基于GPS及GPRS技術的電子秤稱重系統！

基于GPS及GPRS技術的電子秤稱重系統！（整編：上海本熙科技）
傳統的稱重系統已無法滿足現代企業的生產與工程需求，企業迫切需求對其現場重量進行實時測量并實現遠程監測，以便根進行監控跟蹤。根據上述特定應用目的，設計開發一款具備多路稱重傳感器測量接口、GPS定位信息采集、GPRS數據及指令傳輸及現場人機交互接口等基本功能模塊的稱重設備（電子秤）是迫切需求。

 

該稱重設備具有GPS定位、GPRS數據傳輸、以值或百分比值顯示稱重值、顯示物料品種信息、遠程關閉顯示、現場通過按鍵設置參數、遠程參數設置、現場蜂鳴器及LED閃爍超限報警、遠程重啟等豐富功能，可滿足實際工程需求。

 

1 硬件設計

該稱重儀硬件主要由大噸位稱重傳感器、A/D數據采集單元、單片機小系統、GPS及GPRS模塊、現場人機交互接口及電源模塊等功能模塊組成，其結構原理框圖如圖1所示。

 

 

 

 

1.1 稱重傳感器

該稱重儀雖然根據1—100 t稱重需求設計，但在允許誤差范圍內(此稱重儀針對2% 的需求設計)可與各種量程的稱重傳感器接口，應用于不同容量的砂漿罐體。稱重傳感器內部集成電阻應變片及惠斯登電橋，將壓力產生的應變量轉換成利于采集的電壓信號。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，對于3個支腳的罐體，也可用于連接3個傳感器，根據連接的傳感器數量需要通過按鍵選擇相應的計算參數。同時，傳感器的輸入電壓靈敏度一般有1.0 mV/V和2.0 mV/V，也需要選擇對應的參數。具體的參數選擇如表1所示。

 

 

 

 

1.2 A/D數據采集及單片機單元

針對A/D數據采集及各種功能控制，該稱重儀核心采用了C8051F350單片機 。該單片機內部集成可編程增益放大器PGA、24位差分A/D轉換器及輸出濾波器等模塊，使得該稱重儀比傳統的設計方案集成度更高、生產調試更為簡單、性價比更高。設計需求中當量程為100 t時，在10 kg分辨率能穩定顯示，則A/D轉換精度計算公式為：10 kg/100 t=1/10 000≥1/

 

2 ，由此計算得x可取小正整數為14，即對A/D的要求為14位精度，此單片機用作A/D采集能滿足設計需求 。傳感器A/D數據采集及單片機模塊電路結構如圖3所示 。

 

 

 

 

1.3 GPs及GPRS模塊

該稱重儀中GPS及GPRS功能模塊采用獨立設計，使得該功能模塊可與其他部件分開調試生產，對于該模塊功能故障的維護過程中可直接替換，縮短現場的維護時間，可有效降低對現場正常施工的影響。

 

該模塊與單片機核心模塊接口如圖4所示，與GPS及GPRS模塊的接口信號包含接收RXD、發送TXD及聯網狀態LINK。接口的信號均通過高速光電耦HCPL2503進行隔離，電源通過IB0505S隔離電壓源模塊隔離，以降低GPS信號、GPRS信號及天線引入的靜噪干擾對模擬電路數據采集產生的影響。

 

 

 

 

 

1.4 現場人機接口

該稱重儀具有豐富的人機口，如圖5所示。其中，液晶屏用于顯示稱量結果、運行狀態及儀器參數等信息;按鍵用于參數設置;蜂鳴器及LED用于現場超限報警。

 

 

 

2 軟件設計

軟件部分包括后臺程序與前臺程序。后臺程序包括單片機初始化程序及主循環程序;前臺程序包括串口中斷程序及定時中斷程序。

 

2.1 主循環程序

主循環控制流程如圖6所示，包括以下幾個部分。

 

 

 

 

(1)按鍵指令處理。判斷是否有按鍵按下并根據鍵值執行相應的操作;

(2)串口數據處理。判斷是否完整接收完一幀數據，并當一幀數據接收完整后對數據進行解析，根據指令修改運行模式及設定新的運行參數;

(1)按鍵指令處理。判斷是否有按鍵按下并根據鍵值執行相應的操作;

(2)串口數據處理。判斷是否完整接收完一幀數據，并當一幀數據接收完整后對數據進行解析，根據指令修改運行模式及設定新的運行參數;

(3)傳感器A/D數據采集。判斷是否允許一次數據采集，如果允許則進行一次A/D轉換任務，并對數據的進行校準和存儲;

(4)數據的發送。判斷是否允許一次數據發送，如果允許則通過GPRS進行一次數據和參數的發送。

 

2.2 前臺中斷程序

前臺程序中包含串口中斷程序，主要用于發送數據結束的判斷及接收數據完整性的判斷，并根據結果改寫信號變量，從而改變后臺程序的運行狀態。

同時，前臺程序中還包含一個1 ms定時中斷程序。每中斷1次，包含的主要任務有：讀取端口鍵值，改寫信號變量并將鍵值發送給后臺程序;通過對中斷計數的方式計算時間間隔;當時間間隔達到設定的采集時間間隔或發送時間間隔時改寫相應信號變量，允許后臺程序進行A/D數據采集或數據發送。

 

3 精度校準

測量儀器的設計需要考慮分辨率、精度、穩定性等基本指標，分辨率等指標由設計方案決定，而精度指標可以在儀器設計完成后通過好的校準方法得以提高。校準的步驟：負載m，時稱重值為M。;當負載為m：時，稱重值為M2 。根據以上測量值繪制的校準曲線如圖7所示。

 

 

 

 

4 結束語

該大噸位稱重儀已在成都某建筑工地現場投入運行，長期使用結果表明其測量精度高、性能可靠、成本低廉且維護容易。采用單片機智能控制，可對軟件進行裁剪和修改后與多種量程稱重傳感器接口使用，具有滿足各行業稱重應用的潛力。

 

參考文獻：

[1] 樊勇，許瑋，東海燕.大噸位儲料罐稱重系統的設計.傳感器技術，1997，16(5)：32—34.

[2] 李樂，程剛.C8051F350在高精度數字稱重模塊中的應用.儀表技術與傳感器，2009(3)：115—117.

[3] 趙負圖.現代傳感器集成電路.北京：人民郵電出版社，2000.

[4] 徐國棟，鄭洪波，楊列坤，等.儀器儀表行業應用.高精度智能壓力傳感器的設計，2009(9)：110—113.

[5] 周澄宇.圖解單片機編程與應用人門.北京：中國電力出版社，2009.

[6] 許江淳.單片機測控技術應用實例解析.北京：中國電力出版社。2010.

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