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0 引言

傳統(tǒng)的量具是桿秤或盤秤，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展 , 傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、智能化、性價比等方面越來越難以滿足人們的需要。20 世紀 70 年代出現(xiàn)的電子秤，在各行各業(yè)中開始顯現(xiàn)其測量精度高，測量速度快，操作簡單易學，已經(jīng)取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量秤。隨著人們生活水平不斷提高，計算機走進千家萬戶，電子秤往往都是商家提前制作好的成品，不能和現(xiàn)在的計算機相連接，功能單一，不能根據(jù)用戶需要進行實時更改系統(tǒng)的使用功能[1] 。

基于虛擬技術(shù)的稱重系統(tǒng)是一種智能化電子秤，采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和計算機技術(shù)而實現(xiàn)的一體化的電子稱量裝置[5, 6] 。用虛擬軟件顯示界面，可接打印機，還可自主設(shè)置被稱量物體的價格，并顯示付款金額，來滿足并解決現(xiàn)實生活中提出的“快速、準確、連續(xù)、自動、遠程同步” 稱量要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求。因此，設(shè)計基于虛擬技術(shù)的高精度稱重系統(tǒng)具有很高的實用價值[2] 。

1 系統(tǒng)的總體框架設(shè)計

經(jīng)過方案比較和論證，最終確定的系統(tǒng)總體設(shè)計框架圖。當物品放到懸臂梁上，懸臂梁受到被稱重物的重力作用變形，使得粘貼在懸臂梁上的電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，經(jīng)過電橋測量電路轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號的強弱隨物重的大小而變化，該電信號經(jīng)信號調(diào)理電路后，送入 AD574 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與物重成正比，再進入 AT89S52 進行數(shù)據(jù)處理，然后經(jīng)過串口 MAX232 送入計算機，計算機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在 LabVIEW 軟件界面中實現(xiàn)實際質(zhì)量顯示、付款金額顯示以及稱量歷史記錄保存等功能。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 傳感器

懸臂梁式彈性元件具有結(jié)構(gòu)簡單、加工比較容易、應(yīng)變片粘貼方便、靈敏度較高等特點，適用于制作小量限測力傳感器。此類彈性元件有兩種基本形式，一種為等截面懸臂梁，另一種為等強度懸臂梁，本設(shè)計采用等截面懸臂梁式傳感器。

2.2 信號放大電路

根據(jù)傳感器輸出信號特點，放大器的設(shè)計主要是高增益，低噪聲。某公司生產(chǎn)的 AD620 以其低噪聲的優(yōu)越性能為低頻微伏信號檢測提供了很好的選擇^[3] 。將傳感器輸出的電信號通入 AD620 的輸入端，經(jīng)放大后從 AD620 的第 6 腳輸出，輸出電壓作為放大器 OP07 輸入電壓，再進行放大。由于懸臂梁式傳感器輸出信號易受外界因素影響，電壓值有微小變化，為了使放大倍數(shù)更精確，故在OP07 的反饋電阻上串聯(lián)一個 50K 的滑動變組器。傳感器的輸出電壓信號在 0 ～ 6.5mv 左右，在整個放大電路中只需相應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變組器阻值來滿足所需的放大倍數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)采集電路

為了實現(xiàn)對傳感器輸出壓力信號的采集，設(shè)計了AD574 與單片機的接口電路。由于 AT89S52 單片機是八位機，對轉(zhuǎn)換結(jié)果只能按雙字節(jié)分時讀取，故 2 腳接地。 AD574 輸出帶三態(tài)輸出的連接方式，故可以將其直接掛在數(shù)據(jù)總線上。圖中 AD574 的高八位數(shù)據(jù)線接單片機的數(shù)據(jù)線，低四位數(shù)據(jù)線接單片機的低四位數(shù)據(jù)線，AD574 的 CE 信號要求無論是單片機對其啟動控制，還是對轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的讀入，都應(yīng)該為高電平有效，所以 和 通過“與非” 邏輯接 CE 信號；由于 AD574 的轉(zhuǎn)換速度很快，故采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，將單片機的 P2.5 引腳與 AD574的工作狀態(tài)指示（STS） 引腳相連，通過 P2.5 引腳查詢STS端口狀態(tài)，當STS為0時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。

2.4 通信電路

數(shù)據(jù)通信在硬件上采用三線制，將計算機串口和單片機串口的三個引腳（RXD，TXD，GND）分別連在一起，即將單片機與計算機的發(fā)生數(shù)據(jù)線 TXD 與接收數(shù)據(jù)線 RXD 相互交叉連接，同時將兩側(cè)的接地線 GND 直接相連。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件分為單片機軟件和計算機軟件兩個部分，單片機軟件使用匯編語言進行編寫，主要實現(xiàn)時間的測量和距離的計算功能；計算機端軟件選用 LabVIEW 圖形語言進行編寫，實現(xiàn)登陸密碼驗證、重量顯示、單價設(shè)定、顯示付款金額和稱量歷史記錄等功能^[4] 。其中，計算機端軟件界面如圖 4 所示。

工作原理：單片機上電復(fù)位后，由程序進行初始化操作，控制 ADC 選擇輸入模擬通道，并將模擬信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機采集數(shù)據(jù)后進行保存和數(shù)據(jù)處理，再通過串口通信送入計算機。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

結(jié)果測試，得到數(shù)據(jù)如表 1 所示，通過數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)測量誤差在 0.2% 以內(nèi)，可以滿足日用稱重測量需要。

5 結(jié)論

1） 本文提出了一種基于虛擬技術(shù)的高精度稱重系統(tǒng)的設(shè)計方案，從系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分詳細地闡述了該稱重系統(tǒng)的開發(fā)過程。

2） 通過對該稱重系統(tǒng)進行測試，驗證了系統(tǒng)測量誤差在0.2%以內(nèi)，滿足日常高精度測量需要。

3） 在設(shè)計該高精度稱重系統(tǒng)中，利用了虛擬儀器技術(shù)，用戶可以根據(jù)需要對計算機端軟件進行修改以適應(yīng)不同的使用需要。

參考文獻：

[1] 李秉榮, 劉夫云, 程雄, 王喬義, 藍毓勝, 馬永輝. 自動稱重系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 電子器件, 2010, (02) .

[2] 周祖濂. 數(shù)字稱重系統(tǒng)——稱重技術(shù)新概念[J]. 衡器,2005, (05) .

[3] 胡澤, 葛亮, 李俊蘭, 張禾, 陶真. 鉆井工程參數(shù)測試的小信號放大電路設(shè)計[J]. 微計算機信息, 2011, (04) .

[4] 程路, 張宏建, 曹向輝. 車輛動態(tài)稱重技術(shù)[J]. 儀器儀表學報, 2006, (08) .

[5] 鄔蓉蓉, 滕召勝, 譚旗, 林海軍. 基于C#.NET的智能化汽車衡稱重管理系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器, 2010, (07) .

[6] 張樂, 魯仁全, 徐生林. 車輛衡自動稱重系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 浙江大學學報(工學版), 2010, (07).

 

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