基于STC單片機(jī)的自動(dòng)稱重系統(tǒng)

韋 巍

（1.電子信息測試技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蚌埠233000；2.中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，安徽 蚌埠233000）

1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)原理框圖

圖2 主控制器原理圖

整機(jī)工作原理如圖1所示：稱重顯示板提供人機(jī)交互界面，通過穩(wěn)態(tài)，調(diào)零，稱重，電源等LED指示燈可以查看當(dāng)前顯示板的狀態(tài)，通過按鍵可對顯示板進(jìn)行調(diào)零，關(guān)機(jī)的操作。顯示板既能與AD7730通訊（通過單片機(jī)的SPI口控制接收、發(fā)送數(shù)據(jù)），也能與上位機(jī)通訊（通過單片機(jī)的串口控制接收、發(fā)送數(shù)據(jù)）[4]。顯示板顯示當(dāng)前被測物力的重量。設(shè)計(jì)采用STC單片機(jī)作為主控制器，控制器的SPI口與AD7730相連，發(fā)送接收命令與數(shù)據(jù)?？刂破鞯拇谂cPC端相連時(shí)，用于下載燒錄程序，與上位機(jī)相連時(shí)，用于和上位機(jī)通訊。稱重傳感器測量被測物體，輸出的微弱信號放大后經(jīng)過AD7730采樣，采樣的數(shù)據(jù)輸出到單片機(jī)后經(jīng)過單片機(jī)處理，輸出到數(shù)碼管顯示被測物體的重量信息，按鍵具有調(diào)零和關(guān)機(jī)的功能[5]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括主控器的設(shè)計(jì)，AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，顯示單元的設(shè)計(jì)等。

2.1 主控器的設(shè)計(jì)方案

主控制器原理圖如圖2所示：采用STC12C5412AD芯片[6]作為主控單元，工作電壓采用+5V供電，工作頻率為11.0592MHz，用戶應(yīng)用程序區(qū)為12KB，片上集成512字節(jié)的RAM，帶有6個(gè)16位定時(shí)器和27個(gè)通用IO口。同時(shí)該芯片還具有SPI同步通信口和串口功能，方便與AD7730和上位機(jī)通訊，能夠滿足設(shè)計(jì)的需求。74HC04作為單片機(jī)復(fù)位芯片控制主控器的復(fù)位。

2.2 AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案

AD控制單元原理圖如圖3所示：采用AD7730作為AD轉(zhuǎn)換單元，該芯片使用+5V工作，具有23萬的分辨率，24位的無失真碼，低噪聲，抗干擾等特點(diǎn)。它包含一個(gè)電荷平衡ADC，一個(gè)帶有片內(nèi)靜態(tài)RAM的校正微處理器，時(shí)鐘振蕩器，數(shù)字濾波器和雙向串行通信口。緩沖放大器允許外部信號高阻抗源的模擬輸入，處理的結(jié)果直接送往24位AD寄存器。由于傳感器的輸出信號很微弱，傳感器橋供電壓的微小變化會(huì)引起傳感器輸出信號較大變化，因此需要采用精度較高的恒壓源。我們采用了精確的低壓差恒壓控制IC，將輸出信號控制在穩(wěn)定的范圍。

圖3 AD控制單元原理圖

圖4 軟件結(jié)構(gòu)流程圖

圖5 調(diào)零流程結(jié)構(gòu)圖

2.3 顯示單元的設(shè)計(jì)方案

采用寧波升譜照明的NES-12012AS型數(shù)碼管作為顯示單元，該數(shù)碼管導(dǎo)通電壓+5V，導(dǎo)通電流20mA，顯示為紅色，同時(shí)還具有耐壓，耐破裂，抗沖擊老化的特性，能夠滿足應(yīng)用的需求。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要用于測量新生兒體重，醫(yī)學(xué)檢測和鑒定，對體征狀態(tài)不穩(wěn)定的新生兒疾病的輔助治療將發(fā)揮重要作用。稱重系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用與上位機(jī)串口連接的方式，可以通過上位機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和測量，提高系統(tǒng)的測試能力和應(yīng)用范圍。

設(shè)計(jì)采用STC51單片機(jī)模塊為開發(fā)平臺(tái)，采用通用模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的測試平臺(tái)。開發(fā)的硬件模塊包括主控信號采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示輸出模塊，按鍵模塊等。硬件平臺(tái)為整個(gè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，提供測試測量所需的接口及與上位機(jī)的通信接口，軟件運(yùn)行于硬件平臺(tái)基礎(chǔ)之上，控制硬件完成信號采集、檢測、分析、統(tǒng)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，軟件按照模塊化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要功能模塊有主程序模塊，AD模塊，調(diào)零模塊，關(guān)機(jī)模塊，與上位機(jī)串口通信模塊，按鍵處理模塊等。

稱重測試系統(tǒng)的軟件流程結(jié)構(gòu)如圖4所示。

調(diào)零程序?qū)鞲衅鞒跏贾抵匦聵?biāo)定，提高測量的準(zhǔn)確性，軟件流程如圖5所示。

稱重程序結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 稱重程序流程結(jié)構(gòu)圖

4 總結(jié)

本文采用STC12C5412AD單片機(jī)作為主控單元，AD7730作為24位AD轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)對微弱傳感器信號進(jìn)行采集與轉(zhuǎn)換，使得測量精度達(dá)到國外先進(jìn)水平，滿足設(shè)計(jì)的需求；數(shù)碼顯示器作為顯示界面實(shí)時(shí)顯示測量的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了良好的人機(jī)操作界面；調(diào)零功能符合實(shí)際應(yīng)用的需要。本文設(shè)計(jì)的稱重系統(tǒng)功能全面，適應(yīng)性良好，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，具有廣泛的應(yīng)用空間。

［1］劉九卿.動(dòng)態(tài)和數(shù)字稱重技術(shù)發(fā)展概況與研究課題[J].工業(yè)計(jì)量,2011(2)：4.

［2］肖奇軍,李勝勇,林益平,等．智能電子稱重系統(tǒng)[J]．肇慶學(xué)院學(xué)報(bào),2005,6(2)：51．

［3］葛志勇．電子秤數(shù)字和算技術(shù)及其應(yīng)用[J]．河北冶金,2006(1)：63．

［4］The RS232 standard 1993-2004 by CAMI Research I nc.[Z].Lex ington,Massachusetts.

［5］李秀忠.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社,2007.

［6］吳艷敏,黃春,崔光照．基于STC12C5410AD的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,26(1)：59．