一種汽車衡稱重儀表的設(shè)計與實現(xiàn)
本文采用STC90C52RC單片機設(shè)計實現(xiàn)了一種汽車衡稱重儀表, 儀表采用兩個控制器,分別負責 數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示及外設(shè)數(shù) 據(jù)通信。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)可對稱重 儀表進行在線監(jiān)控。稱重儀表經(jīng) 測試數(shù)據(jù)可靠,顯示穩(wěn)定,帶多 種常見通信接口,成本低,使用 方便。
汽車衡俗稱地磅,是商家用于大宗貨物 計量的主要稱重設(shè)備。隨著高精度稱重傳感器 技術(shù)的日趨成熟,機械式汽車衡逐漸被精度高、 穩(wěn)定性好、操作方便的電子汽車衡所取代。稱 重儀表即稱重顯示儀表,是汽車衡稱重系統(tǒng)的 重要組成部分,現(xiàn)今的稱重儀表隨著電子技術(shù) 與計算機技術(shù)的發(fā)展,功能日趨多樣化。
1.稱重系統(tǒng)
稱重系統(tǒng)組成如圖1-1所示。
全電子衡器稱重系統(tǒng)主要由秤體、稱重 傳感器、稱重顯示儀表、外設(shè)4大部分組成。 秤體為承重部分,包括接線盒和信號電纜;稱 重傳感器將重量壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出; 輸出的模擬信號經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)、數(shù)字 處理后轉(zhuǎn)換為重量數(shù)字顯示;稱重儀表的各種 通訊接口可與打印機、大屏幕顯示器、上位機 計算機管理系統(tǒng)等外設(shè)相連。
2.稱重儀表硬件設(shè)計
根據(jù)控制任務(wù)的需要,該儀表功能多,硬 件占用大量I/O 口資源,釆用ARM系列控制器可只用一塊芯片,但成本提高,且需操作系 統(tǒng)管理各項任務(wù)。從成本考慮,稱重儀表采用 兩塊STC90C52RC單片機作為控制器,主機 主要負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的處理、存儲與顯示等實時 性要求高的任務(wù);從機負責打印、網(wǎng)絡(luò)通訊等 數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。主機與從機之間采用SPI通 信完成數(shù)據(jù)交換。硬件框圖如圖2-1所示。
2.1電源
電源可釆用變壓器或幵關(guān)電源供電,從 電源效率考慮釆用開關(guān)電源,并配備12V蓄 電池備用,上電充滿后,由從機監(jiān)控進行浮充, 掉電后對稱重儀表供電。幵關(guān)電源采用兩塊 LM25%芯片設(shè)計實現(xiàn),獲取5V、9V、12V電源。
2.2主機外圍硬件
數(shù)字傳感器與主機之間的接口采用RS422 接口。主機采集傳感器數(shù)據(jù),若數(shù)據(jù)正常,數(shù)據(jù)處理后,采用AT24C256進行數(shù)據(jù)存儲;若 數(shù)據(jù)異常,則進行錯誤代碼處理并顯示。現(xiàn)場顯示采用數(shù)碼管,可接大屏幕顯示器放大顯示。 數(shù)碼管采用共陰連接,動態(tài)掃描的方式顯示。 采用4-20mA電流環(huán)接口可進行遠距離傳輸: 采用DS1302便于顯示日期、時鐘;1C卡為維 護人員提供信息認證,蜂鳴器進行儀表異常報 聱提示;硬件結(jié)構(gòu)如圖2-2?>
2.3從機外圍硬件
從機主要負責實時性要求不太高的任務(wù) 打印和數(shù)據(jù)上傳,稱重數(shù)據(jù)經(jīng)主機傳輸給從機 后打印,從機經(jīng)過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給打印機打印 數(shù)據(jù),現(xiàn)場出票。鍵盤設(shè)計為矩陣鍵盤,共 4*6=24個按鍵;從機只完成掃描任務(wù),具體 按鍵處理由主機負責。GPRSDTU保持與監(jiān)控中心的連接,通過GPRS網(wǎng)絡(luò)h傳數(shù)據(jù)到企 業(yè)數(shù)據(jù)庫,完成更高層次的數(shù)據(jù)管理。如圖2-3
所示。
3.稱重儀表軟件設(shè)計
根據(jù)稱重儀表功能任務(wù)多的情況,采用 操作系統(tǒng)不能滿足實時性要求,且程序量較大, 運行中RAM明顯不足,故采用兩塊單片機用 中斷方式進行處理。
3.1主機程序設(shè)計
主機程序主要完成稱重、顯示、按鍵狀 態(tài)處理及與上位機的聯(lián)系。程序流程圖如圖3-1
所示。
3.2從機程序設(shè)計
從機程序負責按鍵掃描、顯示、打印及 GPRS數(shù)據(jù)傳輸,GPRS數(shù)據(jù)傳輸由于采用的 是模塊,只需按協(xié)議向串口發(fā)送數(shù)據(jù)即可。程 序流程圖如圖3-2。
4.調(diào)試測試
調(diào)試按模塊調(diào)試通過后進行集成。PCB 制板由三塊組成,一塊集成數(shù)碼管,一塊為打 印機驅(qū)動,一塊為其他硬件集成。硬件調(diào)試過 程中數(shù)碼管顯示亮度略顯不足,可改為靜態(tài)顯示。GPRS信號的頻率經(jīng)過PCB板耦合后, 干擾稱重顯示,加屏蔽后解決。長時間上電后 隨著孀變會產(chǎn)生漂移,為避免誤差過大,需進 行零點跟蹤后歸零。軟件調(diào)試過程中由于按鍵的掃描由于任務(wù)多,需安排好掃描時間,避免 延遲時間過久,甚至不響應(yīng)。該稱重儀表只兼 容ZEM1C (中航電測)的傳感器,測試過程中數(shù)據(jù)可靠、顯示穩(wěn)定,監(jiān)控中心收到的數(shù)據(jù)
穩(wěn)定,誤碼率低。
5.小結(jié)
該稱重儀表功能多,分解任務(wù)后,釆用 雙單片機控制簡化程序設(shè)計,通過中斷方式解 決了實時性的問題,降低了成本。儀表的多種 網(wǎng)絡(luò)接口方便了數(shù)據(jù)與設(shè)備的管理,便于企業(yè) 掌握現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息。