基于GPS及GPRS技術(shù)的電子秤稱(chēng)重系統！

基于GPS及GPRS技術(shù)的電子秤稱(chēng)重系統?。ㄕ帲荷虾１疚蹩萍迹?/strong>
傳統的稱(chēng)重系統已無(wú)法滿(mǎn)足現代企業(yè)的生產(chǎn)與工程需求，企業(yè)迫切需求對其現場(chǎng)重量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量并實(shí)現遠程監測，以便根進(jìn)行監控跟蹤。根據上述特定應用目的，設計開(kāi)發(fā)一款具備多路稱(chēng)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(chǎng)人機交互接口等基本功能模塊的稱(chēng)重設備（電子秤）是迫切需求。

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

1 硬件設計

該稱(chēng)重儀硬件主要由大噸位稱(chēng)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(chǎng)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(chēng)重傳感器

該稱(chēng)重儀雖然根據1—100 t稱(chēng)重需求設計，但在允許誤差范圍內(此稱(chēng)重儀針對2% 的需求設計)可與各種量程的稱(chēng)重傳感器接口，應用于不同容量的砂漿罐體。稱(chēng)重傳感器內部集成電阻應變片及惠斯登電橋，將壓力產(chǎn)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(chēng)重儀安裝在控制柜里，如圖2所示。

由圖2知道，該稱(chēng)重儀多可連接4路傳感器，對于3個(gè)支腳的罐體，也可用于連接3個(gè)傳感器，根據連接的傳感器數量需要通過(guò)按鍵選擇相應的計算參數。同時(shí)，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(chēng)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(chēng)重儀比傳統的設計方案集成度更高、生產(chǎn)調試更為簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比更高。設計需求中當量程為100 t時(shí)，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(mǎn)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(chēng)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(kāi)調試生產(chǎn)，對于該模塊功能故障的維護過(guò)程中可直接替換，縮短現場(chǎng)的維護時(shí)間，可有效降低對現場(chǎng)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(fā)送TXD及聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)LINK。接口的信號均通過(guò)高速光電耦HCPL2503進(jìn)行隔離，電源通過(guò)IB0505S隔離電壓源模塊隔離，以降低GPS信號、GPRS信號及天線(xiàn)引入的靜噪干擾對模擬電路數據采集產(chǎn)生的影響。

1.4 現場(chǎng)人機接口

該稱(chēng)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(chēng)量結果、運行狀態(tài)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(chǎng)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(huán)程序;前臺程序包括串口中斷程序及定時(shí)中斷程序。

2.1 主循環(huán)程序

主循環(huán)控制流程如圖6所示，包括以下幾個(gè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行一次A/D轉換任務(wù)，并對數據的進(jìn)行校準和存儲;

(4)數據的發(fā)送。判斷是否允許一次數據發(fā)送，如果允許則通過(guò)GPRS進(jìn)行一次數據和參數的發(fā)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(fā)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(xiě)信號變量，從而改變后臺程序的運行狀態(tài)。

同時(shí)，前臺程序中還包含一個(gè)1 ms定時(shí)中斷程序。每中斷1次，包含的主要任務(wù)有：讀取端口鍵值，改寫(xiě)信號變量并將鍵值發(fā)送給后臺程序;通過(guò)對中斷計數的方式計算時(shí)間間隔;當時(shí)間間隔達到設定的采集時(shí)間間隔或發(fā)送時(shí)間間隔時(shí)改寫(xiě)相應信號變量，允許后臺程序進(jìn)行A/D數據采集或數據發(fā)送。

3 精度校準

測量?jì)x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(guò)好的校準方法得以提高。校準的步驟：負載m，時(shí)稱(chēng)重值為M。;當負載為m：時(shí)，稱(chēng)重值為M2 。根據以上測量值繪制的校準曲線(xiàn)如圖7所示。

4 結束語(yǔ)

該大噸位稱(chēng)重儀已在成都某建筑工地現場(chǎng)投入運行，長(cháng)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(jìn)行裁剪和修改后與多種量程稱(chēng)重傳感器接口使用，具有滿(mǎn)足各行業(yè)稱(chēng)重應用的潛力。

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作者簡(jiǎn)介：顧亞雄：(1962一)，博士，副教授，主要從事計量測試技術(shù)、光電檢測技術(shù)及無(wú)損檢測技術(shù)相