0 前　 言

目前,電子衡器已經進入各行各業,並得到了快速發展和廣泛應用 。稱重顯示控製器是電子衡器的重要基礎部件,它是一種具有顯示 、輸出 、定值控製和通信功能的 、 以微控製器為操作核心的稱重控製裝置,與合適的傳感器及執行機構組合後可構成各種定值秤、配料秤等 ,廣泛應用於飼料、冶金 、 化工 、 建材等行業的重量測控係統 ,是稱重配料控製和生產過程自動化必不可少的檢測和控製裝置。

隨著自動稱重係統的廣泛應用 , 對稱重顯示控製器的要求也越來越高 。傳統的稱重顯示控製器多使用L E D 數碼管或字符型液晶顯示模塊作為人機交互界麵,以符號或英文字母表示信息 ,用戶使用極不方便 。

為此, 筆者研發一種以單片機 S T C 89C 58R D + 為控製芯片、 以 O C M J 4X 12B 為顯示終端的控製係統。

1　 稱重顯示控製器的硬件構成

它主要包括數據測量部分、數據的處理部分和控製信號的輸入 / 輸出部分 。
 

1. 1　 數據測量部分

該部分主要包括稱重傳感器、運放及濾波電路和A D C 等 。由電阻應變橋式稱重傳感器將受力時產生形變的電壓信號經直流運算放大器放大 ,有源濾波電路對其進行濾波後,再由 A D C 模塊進行模 / 數轉換, 最後送入單片機。

稱重傳感器采用梅特勒 - 托利多的 S B 係列稱重傳感器,具有精度高 、 穩定可靠、 使用壽命長等特點。

直流運算放大器選用的是具有低漂移 、 低功耗 、 高精度性能的放大器 I N A 129。它是一個體積很小的 8引腳塑料 D I P 和 S O - 8表麵襯底封裝器件[ 1]。 I N A 129的增益計算為:

G= ( 49. 4 kΩ /R G ) + 1 ( 1)

式中　 G —增益 ; R G —外部增益設置電阻, 可接在引腳1和引腳 8之間對增益進行設置; 49. 4 kΩ — I N A 129內部設定電阻修正的標準阻值 。

有 源 濾 波 電 路 中 選 用 了 模 擬 有 源 濾 波 器M A X 275,它是美國 M A X I M公司生產的通用型有源濾波器。中心頻率 / 截止頻率可達 300 k H z ,且無需時鍾電路, 因此與開關電容濾波器相比 ,其噪聲更低, 動態特性更好。另外, M A X 275配以合適阻值的外接電阻即可達到良好的濾波效果, 能夠完全滿足控製器設計的需要 。

A D C 模塊是控製器硬件設計中的一個重要部分。本研究選用美國 C i r r u sL o g i c 公司推出的一種具有高精度、低噪聲 、 多通道特點的 Δ - ∑ 型模擬 / 數字轉換器 C S 5532。其內部含有一個增益可選的載波穩定測量放大器和一個 4階差動 Δ-∑ 調製器, 非常適合測量稱重傳感器輸出的毫伏信號 ,且可得到高達 24位分辨率的輸出結果[ 2, 3]; 具有靈活簡便的三線串行接口,可直接與單片機進行數據傳輸 。
 

       C S 5532提供了 2個模擬輸入通道 ,在本設計中選用通道 1( A I N 1 + 、A I N 1 - ) 來接收經 I N A 129放大和M A X 275濾波後的模擬信號,通道 2直接接地 。 R 1 、C 2用於組成模擬電源 V A+ 與數字電源 V D+ 之間的 R C濾波器。主時鍾 O S C 1、O S C 2根據設計需要外接晶振4. 915 2 M H z ,負載電容 C 3 、C 4 均為 12 p F 。 C 5 為信號輸入端濾波電容 。 C S 5532與 S T C 89C 58R D + 的接口引腳有 C S 、S D I 、S D O及 S C L K , 它們分別接至單片機的P 1. 0、P 1. 1、P 1. 2和 P 1. 3。片選端 C S 是串行口允許訪問控製線 ,當 P 1. 0置 C S 為低電平時 , 串行口可作為三線接口來 訪問。 S D I 為串行 數據輸入 端, 將S T C 89C 58R D + 發出的控製信號傳送給轉換器。 S D O為串行數據輸出端, 將經轉換器處理後的稱重數據送到單片機。若 P 1. 0把 C S 引腳置為高電平 ,則 S D O 處於高阻態。 S C L K 為串行移位時鍾 , 是數據位移入或移出 A D C 串口的控製時鍾 ,隻有當 C S = 0時 , S C L K 才能被端口邏輯識別[ 4]。

1. 2　 數據處理部分

該部分的功能是單片機通過處理外部電路單元的輸入信號來獲取測量數據以及與被測量有關的係統值 。稱重顯示控製器中的單片機除了需要對 A/D 轉換後的數字信號進行處理外,還要對按鍵信號 、 串口通訊信號等進行檢測分析。因此, 單片機性能的優劣將直接影響控製器的整體性能。為了提高係統的運算速度與可靠性 ,同時考慮到控製器的實際工作環境中一般會有靜電 、輻射和振動等外界幹擾, 本研究選用了S T C 89係列中的單片機 S T C 89C 58R D + 作為核心控製芯片。該單片機不僅運行速度快,性價比高,而且其內部電源供電係統 、I /O 口、 時鍾電路 、 複位電路 、 看門狗電路等均經過特殊處理, 具有超強抗幹擾、抗靜電功能[ 5, 6]。

1. 3　 控製信號的輸入 / 輸出部分

控製信號的輸入 / 輸出主要由按鍵、液晶顯示、開關量輸入 / 輸出、串口通訊等電路單元組成 。

( 1) 按鍵。控製器設計了 6個發聲按鍵對顯示終端進行操作, 分別是 “ + ”鍵 、“ - ”鍵、“←”鍵、“→”鍵 、“確定”鍵及“取消 ”鍵。

( 2) 液晶顯示。本控製係統的終端人機交互界麵主要用於顯示測控數據、 係統工作狀態以及查看、 設定和修改係統參數等。為了實現信息的全中文顯示目的,使終端顯示界麵更為友好 , 液晶顯示器選用的是O C M J ( 奧可拉中文集成模塊 ) B 係列液晶顯示模塊O C M J 4X 12B 。該模塊內含 G B2312 16 ×16點陣國標一 、 二級簡體漢字字庫和 A S C I I 碼 8 × 8( 半高 ) 及 8 ×16( 全高 ) 點陣英文字庫[ 7]。輸入 G B 2312區位碼或A S C I I 碼即可實現漢字或字符顯示, 可顯示 4行, 每行可顯示 12個漢字或 24個字符; 同時模塊采用 R E Q /B U S Y 兩線握手通訊協議的標準用戶硬件接口 ,不占用單片機串行通信單元的資源 ,使得係統更為簡單可靠。

顯示器的並行接口直接與 P 2口相連接,其他控製腳與 P 1口連接 。連接電路圖 ,如圖 3所示 。為避免背光源功耗相對較大而影響模塊顯示 , 這裏采取兩組電源對模塊電源 V D D 與背光電源 L E D分開供電 , 外接10 k Ψ電位器 R P T 用以調整顯示對比度。根據實驗得出 ,當 V E E 與 V O 間的電壓處於 2 V±0. 2 V 時 ,顯示對比度最佳 。

( 3) 開關量輸入 / 輸出。開關量實現的是按鈕操作信號的輸入和單片機控製執行機構信號的輸出。本係統設計了 8個控製按鈕對執行機構進行操作, 分別為啟動 、 自動 / 手動、暫停、夾袋 、 進料 、 卸料 、 鬆袋及清除報警 。儀表開關量輸入為低電平有效。輸入接口外接手動按鍵 ,每次隻能有一個按鍵閉合,且閉合時間大於 100 m s 為有效 。

控製器開關量輸出為控地方式,采用光電隔離的方法,接口由外部提供一路直流 24 V 電源作為開關量工作電源。開關量輸出為晶體管集電極輸出, 可直接驅動24 V 直流繼電器或小型直流負載 ,驅動電流可達 1 A 。開關量輸出可用於執行機構的驅動、 狀態指示或報警。

( 4) 串口通訊部分。為了提高係統的數據傳輸速率和長距離通訊性能 ,采用了線路設計簡單、 控製方便的 R S - 485串行總線傳輸標準 。串口通訊芯片選用M A X I M公司生產的 M A X 485,通過芯片的 D I 、R O 引腳和單片機的 T X D 、R X D 引腳相連, 構成了一個簡單的集散型控製係統, 使得控製器可方便地與遠端 P C 機和打印機進行通訊。

2　 稱重顯示控製器的軟件設計

控製器的軟件係統按照現代軟件設計方法, 采用菜單模塊化結構進行設計, 使得係統軟件具有結構清晰 、 調試方便 、 易維護、易擴充等優點 。從工作原理來看 ,整個係統的功能模塊有: 按鍵處理 、數據檢測及處理 、 開關量輸入 / 輸出信號處理、終端液晶顯示以及串口通訊處理等。

3　 結束語

本稱重顯示控製器主要用於物料包裝的測量與控製 ,目前已經通過實驗並進入試用階段 。從現場運行情況來看,經過不斷調試和完善該控製器能夠準確 、 清晰 、 實時地完成係統的顯示與控製 , 滿足了用戶的要求 ,並具有很好的穩定性。

在對該控製器進行一定的軟、 硬件改造後 ,便可將控製器推廣應用於其他相關行業。

參考文獻( R e f e r e n c e ) :

[ 1] 　 B u r r - B r o w nC o r p o r a t i o n .P r e c i s i o n , L o wP o w e r I n s t r u m e n t a t i o n  A m p l i f i e r s D a t a s h e e t [ M ] .B u r r - B r o w nC o r p o r a t i o n , 1996.

[ 2]  高　 明. 24位模 / 數轉換器 C S 5532及其應用[ J ] . 儀表技術與傳感器. 2002( 7) : 40-42.

[ 3] 　 I n f i n e o nT e c h n o l o g i e sA G .S K - 167/167C SS t a r t e rK i t V e r -s i o n3. 0[ M] . G e r m a n y :I n f i n e o nT e c h n o l o g i e sA G , 1999.

[ 4] 　 鄭文廣, 虞 　 峻. C S 5532在無線傳輸電子吊秤中的應用[ J ] . 衡器, 2005, 34( 1) : 23-24, 26.

[ 5] 　 宏晶科技公司. S T C 89C51R C/R D+ 係列單片機器件手冊[ M] . 宏晶科技公司, 2007.

[ 6] 　 何立民. 單片機應用程序設計技術[ M] . 北京: 北京航空航天大學出版社, 2002.

[ 7] 　 金鵬電子有限公司. 奧可拉中文集成模塊 B係列( 改進型) 中文液晶顯示模塊使用說明 [ M] . 金鵬電子有限公司, 2004.
 

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