随着电子技术、传感器制造技术、微处理器技术的发展和成熟，定量称量包装秤已逐渐实现电子化，定量称量系统已基本实现由传统的杠杆平衡原理的机械秤逐渐向由微处理器控制，以高精度称重传感器核心的电子秤的转化。

1硬件设计

选择MCS51系列单片机，采用应变片式传感器，将重量信号转化为电压信号，通过直流放大器放大后送人A/D转换成数字信号，再由单片机进行数据处理，推动继电器和执行机构。

设计要求称量范围为10~100kg，误差小于等于0.6250%。在设计过程中，着重考虑电子部分的设计。首先需考虑精确度。根据《定量包装商品计量监督规定》要求，需将称量精确度控制在40kg±0.25kg以内，即误差小于等于0.625%。电子秤的误差分为两类：①静态误差。包含称重传感器引起的误差0.05%。调零电路和放大环节的误差0.02%，桥路供电电压误差0.01%．A/D转换器的综合误差为0.02%，总的合成误差是各种偶然误差的均方根合成，即0.0580%。由此可以看出，其静态误差完全符合国家称量标准。②动态称量误差。主要来源于电子秤对干扰信号响应的相对滞后。具体而言，与物料是否均匀，物料密度大小，是否有块料，粗、细进料门限值，与称量速度也有关，与机械震动的关系较大。总的来说需要满足40kg±0.25kg的国家标准。

根据图l和需要控制的各个环节的误差，选择相关的元器件。

1)称重传感器：根据定量包装秤的没计范围称重传感器选择量程为100kg，其灵敏度为2mV/V，即满量程时1V激励电压对应输出的电压值。在物料的称量过程中，物料的净重可以设置为10~100kg，桶重约50kg，这样称量过程中皮重约60~150kg(静态)，称量过程中的冲击力预计最大100N，采用2个传感器悬挂1个料桶，每个传感器均衡受力，确保每个传感器受力满载时为35~80kg。选择量程为100kg的传感器能满足要求。

如果按照10V激励电压，传感器在称量过程中输出电压约为7~16mV，满载时的输出不会超过其量程范围，传感器的线性度较好，同时也增加了灵敏度和传感器的输出。

2)传感器供电模块：AD581是美国AD公司出品的高精度电压输出模块，其输出电压的精度为0.01%，具有良好的稳定性。

3)测量放大器选择AD公司出品的仪用放大器AD522B，其误差为0.02%，能做到阻抗匹配，抑制干扰，具有输入阻抗高、低温漂、低失调电压和高稳定增益的特点，是一种集成的精密测量放大器，该测量放大器内部是一个三运放的放大器结构，其增益由RG进行调整。AD522的4、6脚接高精度电位器用于调整放大器零点，如果是在强干扰环境中使用，引脚13可接信号传输导线的屏蔽网以减小干扰，不用则悬空。

4)硬件减法器：在设计过程中，为了提高控制精度，增加了一级高精度减法器。选择AD公司的ADOP07运算放大器设计去皮重电路。考虑到16位A/D转换器价格较贵，采用12位A/D转换器，通过加一级硬件减法器提高称量精确度，同时得到了最好的性价比。

5)A/D转换器：该电路采用AD574AJ，转换时间为20μs。工作温度为0—70℃。

AD574是美国'AnalogDevice公司生产的12位逐次逼近式模数转换器，其主要特点：①有参考电压基准和时钟电路，不需外部时钟就可以工作；②转换速率高，12位转换25μs，8位转换16μs；③8位或16位微处理器接口，自带三态输出缓冲电路，可直接挂在单片机的数据总线上而无需接口电路；④温度适应范围大，在-55~+125℃范围内满足线性要求。考虑到传感器电位信号在反应前后产生突变，只需采样反应前后趋于稳定的电位特征值即可，12位的高速A/D转换芯片已完全能够满足要求。

6)采样／保持电路：根据《自动控制原理》中的奈奎斯特采样定理，在一个数据采样系统中，为了使输出信号能无失真地自我复现输入信号，必须使采样频率至少为输入信号最高有效频率的两倍。故需要加一级采样保持电路，选择AD582采样保持电路。

7)人机接口电路：考虑到需要在现场操作及管理人员需要在控制室观察操作，为此，采用2片Intel8031CPU，l片进行现场的显示重量和扫描键盘，1片放在控制机房进行采样、控制、键盘、数字显示控制。可以方便增加无线传输模块，实现现场操作站和控制机房无线连接。

2软件设计及联合调试

采用Intel8031汇编语言进行编程，在线仿真编程器进行调试。在软件设计的过程中尽量采用模块化设计，比如，将数据采集用的A/D转换部分设计成A/D转换采样模块。将滤波程序设计成滤波模块，将数字显示部分设计成数显模块，将键盘扫描电路设计成键盘扫描模块，将延时程序设计成延时模块。在设计开始以前要详细分配各个模块的人口参数地址和出口参数地址。布尔开关量应当在CPU寄存器中设置固定的地址。

软件设计和硬件系统设计完成后，分别进行硬件调试和软件调试，调试合格后进行联合调试，根据现场的情况，发现问题，及时解决。实验成功后将硬件电子电路制作成规范化的电路板。

3结束语

经过上述设计，完成了淀粉定量称量包装秤电子部分的设计。根据这个设计过程，成功制造了淀粉自动秤。该秤具有自动跟踪料斗重量，自动调整门限值的功能，自动调整控制称量精度。维护方便、精度高、速度快，可以应对不同行业的颗粒物料的定量称量的需求，具有较广阔的市场前景。

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