電子汽車衡的功能優(yōu)化

電子汽車衡的功能優(yōu)化

    數(shù)模混合集成技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)稱重儀表硬件電路低成本化設(shè)計(jì)上提供了條件。有關(guān)新型I2C存貯器及時(shí)鐘器件、新型Σ-ΔA/D、新型RISC結(jié)構(gòu)的微處理器可以大大簡(jiǎn)化電路，極大提高了電路性能，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)越來(lái)越廣泛被采用。

基本功能模塊的優(yōu)化

    為關(guān)鍵的器件該是MCU莫屬了，MCU即單片微處理器，是智能化儀表的大腦和心臟。根據(jù)MCU的不同選擇，目前市場(chǎng)上的電子汽車衡的基本功能電路可概括為以下幾種組合模式：

模式A：AMP+A/D+MCU+擴(kuò)展RAM+擴(kuò)展EPROM+擴(kuò)展I/O+E2PROM+鍵盤+顯示驅(qū)動(dòng)器+WDT

分析：典型芯片有8031/8039/80C49/8751等。

    屬早期MCU芯片，很多功能在外部擴(kuò)展，MCU芯片及其擴(kuò)展芯片已漸漸被市場(chǎng)淘汰，芯片集成商為應(yīng)付早期產(chǎn)品只在少量生產(chǎn)，故芯片價(jià)格相當(dāng)昂貴；該組合模式產(chǎn)品的穩(wěn)定性及抗干擾性能也很差，產(chǎn)品難以通過(guò)EMC測(cè)試。

模式B：AMP+A/D+MCU+E2PROM+鍵盤+顯示驅(qū)動(dòng)器+WDT

分析：MCU典型芯片有AT89C5X系列、W78E5X等，片內(nèi)具有FLASH程序存貯器。

    由于該系列MCU無(wú)WDT功能，設(shè)計(jì)時(shí)要在外部護(hù)展，因而增加了一定的硬件成本，同時(shí)該系列MCU的I/O口無(wú)EMI/EMS處理措施，給產(chǎn)品可靠性留下隱患。優(yōu)勢(shì)是與模式A相比其性價(jià)比有所提高，目前稱重控制儀采用該模式仍比較廣泛。

模式C：A/D+MCU+顯示/鍵盤

    分析：MCU典型芯片有STC89XX系列、AVR系列等，該系列MCU內(nèi)部集成了E2PROM及WDT功能，I/O口有EMC措施，且價(jià)格不比模式B用MCU貴。因此儀表可靠性及硬件成本均得到極大改善。

模式D：MCU+E2PROM+顯示/鍵盤

分析：MCU將AMP、A/D及微處理器集成在一塊芯片內(nèi)，屬混合信號(hào)MCU，代表芯片有AD公司的Adu8XX，TI公司的MSC121X，SILICONLAB公司的C8051F35X,等。該模式更加簡(jiǎn)化電路，在小型化、節(jié)電或本安應(yīng)用中不失為一種好的選擇方案。

A/D選型：

     稱重儀表用的A/D轉(zhuǎn)換類型主要有：雙積分型、三積分型、Σ-Δ型；雙積分及三積分由于受A/D轉(zhuǎn)換速度限制，一般在工業(yè)動(dòng)態(tài)稱重場(chǎng)合很少被采用；目前，市場(chǎng)上大多儀表均采用Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換，特點(diǎn)是A/D分辯率高，線性好，A/D轉(zhuǎn)換速度又能滿足工業(yè)動(dòng)態(tài)稱重的需求。目前市場(chǎng)上型A/D器件低中均有供貨。建議控制儀表可選內(nèi)帶PGA的中檔Σ-Δ型A/D芯片，比較經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。

各擴(kuò)展功能的優(yōu)化

    稱重儀表的基本性能已由基本CPU板模塊保證，由于儀表的擴(kuò)展功能決定了稱重儀表的實(shí)用性及檔次的高低，因此對(duì)儀表擴(kuò)展功能的接口電路也需巧妙選材，精心設(shè)計(jì)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用稱重儀表的擴(kuò)展功能主要有以下幾類，分別介紹如下：

打印模塊：可設(shè)計(jì)成串口/并口兼容方式，打印單據(jù)一般需要時(shí)間/日期數(shù)據(jù)，可將時(shí)鐘電路安排在打印接口板上。

    4-20mA模塊：由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)DCS系統(tǒng)傳輸采用4-20mA信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，因此稱重儀表要與之兼容則要備有該功能模塊。一般DCS系統(tǒng)的4-20mA有1‰精度就夠了，選12位D/A轉(zhuǎn)換器即可，高位數(shù)D/A會(huì)增加模塊成本；

該模塊軟件算法：MAout=weight/[max/(H_ma-L_ma)]

其中Maout：實(shí)時(shí)輸出電流所需的D/A數(shù)字量

weight：料重實(shí)時(shí)測(cè)量值；max：秤zui大量程

L_ma：秤處零位，4mA輸出所需的D/A調(diào)節(jié)值

H_ma：秤處滿量程，20mA輸出所需的D/A調(diào)節(jié)值

該算法通過(guò)軟件能方便被編程實(shí)現(xiàn)，可以大大簡(jiǎn)化硬件電路成本。

    通訊模塊：由于工業(yè)DCS系統(tǒng)存在眾多缺陷，目前，F(xiàn)CS系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）正越來(lái)越廣泛被應(yīng)用在自動(dòng)化控制當(dāng)中，F(xiàn)CS系統(tǒng)技術(shù)主要以Profibus為主，要求現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制設(shè)備具備基于RS485傳輸智能通訊接口。因而，工業(yè)稱重儀表的通訊接口智能化設(shè)計(jì)已是大勢(shì)所趨，從而使稱重信息能在企業(yè)Intrnet(Ethernet)甚至Internet上互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)共享。而為基于RS485傳輸?shù)墓I(yè)稱重儀表制定統(tǒng)一的通訊協(xié)議已迫在眉捷。建議采用下面基本通訊格式：STX（起始位）+IP地址+數(shù)據(jù)信息/命令+。。。+ETX（結(jié)束位）

IP地址：儀表地址編號(hào)

工業(yè)稱重儀表智能化通訊是發(fā)展趨勢(shì)，是提高儀表性能和檔次的具體體現(xiàn)，而且基于RS485傳輸?shù)耐ㄓ嵆杀疽瞶ui低的。

PWM模塊

在包裝秤及定量給料秤需要通過(guò)振動(dòng)方式加料時(shí)，該功能模塊作用明顯。

常規(guī)控制方法：一般為快中慢三段給料，需三只振動(dòng)控制器，且該控制器均需通過(guò)電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)振動(dòng)量。此種控制成本高，振動(dòng)控制器易損壞。

模塊控制原理：交流過(guò)零時(shí)中斷捕獲振動(dòng)調(diào)節(jié)量（與稱重成比例同步變化），根據(jù)調(diào)節(jié)量控制定時(shí)器觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)幅目的。如上圖示t1,t2點(diǎn)為觸發(fā)時(shí)刻，且t2比t1時(shí)刻觸發(fā)振動(dòng)量大。

特點(diǎn)：儀表全數(shù)字化設(shè)定及控制，振動(dòng)量隨物料多少自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。因此，這是一種具極低成本的、*性能和可靠性的配料控制秤解決方案。

稱重控制軟件的優(yōu)化

    由于硬件的模塊化設(shè)計(jì)極大的降低了成本，使得很多復(fù)雜的控制需要通過(guò)軟件將各種功能整合在一起，而軟件設(shè)計(jì)的邊際成本幾乎為零，因此軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作是低成本化工業(yè)儀表設(shè)計(jì)的靈魂。