摘要 ：使用壓力傳感器采集信號、單片機(jī)集成的ADC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A／D轉(zhuǎn)換、光電耦合器件減小干擾、電機(jī)的點動控制減小誤差，基于單片機(jī)設(shè)計了一個自動稱重電路。實踐證明，這個電路完全可以滿足普通稱重包裝要求。

　　0、引言

　　傳統(tǒng)的自動磅控制電路是使用模擬電子元件完成的。隨著近年工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，包含有自動稱重控制設(shè)備的數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)也開始成熟。例如，文獻(xiàn)提供的飼料生產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)，使用了A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、顯示技術(shù)及電機(jī)的PID控制技術(shù)、自由落料的誤差控制技術(shù)等；給出了稱重系統(tǒng)的設(shè)計原理；給出了使用PLC設(shè)計稱重系統(tǒng)的原理。但是這些文獻(xiàn)只給出硬件的邏輯結(jié)構(gòu)，沒有給出具體的硬件電路，并且自動包裝設(shè)備成品對于初期創(chuàng)業(yè)的小微企業(yè)來說費用較高。

　　本文采用STC12C5A60S2單片機(jī)，設(shè)計了一個簡單的稱重包裝電路，給出關(guān)鍵硬件電路圖及軟件設(shè)計思路，成本較低。

　　1、硬件電路設(shè)計

　　整個電路采用+5V單電源設(shè)計，與單片機(jī)控制電路共用接地。單片機(jī)內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換電路對電源的電壓的穩(wěn)定性要求較高，設(shè)計電源電路時注意。

　　1.1 信號采集

　　采用余姚市火云衡器配件制造廠制造的型號為CZA-A的稱重壓力傳感器，其內(nèi)部電路為橋式結(jié)構(gòu)，引線有四根，紅、白線為電壓輸入，綠、黑線為信號輸出。輸出靈敏度2.00.2mV/V，采用5V激勵。滿載荷10kg的傳感器，滿載荷時輸出101mV。實際應(yīng)用時建議最大載荷小于滿載荷。

　　由于傳感器輸出信號的電壓幅度較小，所以需要放大電路。因為在編程時，可以對包裝重量進(jìn)行調(diào)整，所以采用簡單的放大電路。圖1中的放大電路采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大。采用OPA333運算放大器，它的基本輸入電流在70pA左右，電壓開環(huán)放大增益為130dB，輸出端短路電流±5mA。放大器輸入端有濾波電路。其放大倍數(shù)為：

　　可調(diào)整的值以確定放大倍數(shù)，使輸入到單片機(jī)的信號電壓滿載時近+5V。

　　稱重電路中沒有包含去除包裝皮重的電路，這可在軟件設(shè)計中加以考慮。單片機(jī)ADC0引腳在軟件中設(shè)為“僅為輸入（高阻）工作模式”。

　　1.2 電機(jī)控制電路

　　電機(jī)控制電路如圖2所示。

　　光電耦合器分為線性和非線性的兩種。線性的適用于A/D轉(zhuǎn)換及開關(guān)電源，非線性的適用于開關(guān)信息的傳輸。電機(jī)控制電路是開關(guān)控制，所以選用非線性光電耦合器6N137（高速光耦，晶體管輸出）就可以。6N317的2、3引腳之間接有一個發(fā)光二極管，其正向電壓降為1.2~1.7V，典型值是1.4V，正向電流6.3~15mA。P2.0不能直接連接在6N317間的輸入端。6N317的5、8引腳之間需要接一個高頻特性良好的0.1uF電容，如瓷介質(zhì)或鉭電容，安裝時盡量接近于5、8引腳，其作用是為了減小對電源的沖擊。6N317的6引腳集電極開路輸出，最大允許13mA的灌電流。因其不滿足功率繼電器的負(fù)載要求，輸出需要進(jìn)行功率放大。

　　小型功率繼電器的型號是HF-3FD，其觸點轉(zhuǎn)換電流可達(dá)10A，所以限制了電機(jī)的功率。如果電機(jī)的功率比較大，建議采用ULN2008替換9013，它是專門用來驅(qū)動繼電器的芯片，同時選用觸點轉(zhuǎn)換電流更大的繼電器。

　　2、軟件設(shè)計

　　使用電機(jī)進(jìn)行加料。剛開始時電機(jī)連續(xù)運轉(zhuǎn)加料，當(dāng)超過包裝重量的二分之一時，開始間斷加料。利用定時器0控制電機(jī)的點動時間。定時與A/D轉(zhuǎn)換均禁止中斷，用查詢方式確定是否達(dá)到定時時間、A/D轉(zhuǎn)換是否完成。一次包裝程序設(shè)計思想如圖3所示，其中“G”表示當(dāng)前稱重值，“G0”表示包裝重量。

　　對單片機(jī)來說，A/D轉(zhuǎn)換在初始化時，打開A/D轉(zhuǎn)換電源之后一定要延時1ms左右，然后才能啟動轉(zhuǎn)換。圖3中的“G0”值在包裝重量發(fā)生變化時需要調(diào)整，可加一個調(diào)整按鍵來設(shè)置。需要兩個顯示電路，一個顯示設(shè)置值，另外一個顯示實時重量值。

　　3、結(jié)束語

　　稱重傳感器產(chǎn)生的誤差主要是系統(tǒng)誤差，如果用砝碼校正，這個可消除掉。所以包裝誤差產(chǎn)生的原因有兩個，一是單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的精度，二是點動加料對誤差的影響。根據(jù)《國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局令（第75號）》對于包裝商品只有對短缺量有要求，比如1kg的物品短缺最大不能超過1.5%，即0.015kg。價值越高的物品，允許的短缺量越小。

　　以包裝1kg物品為例，具體分析如下：

　?、貯/D轉(zhuǎn)換對稱重精度的影響。STC12C5A60S2單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的精度是10位精度，調(diào)整電阻R5的值，當(dāng)稱重1kg的時候信號放大到2.5V，那么10位精度對應(yīng)的是，此時產(chǎn)生的絕對誤差為

　?、谝砸淮坞姍C(jī)點動加料0.02kg為例，產(chǎn)生的絕對誤差為0.02kg?？偟慕^對誤差為±0.002+0.02kg。

　　根據(jù)上面的分析，只要電動機(jī)一次點動加料大于0.002kg，那么就符合國家對于商品包裝的要求。根據(jù)實際調(diào)試，一次點動加料的重量越大，可以增加包裝速度，但是商家的損失會加大；如果一次點動加料的重量變小，可以降低商家的損失，但是以犧牲包裝效率為前提的。降低采集信號的放大倍數(shù)（增加R5電阻值）或降低“G0”值，可以調(diào)整這個矛盾，但是會降低包裝精度，并且包裝質(zhì)量更加依賴于一次點動加料的精度。

　　改變包裝重量，需要調(diào)整R5的值和圖3的“G0”的數(shù)值。所以根據(jù)此原理制作包裝設(shè)備，不適合大批量生產(chǎn)。