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數(shù)字式傳感器系統(tǒng)是在傳統(tǒng)電阻應(yīng)變式傳感器基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代微電子技術(shù)、微型計算機技術(shù)集成而發(fā)展起來的一種新型電子稱重傳感器。目前，數(shù)字式稱重傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子汽車衡、電子軌道衡以及電子皮帶秤等各種電子衡器中。

1　系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)是針對應(yīng)變稱重傳感器的專用測量單元的設(shè)計,即通過對外加芯片電路的調(diào)整、調(diào)試,使傳統(tǒng)的應(yīng)變稱重傳感器數(shù)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(jié)果,并適宜于同其他數(shù)字化設(shè)備連接,便于下載和調(diào)試。

整個系統(tǒng)主要包含傳感器、數(shù)字測量模塊以及進行相應(yīng)調(diào)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(zhuǎn)化為電信號。然后,產(chǎn)生的測量電信號被輸入到數(shù)字測量模塊進行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字補償?shù)葦?shù)字處理,以達到工業(yè)實際應(yīng)用的精度要求。最后補償完的正確的重量信號將以RS-485的通信形式通過數(shù)據(jù)通信單元輸出給計算機、顯示儀表等來完成各項補償?shù)臄?shù)學建模功能及顯示功能。

2　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.11　整體設(shè)計

在應(yīng)變稱重傳感器專用測量單元的設(shè)計中,數(shù)字測量模塊是最重要的一個部分。本設(shè)計采用C8051F350單片機作為數(shù)字測量模塊的主控芯片,來控制數(shù)字測量模塊乃至整個系統(tǒng)。C8051F350單片機自帶全差分Σ-Δ方式24位8通道AD轉(zhuǎn)換單元,8位2通道DA轉(zhuǎn)換單元,而且內(nèi)建有溫度傳感器、片內(nèi)可編程增益放大器及8Kflash存儲空間,能夠很好地實現(xiàn)本設(shè)計的設(shè)計目標。

應(yīng)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(shù)字測量模塊接口電路、數(shù)字測量模塊電路和數(shù)字測量模塊與顯示驅(qū)動芯片接口電路。

傳感器(包括溫度補償芯片)與數(shù)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(shù)字測量模塊中進行處理。數(shù)字測量模塊部分電路的設(shè)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(zhuǎn)換和補償?shù)忍幚怼?shù)字測量模塊與顯示驅(qū)動芯片接口電路主要是將處理后的數(shù)據(jù)送入顯示屏進行顯示,以便于觀測。

2.12　傳感器與C8051F350單片機接口電路

本系統(tǒng)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(shù)據(jù)線接入P010而時鐘線接入P011。這樣,在傳感器將模擬量輸出到AD轉(zhuǎn)換器的同時溫度補償芯片AD7416也同時輸出補償參數(shù)給單片機,實現(xiàn)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。由于RS-485采用可使能控制的平衡發(fā)送和差分接收方式來實現(xiàn)全雙工通信,因此本系統(tǒng)將單片機的P114與75ALS180的DE端相連,作為RS485通訊的使能控制端;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(shù)據(jù)的讀寫控制,完成了RS485通訊芯片與C8051F350單片機接口電路的配置。

2.14　數(shù)字測量模塊與顯示驅(qū)動芯片MAX6952接口電路為了便于測量結(jié)果的顯示,采用顯示驅(qū)動芯片MAX6952驅(qū)動顯示屏顯示稱重結(jié)果,并由C8051F350單片機對其進行控制。MAX6952是一種串行顯示驅(qū)動芯片,一片MAX6952最多可以驅(qū)動4組5位7段LED顯示器,本設(shè)計讓這四組顯示器顯示測量臺重量、皮重、毛重、凈重。

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

(1)命令頭標志著一次信息傳輸?shù)拈_始;

(2)選址碼用于從數(shù)據(jù)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(guān)的命令碼,主要包括調(diào)零、稱重、去皮、顯示四個命令;輔助功能碼則主要是系統(tǒng)自身設(shè)置相關(guān)的命令,主要包括:錯誤檢測和采樣率設(shè)置兩個命令;

(4)校驗碼為用于校驗?zāi)康牡囊唤M數(shù)據(jù)項的和,以十六進制為數(shù)制表示的形式;

(5)命令尾標志著一次信息傳輸?shù)慕Y(jié)束。

3.12　系統(tǒng)執(zhí)行流程

測量單元對命令碼的響應(yīng)通過中斷程序interrupt_Init()來實現(xiàn)。初始時,程序認為除預(yù)先規(guī)定好的命令頭以外的所有命令都為無效命令,只有在確認命令頭后程序才會進行下一步操作;確認命令頭后程序會根據(jù)接收到的選址碼確定目標接收機,然后通過判斷功能碼進入到相應(yīng)的功能子程序,完成相應(yīng)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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