電子汽車衡的功能優化

電子汽車衡的功能優化

    數模混合集成技術的飛速發展，為工業稱重儀表硬件電路低成本化設計上提供了條件。有關新型I2C存貯器及時鐘器件、新型Σ-ΔA/D、新型RISC結構的微處理器可以大大簡化電路，極大提高了電路性能，在實際設計中應越來越廣泛被采用。

基本功能模塊的優化

    為關鍵的器件該是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MCU的不同選擇，目前市場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+擴展RAM+擴展EPROM+擴展I/O+E2PROM+鍵盤+顯示驅動器+WDT

分析：典型芯片有8031/8039/80C49/8751等。

    屬早期MCU芯片，很多功能在外部擴展，MCU芯片及其擴展芯片已漸漸被市場淘汰，芯片集成商為應付早期產品只在少量生產，故芯片價格相當昂貴；該組合模式產品的穩定性及抗干擾性能也很差，產品難以通過EMC測試。

模式B：AMP+A/D+MCU+E2PROM+鍵盤+顯示驅動器+WDT

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

    由于該系列MCU無WDT功能，設計時要在外部護展，因而增加了一定的硬件成本，同時該系列MCU的I/O口無EMI/EMS處理措施，給產品可靠性留下隱患。優勢是與模式A相比其性價比有所提高，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內部集成了E2PROM及WDT功能，I/O口有EMC措施，且價格不比模式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，屬混合信號MCU，代表芯片有AD公司的Adu8XX，TI公司的MSC121X，SILICONLAB公司的C8051F35X,等。該模式更加簡化電路，在小型化、節電或本安應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轉換速度限制，一般在工業動態稱重場合很少被采用；目前，市場上大多儀表均采用Σ-Δ型A/D轉換，特點是A/D分辯率高，線性好，A/D轉換速度又能滿足工業動態稱重的需求。目前市場上型A/D器件低中均有供貨。建議控制儀表可選內帶PGA的中檔Σ-Δ型A/D芯片，比較經濟和實用。

各擴展功能的優化

    稱重儀表的基本性能已由基本CPU板模塊保證，由于儀表的擴展功能決定了稱重儀表的實用性及檔次的高低，因此對儀表擴展功能的接口電路也需巧妙選材，精心設計。工業現場用稱重儀表的擴展功能主要有以下幾類，分別介紹如下：

打印模塊：可設計成串口/并口兼容方式，打印單據一般需要時間/日期數據，可將時鐘電路安排在打印接口板上。

    4-20mA模塊：由于工業現場數據DCS系統傳輸采用4-20mA信號標準，因此稱重儀表要與之兼容則要備有該功能模塊。一般DCS系統的4-20mA有1‰精度就夠了，選12位D/A轉換器即可，高位數D/A會增加模塊成本；

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

其中Maout：實時輸出電流所需的D/A數字量

weight：料重實時測量值；max：秤zui大量程

L_ma：秤處零位，4mA輸出所需的D/A調節值

H_ma：秤處滿量程，20mA輸出所需的D/A調節值

該算法通過軟件能方便被編程實現，可以大大簡化硬件電路成本。

    通訊模塊：由于工業DCS系統存在眾多缺陷，目前，FCS系統（現場總線控制系統）正越來越廣泛被應用在自動化控制當中，FCS系統技術主要以Profibus為主，要求現場過程控制設備具備基于RS485傳輸智能通訊接口。因而，工業稱重儀表的通訊接口智能化設計已是大勢所趨，從而使稱重信息能在企業Intrnet(Ethernet)甚至Internet上互聯互通，數據共享。而為基于RS485傳輸的工業稱重儀表制定統一的通訊協議已迫在眉捷。建議采用下面基本通訊格式：STX（起始位）+IP地址+數據信息/命令+。。。+ETX（結束位）

IP地址：儀表地址編號

工業稱重儀表智能化通訊是發展趨勢，是提高儀表性能和檔次的具體體現，而且基于RS485傳輸的通訊成本也zui低的。

PWM模塊

在包裝秤及定量給料秤需要通過振動方式加料時，該功能模塊作用明顯。

常規控制方法：一般為快中慢三段給料，需三只振動控制器，且該控制器均需通過電位器手動調節振動量。此種控制成本高，振動控制器易損壞。

模塊控制原理：交流過零時中斷捕獲振動調節量（與稱重成比例同步變化），根據調節量控制定時器觸發可控硅導通，從而達到自動調幅目的。如上圖示t1,t2點為觸發時刻，且t2比t1時刻觸發振動量大。

特點：儀表全數字化設定及控制，振動量隨物料多少自動無級調節。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。

稱重控制軟件的優化

    由于硬件的模塊化設計極大的降低了成本，使得很多復雜的控制需要通過軟件將各種功能整合在一起，而軟件設計的邊際成本幾乎為零，因此軟件的優化設計工作是低成本化工業儀表設計的靈魂。