到有效的數(shù)據(jù)后，經(jīng)前導(dǎo)偵測(cè)、同步詞匯偵測(cè)、檢測(cè)ＣＲＣ校驗(yàn)碼對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析送出，無線模塊的單片機(jī)通過ＳＰＩ接口從ＣＣ１１０１中讀出接收數(shù)據(jù)，然后再經(jīng)串行口送給稱重控制器，接著稱重控制器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行采集數(shù)據(jù)和控制外圍設(shè)備工作［９］。采集任務(wù)完成以后，稱重控制器將采集到的數(shù)據(jù)參數(shù)再通過無線通信模塊送回到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理以及打印輸出等操作。
３．２稱重控制器稱重控制程序
本文采用了二段加料法，即快加料和慢加料，通過快加料縮短加料時(shí)間，提高稱量效率，用慢加料減小稱量誤差，提高稱量精度。設(shè)定系統(tǒng)中當(dāng)前重量為Ｍ０，快加料目標(biāo)量為Ｍ１，目標(biāo)加料量為Ｍ２，慢加料停止的提前量為Ｍ３，慢加料目標(biāo)量為Ｍ２－Ｍ３。加排料控制子程序如圖７所示。

３．３無線通信模塊軟件設(shè)計(jì)
無線通信模塊［１０－１１］主要由ＣＣ１１０１接收和發(fā)送程序組成，無線通信模塊的單片機(jī)通過ＳＰＩ接口對(duì)ＣＣ１１０１進(jìn)行配置［１２］。當(dāng)ＣＳｎ為低電平時(shí)，ＳＰＩ接口開始工作，準(zhǔn)備接受一條指令，ＣＳｎ由高到低跳變時(shí)開始轉(zhuǎn)換指令。無線通信流程如圖８所示。

４系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)的無線模塊工作在頻段４３３ＭＨｚ，該頻段為免費(fèi)ＩＳＭ頻段免許可證使用（４２０～４４０ＭＨｚ）；在無障礙物可視的情況下可以達(dá)到２３０ｍ，在有電機(jī)干擾的車間環(huán)境下可傳輸８０ｍ左右；中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件采用ＭＣＧＳ組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)重量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和數(shù)據(jù)集中管理。文中采用了６臺(tái)稱重控制器進(jìn)行散料稱量控制，上位機(jī)監(jiān)控界面如圖９所示。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：
（１）數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示：包括當(dāng)前重量、上次排料重量、累計(jì)總重量。
（２）通信狀態(tài)顯示。
（３）操作指令：排料、加料。
（４）歷史數(shù)據(jù)：歷史數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)輸出打印。
（５）用戶管理：用戶身份驗(yàn)證、用戶密碼修改。
（６）系統(tǒng)管理：窗口管理、退出系統(tǒng)。
５結(jié)語
本文采用Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機(jī)作為稱重控制器的處理芯片，用ＣＣ１１０１ＲＦ收發(fā)芯片組成無線收發(fā)通信模塊，上位機(jī)采用ＭＣＧＳ組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)了港口散料的自動(dòng)稱量與管理。該系統(tǒng)可以通過無線通信的方式對(duì)遠(yuǎn)程稱量設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制，為港口散狀物料
（如谷物、煤粉）的自動(dòng)稱量和管理提供了新的途徑。

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