关键字 |
| 24位Σ-ΔADC、负载细胞,PIC单片机,嵌入式系统 |
介绍 |
| 如今数字秤的需求越来越日复一日在大多数的企业因为测量数字秤的重量是与各种不同的应用程序用户友好。这个研究论文显示高分辨率的设计和实现先进的数字秤设计基于24位法ADC以及功能齐全的嵌入式系统。 |
| 重的文章是现代生活的一个重要组成部分,是一个常数需要知道的确切重量很多物品,例如,食物、原料生产、药理学、化学、技术等。产品的类型和数量,需要权衡控制正在增加。因此,政府机构在国际上的法律要求是试图保持恒定的速度相同。在生产中,这意味着高称重的精度和效率也不断地提上了日程。这一趋势的延续为客户和生产者带来好处。也就是说,生产效率增加,因此盈利能力虽然包数量和质量保证客户的满意度。领域的大规模生产,产品使用电子体重秤体重,如图1所示,权衡一个包快速、准确。邮件排序和分级机械,常见的内部分工是1/37500精度10件/秒(1、7)。在实践中,微控制器使用通用算法并不能满足精度高。 |
| 磅秤设计师的增加的趋势向更高的精度和更低的生产成本。它会增加以低成本高性能的模拟信号处理的需求。这个要求不明显的范围;大多数衡量尺度的分辨率输出最终的重量值1:3000或1:1很容易满足(显然)由12位14-bit模拟-数字转换器(ADC) [1、7]。然而,仔细检查重量表显示,会议决议的1:20万非常精确的测量是必要的。这个需求不是那么容易完成;事实上,模拟到数字转换器(ADC)的准确性需要接近24位。本文主要考虑地区peak-to-peak-noise决议,RMS噪音,A / d转换器动态范围,获得漂移,过滤和数据平均技术[2]。 |
相关工作和设计方法 |
| 实现更高的主要约束传递产品的准确性和提高吞吐率是一个叠加噪声对有用信号的称重系统。常见的来源是:(1)常量值(2)噪声:电磁传感器,电力谐波、热不稳定的增益可编程电路和软件(通过单片机的PWM输出)(3)基于应变计传感器(即。、负载细胞)对振动十分敏感。常见的来源是放大前转移到A / D转换器,因此噪声放大,系统中引入一个错误。 |
| 信号处理模块(SPM)获得的电信号称重设备和估计的重量值传递产品的输出,如图2所示。改进的两个主要目标是增加体重的速度和实现良好的测量精度。提高SPM提供任何一方或双方的目标是为整个静态称重系统带来了极大的好处。由于物理特性,当外力细胞检测的负载,它产生一个微弱的电流。的弱电流通过AD7730 PGA(可编程增益放大器),A / D转换器和两级数字滤波器在数字信号[1,2]。微控制器(PIC / 8031)检测到数字信号传输到通信单元和显示单元根据程序设置内存[5]。 |
| 在系统中,振幅谱揭示了重要的称重系统的噪声分量。第一个高峰集中在大约2.2赫兹,和第二个和第三个峰似乎这个噪音的整数倍。因此我们可以假设没有显著的谐波分量超过40 Hz。因此选择任意采样率必须大于80赫兹。从滤波器理论,众所周知,线性相位滤波器是最好的对瞬态响应时间。为了拒绝电路中的高频随机振荡分量,总有一个RC低通滤波器的输出电路。这种滤波器可以抑制高频噪音,但它对低频噪声的影响。数字滤波器是理想的治疗低频噪音。他们可以实现实时或post处理程序[1]。 |
硬件模块 |
| 答:负载细胞传感器 |
| weigh-scale使用电阻桥式称重传感器压力传感器。电压输出的压力放在传感器直接成比例。典型的电阻测压元件传感器如图4 - 3它包含一个电阻电桥电路的电阻和两个变量的手臂,电阻随体重的应用生成一个微分的参考电平电压2.5 V。每个电阻为350欧姆(3、4)。 |
| b .电测压元件的灵敏度 |
| 负载细胞的电敏感性的比率被定义为满载输出给定的输入电压。在mV / V。例如,如果输入电压给桥是+ 5 v在满载输出电压是10 mV。(如果负载的电敏感性细胞2 mv / V) [3]。最的线性部分负载细胞是否完整的额定负载[3]。因此我们可以使用只有6.66 mV因为大多数的线性输出负载细胞。因此带来的挑战是测量小信号变化在这个6.66 mV全面范围等方式实现最高性能不容易在工业环境中权衡尺度通常是使用[7]。 |
| c .总误差的负载细胞 |
| 总误差的比例输出误差电压额定输出电压。一个典型负载细胞约0.02%的总误差规范[3,4]。它是一个最重要的参数,因为它影响精度,进一步需要改进的信号调节电路。也创造了并发症的A / d转换器的分辨率的选择,以及低噪声放大电路的设计和高效过滤器(3、4)。 |
| d .漂移和皮重 |
| 负载细胞是漂浮的设备其输出随着时间的推移,这不是由于温度的影响。按照实验在一个典型的负载细胞与恒温固定负载排上的负载细胞24小时使用24位ADC测量结果是总漂移125 lsb [4]。皮重是重量和尺寸的术语,指的是要减去的体重的净重毛重,以便获得。例如,测量内容的重量在一个容器,容器的重量(皮重)从毛重减去(容器的重量+内容)的重量。 |
| e .法模拟到数字转换器的选择 |
| 23.5σδ/ D-convertor给一些有效的决议没有信号放大和使用一个三阶调制器和四阶数字滤波器[2]。两个数据率支持10或80 SPS(样本/秒)50 hz和60 hz拒绝。内部振荡器等特性,对需求抵消校准,和掉电模式。最重要的参数在设计时要考虑weigh-scale系统ADC动态范围,内部统计,增益和抵消漂移,无噪声的决议,过滤和数据平均。系统必须设计为辐射,因此独立于电源电压的[1,2]。 |
嵌入式软件平台 |
| 这个参考设计利用PIC安可的芯片上的SPI,计时器,GPIO外围。软件提供这个应用程序初始化这些外围设备和配置ADC AD7730。的输出Timer1用作AD7730系统时钟源。AD7730是读每50毫秒的输出。Timer0配置为生成中断每1毫秒。国旗表明50毫秒超时是监控和ADC输出的最初10个样本收集并存储到缓冲区。这10个样本的平均值用于计算重量。每一个新的样本收集最古老的样品替换缓冲区。如果当前ADC值不同于其先前的值由一个预定义的阈值,然后,它意味着有大幅改变重量和10个新样本收集。这种方式,体重突然变化考虑在内。 All weight, COUNT value, and operating modes of weigh-scale are displayed on LCD. Weight less than 1 kg is displayed in grams. Weight greater than 999 g is displayed in kilograms with 3 decimal places. The software also continuously polls switch press and corresponding functionalities of the switches are performed. |
| ADC的计数值从控制器读取对应的测压元件输出,负载细胞特性推导出通过绘制ADC值与标准重量。一个合适的方程是获得该地块用于在运行时计算重量。 |
结果 |
| 基于嵌入式平台的数字称重系统设计提高测量功能。检查的准确性和可靠性,系统已经被使用校准重量和检查发现该系统给我们一个准确的吞吐量与精度高。 |
| 相同的测量已经通过数字系统和我们得到非常精确的结果。系统显示准确的阅读应用重量精度三个小数点就像如果我们测量一个理想体重5公斤的设计规模它显示了一个完美的数字显示板上4.998公斤。 |
结论 |
| 在静态称重系统在改善传统过滤方法采用有限制的准确性和吞吐率。在这种情况下,另外一个可供参考的技术探索找到一个解决方案。它将使测量精度高和良好的吞吐率的文章重。做这项工作我们也经历了这艰巨的任务与24位法得到好结果ADC更加嘈杂的情况下。因此这是可能设计的帮助下以低成本非常高的精度提高磅秤。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
- 教授Kataria s M。,Prof. Vaghela V. B.. ?Design and Implementation of High Precision Advanced Weighing Machine with TFT Panel? Department of Electronics and Communication, Sankalchand Patel College of Engineering.
- 数据表AD7730 / AD7730l桥转换器ADC
- 永吉M。,?ALTHEN Sensor? for load cell specification, www.althensensors.com. The technical writer’s handbook. Mill Valley C.A University Science 1989
- 测压元件规范在网站上,www.loadcell .com/load-cell-overview.html
- Predko M。,?Programming and customizing the PIC Microcontroller? TATA McGraw-Hill Edition, Third edition.
- 沃尔特·K。,practicle design technique for sensor conditioning, analog devices, 1999.
- 康莱Y。,刘。,and Chen L.-F., ?Fast and High-Accuracy Design and Implementation for Home Electronic Weighing Scale Applications?, Department of Electrical Engineering, National Chung Hsing University, Taiwan, R.O.C
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