基于GPS及GPRS技術(shù)的電子秤稱重系統(tǒng)！

基于GPS及GPRS技術(shù)的電子秤稱重系統(tǒng)！（整編：上海本熙科技）
傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)與工程需求，企業(yè)迫切需求對(duì)其現(xiàn)場重量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，以便根進(jìn)行監(jiān)控跟蹤。根據(jù)上述特定應(yīng)用目的，設(shè)計(jì)開發(fā)一款具備多路稱重傳感器測量接口、GPS定位信息采集、GPRS數(shù)據(jù)及指令傳輸及現(xiàn)場人機(jī)交互接口等基本功能模塊的稱重設(shè)備（電子秤）是迫切需求。

該稱重設(shè)備具有GPS定位、GPRS數(shù)據(jù)傳輸、以值或百分比值顯示稱重值、顯示物料品種信息、遠(yuǎn)程關(guān)閉顯示、現(xiàn)場通過按鍵設(shè)置參數(shù)、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、現(xiàn)場蜂鳴器及LED閃爍超限報(bào)警、遠(yuǎn)程重啟等豐富功能，可滿足實(shí)際工程需求。

1 硬件設(shè)計(jì)

該稱重儀硬件主要由大噸位稱重傳感器、A/D數(shù)據(jù)采集單元、單片機(jī)小系統(tǒng)、GPS及GPRS模塊、現(xiàn)場人機(jī)交互接口及電源模塊等功能模塊組成，其結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示。

1.1 稱重傳感器

該稱重儀雖然根據(jù)1—100 t稱重需求設(shè)計(jì)，但在允許誤差范圍內(nèi)(此稱重儀針對(duì)2% 的需求設(shè)計(jì))可與各種量程的稱重傳感器接口，應(yīng)用于不同容量的砂漿罐體。稱重傳感器內(nèi)部集成電阻應(yīng)變片及惠斯登電橋，將壓力產(chǎn)生的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成利于采集的電壓信號(hào)。大噸位傳感器安裝在固定在地面的罐體安裝筒里面，稱重儀安裝在控制柜里，如圖2所示。

由圖2知道，該稱重儀多可連接4路傳感器，對(duì)于3個(gè)支腳的罐體，也可用于連接3個(gè)傳感器，根據(jù)連接的傳感器數(shù)量需要通過按鍵選擇相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)。同時(shí)，傳感器的輸入電壓靈敏度一般有1.0 mV/V和2.0 mV/V，也需要選擇對(duì)應(yīng)的參數(shù)。具體的參數(shù)選擇如表1所示。

1.2 A/D數(shù)據(jù)采集及單片機(jī)單元

針對(duì)A/D數(shù)據(jù)采集及各種功能控制，該稱重儀核心采用了C8051F350單片機(jī) 。該單片機(jī)內(nèi)部集成可編程增益放大器PGA、24位差分A/D轉(zhuǎn)換器及輸出濾波器等模塊，使得該稱重儀比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案集成度更高、生產(chǎn)調(diào)試更為簡單、性價(jià)比更高。設(shè)計(jì)需求中當(dāng)量程為100 t時(shí)，在10 kg分辨率能穩(wěn)定顯示，則A/D轉(zhuǎn)換精度計(jì)算公式為：10 kg/100 t=1/10 000≥1/

2 ，由此計(jì)算得x可取小正整數(shù)為14，即對(duì)A/D的要求為14位精度，此單片機(jī)用作A/D采集能滿足設(shè)計(jì)需求 。傳感器A/D數(shù)據(jù)采集及單片機(jī)模塊電路結(jié)構(gòu)如圖3所示 。

1.3 GPs及GPRS模塊

該稱重儀中GPS及GPRS功能模塊采用獨(dú)立設(shè)計(jì)，使得該功能模塊可與其他部件分開調(diào)試生產(chǎn)，對(duì)于該模塊功能故障的維護(hù)過程中可直接替換，縮短現(xiàn)場的維護(hù)時(shí)間，可有效降低對(duì)現(xiàn)場正常施工的影響。

該模塊與單片機(jī)核心模塊接口如圖4所示，與GPS及GPRS模塊的接口信號(hào)包含接收RXD、發(fā)送TXD及聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)LINK。接口的信號(hào)均通過高速光電耦HCPL2503進(jìn)行隔離，電源通過IB0505S隔離電壓源模塊隔離，以降低GPS信號(hào)、GPRS信號(hào)及天線引入的靜噪干擾對(duì)模擬電路數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生的影響。

1.4 現(xiàn)場人機(jī)接口

該稱重儀具有豐富的人機(jī)口，如圖5所示。其中，液晶屏用于顯示稱量結(jié)果、運(yùn)行狀態(tài)及儀器參數(shù)等信息;按鍵用于參數(shù)設(shè)置;蜂鳴器及LED用于現(xiàn)場超限報(bào)警。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分包括后臺(tái)程序與前臺(tái)程序。后臺(tái)程序包括單片機(jī)初始化程序及主循環(huán)程序;前臺(tái)程序包括串口中斷程序及定時(shí)中斷程序。

2.1 主循環(huán)程序

主循環(huán)控制流程如圖6所示，包括以下幾個(gè)部分。

(1)按鍵指令處理。判斷是否有按鍵按下并根據(jù)鍵值執(zhí)行相應(yīng)的操作;

(2)串口數(shù)據(jù)處理。判斷是否完整接收完一幀數(shù)據(jù)，并當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完整后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，根據(jù)指令修改運(yùn)行模式及設(shè)定新的運(yùn)行參數(shù);

(1)按鍵指令處理。判斷是否有按鍵按下并根據(jù)鍵值執(zhí)行相應(yīng)的操作;

(2)串口數(shù)據(jù)處理。判斷是否完整接收完一幀數(shù)據(jù)，并當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完整后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，根據(jù)指令修改運(yùn)行模式及設(shè)定新的運(yùn)行參數(shù);

(3)傳感器A/D數(shù)據(jù)采集。判斷是否允許一次數(shù)據(jù)采集，如果允許則進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換任務(wù)，并對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行校準(zhǔn)和存儲(chǔ);

(4)數(shù)據(jù)的發(fā)送。判斷是否允許一次數(shù)據(jù)發(fā)送，如果允許則通過GPRS進(jìn)行一次數(shù)據(jù)和參數(shù)的發(fā)送。

2.2 前臺(tái)中斷程序

前臺(tái)程序中包含串口中斷程序，主要用于發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束的判斷及接收數(shù)據(jù)完整性的判斷，并根據(jù)結(jié)果改寫信號(hào)變量，從而改變后臺(tái)程序的運(yùn)行狀態(tài)。

同時(shí)，前臺(tái)程序中還包含一個(gè)1 ms定時(shí)中斷程序。每中斷1次，包含的主要任務(wù)有：讀取端口鍵值，改寫信號(hào)變量并將鍵值發(fā)送給后臺(tái)程序;通過對(duì)中斷計(jì)數(shù)的方式計(jì)算時(shí)間間隔;當(dāng)時(shí)間間隔達(dá)到設(shè)定的采集時(shí)間間隔或發(fā)送時(shí)間間隔時(shí)改寫相應(yīng)信號(hào)變量，允許后臺(tái)程序進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)發(fā)送。

3 精度校準(zhǔn)

測量儀器的設(shè)計(jì)需要考慮分辨率、精度、穩(wěn)定性等基本指標(biāo)，分辨率等指標(biāo)由設(shè)計(jì)方案決定，而精度指標(biāo)可以在儀器設(shè)計(jì)完成后通過好的校準(zhǔn)方法得以提高。校準(zhǔn)的步驟：負(fù)載m，時(shí)稱重值為M。;當(dāng)負(fù)載為m：時(shí)，稱重值為M2 。根據(jù)以上測量值繪制的校準(zhǔn)曲線如圖7所示。

4 結(jié)束語

該大噸位稱重儀已在成都某建筑工地現(xiàn)場投入運(yùn)行，長期使用結(jié)果表明其測量精度高、性能可靠、成本低廉且維護(hù)容易。采用單片機(jī)智能控制，可對(duì)軟件進(jìn)行裁剪和修改后與多種量程稱重傳感器接口使用，具有滿足各行業(yè)稱重應(yīng)用的潛力。

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作者簡介：顧亞雄：(1962一)，博士，副教授，主要從事計(jì)量測試技術(shù)、光電檢測技術(shù)及無損檢測技術(shù)相