電子重量顯示器已經替代傳統的杆秤成為日常生活中的衡器.電子秤稱量重物的過程實際上就是微型計算機進行數據處理的過程,數據處理方法的優劣決定了稱量重物的準確性,對所設計的ZZX2I型稱重顯示器采用了數據實時處理較優秀的方法———滑動平均值法進行數據處理,並給出了稱重程序.

1　簡介

一台電子重量顯示器(俗稱電子秤),實際上就是一個稱重數據采集係統.當重物放到衡器上時,壓力傳感器輸出響應的模擬電壓信號,經過模、數轉換(A/D變換)後就得到數字量D.但是,數字量D並不是重物的實際重量值W,W需要由數字量D在顯示器內部經過一係列的運算———即數據處理才能得到.這一係列的運算———即數據處理是由裝在稱重顯示器中的微型計算機來完成的;不僅如此,稱重顯示器的整個工作過程也都是在微型計算機的控製下有條不紊地進行.近年來,隨著大規模集成電路的飛速發展,單片機更加廣泛的應用在各種智能化稱重儀表中.在電子秤中使用單片機可使電子秤的性能提高,成本降低,具有明顯的優越性.從筆者參加設計的ZZX-Ⅰ型重量顯示器為例,介紹在電子秤中利用MCS-51係列單片機進行數據處理的方法.

2　數據處理的方法

ZZX-I型重量顯示器由MCS-51係列8031單片機控製.作為一個數據采集係統,它有一定的采樣速率.由於硬件電路設計中采用了7109A/D轉換器及6M晶振,采樣速率達到12次/秒[1];這就是說,當重物放到衡器上時,A/D轉換並不是隻進行一次,而是一次接一次地進行下去.當衡器上的重物穩定時,理論上每次A/D轉換得到的數字量D應是相同的;將此數字量D進行一係列數據處理(標度變換)得到的數值W才是重物的真實重量.數字量D的正確與否,決定了稱量是否準確.考慮到硬件線路及其他因素(如脈衝幹擾)的影響,為了得到正確的數字量D,一般采用的方法是:求連續多次A/D轉換結果D的算術平均值P,利用P代替單次A/D的轉換結果D來進行數據處理,以便得到準確的重量值W.ZZX-I型重量顯示控製器也不例外,但鑒於重量顯示器的特殊性,即衡器的些微變化必須立即反映出來,也就是實時性,因此ZZX-I型稱重顯示器采用了能夠快速反應變換結果的滑動平均值法[2].滑動平均值法采用存儲隊列作為A/D轉換的數據存儲器,隊列的隊長固定為N,每進行一次新的轉換,把轉換的結果放入隊尾擠掉原來隊首的一個數據,這樣,在隊列中始終有N個“最新”的數據;計算平均值時,隻需要把隊列中的N個數據進行算術平均,就可以得到新的算術平均值.考慮編程的方便,隊列采用循環隊列來實現.為保證轉換結果的準確,更好的克服脈衝信號的幹擾影響,在滑動平衡值中還增加了去除最大值和最小值的算法,保證了準確快速地稱量重物.

3　程序的實現

在8031單片機的數據RAM存儲區中,共有128個存儲單元,為完成上述數據處理任務,對存儲單元分配如下:

(1)每次A/D轉換的結果放在寄存器R2和累加器A中;

(2)轉換結果隊列當前指針存放在寄存器R0中;

(3)上次算術平均值存放於寄存器2BH,2AH中,當前算術平均值存放於寄存器2DH,2CH中;

(4)最大值存放在29H,28H中,最小值存放在27H,26H中;

(5)隊列存放地址30H～43H,可存放十次A/D轉換的結果.稱重程序的設計思想是:該段程序為中斷服務程序;每次變換結束一次,將轉換結果存入隊列內並修改隊列指針R0;求算術平均值,與上次平均值進行比較,以判斷衡器是否穩定;如不穩定,當前平均值存入上次平均值存儲單元,標度變換後送稱重顯示器顯示;如穩定,上次平均值單元內容不變(顯示內容保持不變).標度變換采用線性變換公式:W=(Wmax-Wmin)×(P-Pmin)/(Pmax-Pmin)+Wmin.其中W為稱量值、Wmax為稱量最大值、Wmin為稱量最小值、為算術平均值、PPmin為Wmin對應的平均值、Pmax為Wmax對應的平均值.程序清單和注釋見頁腳的PDF文檔

四 結束語

由於ZZX-I型重量顯示器使用了上述滑動平均值數據處理程序,保證了準確、快速的測量轉換結果,從而大大提高了稱量的準確性,工作的穩定性、可靠性也得到了保證.滑動平均值數據處理方法也適合於其他的定時采集係統.

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