0引言
稱重計量技術在冶金、交通、電力、建材和化工等領域有著非常廣泛的應用。在生產過程或工藝流程中，對各種配料稱重、定量稱重及動態稱重技術的要求越來越高。衡器已成為工藝技術、預包裝技術、收發貨業務及商貿行業中必不可少的組成部分，稱重傳感器及智能稱重儀表作為衡器的心髒部件，在工業過程控製和貿易結算等方麵倍受重視⑴。
目前，稱重傳感器主要分為壓電式、壓磁式和電阻應變式，其中電阻應變式稱重傳感器是現階段應用廣泛、性能穩定、準確度高且技術成熟的稱重傳感器⑴。它利用金屬彈性體的應變效應進行轉換，在力的作用下，彈性體發生形變，帶動應變片發生形變，產生電阻的變化，電阻的變化反映力的大小。
為了解決傳統稱重儀表設計方法上的不足，本文對國產基手CSU60和ATmegal6L設計的智能稱重儀表結構原理介紹如下。
1簡化結構設計
在給定激勵電壓10-12V的條件下，電阻應變式稱重傳感器的輸出電壓在0~30mV,如此微弱的信號隻有在智能稱重儀表的配合下，將傳感器的信號轉化成重量，並通過各種通信接口輸出給上位機[2~4]o稱重儀表的組成結構如圖1所示⑸。信號調理電路主要由濾波電路、抗混疊電路等組成；放大電路主要由運算放大器構成，用來將毫伏級信號放大到伏級，以便A/D電路將其轉化成數字量。

圖1稱重儀表組成結構

上述電路中，半導體集成度不高、器件多、溫度補償不好控製並且可靠性低。而由深圳生產的CS1160是16位高精度、低功耗Sigma-Delta模數轉換芯片，可以在2.7-5.5V電源電壓條件下工作⑸。CS1160的1~128倍可編程增益放大器，當工作在128倍時，CS1160有效分辨力可達16bitso備有一個二階Sigma-Delta調製器，芯片的FIR濾波器提供50Hz和60Hz陷波濾波，有效提高了芯片的抗幹擾性能。
該芯片不僅集成了信號調理電路、放大電路和數模轉換電路，還提供了非常適合儀表產品的校正功能。因此，可將圖1簡化為圖2所示的設計簡圖。
2改進硬件設計
隨著信息技術的高速發展，微控製器（MCU）的性能大幅度提高，為高度智能化儀表的設計製造提供了平台。本文智能稱重儀表設計采用Atmel公司的ATmegal6L高性能、低功耗8位AVR微處理器。它采用先進的RISC結構，工作於16MHz時性能高達16MIPS；內置16kB的係統內可編程Flash、512B的EEPROM、lkB的片內SRAMJTAG接口支持擴展的片內調試功能;2個8位定時器/計數器、1個16位定時器/計數器、4通道PWM、8路10位ADC.TWI兩線接口、SPI串行接口、串行USART接口等。

圖2稱重儀表設計簡圖
基於CS1160和ATmegal6L設計的智能稱重儀表具備以下特點：自動調零、自動平衡、自動補償和自選量程等信息處理功能;數據自動采集、預處理、相關濾波，且由傳感器本身消除異常值和例外值，提供比傳統傳感器更全麵、更真實的信息；能夠隨機標定;具有一定程度的記憶與處理功能，內含特定算法並可根據需要進行改變；能輸出數字信號，具有遠程通信能力和良好的人機界麵。依照上述要求設計的智能稱重儀表外圍電路如圖3所示。集成芯片CS1160有16個管腳，模擬電源(+12V,AGND)、數字電源(卩cc,DGND)、參考電壓(匕Q都是單獨分開的，數模轉換的時鍾由一個4.9152MHz外部晶振實現，參考電壓5V由TI431提供，所以R,。和R”選擇了IO®精度的等值27kfl電阻。電阻應變傳感器的激勵電壓選擇+12V直流，差分信號經阻容濾波電路後接到CS1160的AIN0和AIN］兩端。CS1160芯片的DRDY、SCLK、SDO、SDI、CS引腳分別是數據準備就緒、串行時鍾、串行數據輸出、串行數據輸入、片選，它們與MCU的SPI接口連接，用來讀寫控製CS1160,完成數模轉換。
主控MUC釆用ATmegal6L高性能AVR芯片，外部晶振采用7.3728MHz,方便在線調試和程序燒錄;LCM選擇了OCMJ4X8C,其內置一二級漢字庫、128x64的顯示點陣，可以顯示圖形和中英文字符,而無需自建字模。該液晶還可以通過PSB控製引腳，切換到串行方式，節省MCU的I/O引腳。

3優化程序設計
CS1160使用了一係列指令來完成對芯片的工作模式、工作速度和誤差校正等的控製。接收數據時總是高位在前,發送數據的格式則由ACR寄存器的BITORDER位來決定。CS1160指令描述如表1所示。
1)數據讀取函數的編寫如下：
voidspi_init(void)
i
SPCR=0x00；    //diablespi
SPSR=0x00；    〃2X
SPCR=0x52；    //setupSPI

I
cs=o；〃片選
unsignedchari=0;
unsignedintdata=0;〃返回值變量
unsignedchartmp=0;〃臨時變量存放中間值while(DRDY)；〃當DRDY為高時，不讀取數據SPDR=0x01；〃將命令寫入SPI寄存器，同時開始寫到CS1160
while(!(SPSR&0x80))；〃等待發送完畢tmp=SPSR；〃清除發送標誌
tmp=SPDR；〃丟棄該數據
SPDR=0x00；
while(!(SPSR&0x80));〃繼續輸入讀數脈衝tmp=SPSR；
tmp=SPDR；〃丟棄該數據
SPDR=0x00；
while(!(SPSR&0x80));〃繼續輸入讀數脈衝tmp二SPSR；
data=SPDR；
data=data<<8；〃讀取高8位數據
SPDR=0x00；〃高8位置於高位
while(!(SPSR&0x80));〃繼續輸入讀數脈衝tmp=SPSR；
dataI=SPDR；〃低8位置於低位
CS=1；〃取消片選
returndata;〃返回結果
I
3)指令RREG和WREG與指令RDATA操作方式類似：
VoidWriteCommand(unsignedcharComm)
I
SPDR=Comm；〃寫入命令while(!(SPSR&0x80))；tmp=SPSR；
I
4結束語
通過使用CS1160集成芯片，配以ATmegal6L高性能單片機，不僅簡化了稱重儀表的設計、降低了產品成本、提高了可靠性，而且在實際生產應用中效果良好。另外，在應用過程中，有些功能不能夠很好地滿足現場的需求，比如，由於現場條件限製，對傳感器的標定方法還不夠靈活、係統電源的抗幹擾能力較差等，需要進一步開發研究。

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