基于GPS及GPRS技术的电子秤称重系统！

基于GPS及GPRS技术的电子秤称重系统！（整编：上海本熙科技）
传统的称重系统已无法满足现代企业的生产与工程需求，企业迫切需求对其现场重量进行实时测量并实现远程监测，以便根进行监控跟踪。根据上述特定应用目的，设计开发一款具备多路称重传感器测量接口、GPS定位信息采集、GPRS数据及指令传输及现场人机交互接口等基本功能模块的称重设备（电子秤）是迫切需求。

 

该称重设备具有GPS定位、GPRS数据传输、以值或百分比值显示称重值、显示物料品种信息、远程关闭显示、现场通过按键设置参数、远程参数设置、现场蜂鸣器及LED闪烁超限报警、远程重启等丰富功能，可满足实际工程需求。

 

1 硬件设计

该称重仪硬件主要由大吨位称重传感器、A/D数据采集单元、单片机小系统、GPS及GPRS模块、现场人机交互接口及电源模块等功能模块组成，其结构原理框图如图1所示。

 

 

 

 

1.1 称重传感器

该称重仪虽然根据1—100 t称重需求设计，但在允许误差范围内(此称重仪针对2% 的需求设计)可与各种量程的称重传感器接口，应用于不同容量的砂浆罐体。称重传感器内部集成电阻应变片及惠斯登电桥，将压力产生的应变量转换成利于采集的电压信号。大吨位传感器安装在固定在地面的罐体安装筒里面，称重仪安装在控制柜里，如图2所示。

 

由图2知道，该称重仪多可连接4路传感器，对于3个支脚的罐体，也可用于连接3个传感器，根据连接的传感器数量需要通过按键选择相应的计算参数。同时，传感器的输入电压灵敏度一般有1.0 mV/V和2.0 mV/V，也需要选择对应的参数。具体的参数选择如表1所示。

 

 

 

 

1.2 A/D数据采集及单片机单元

针对A/D数据采集及各种功能控制，该称重仪核心采用了C8051F350单片机 。该单片机内部集成可编程增益放大器PGA、24位差分A/D转换器及输出滤波器等模块，使得该称重仪比传统的设计方案集成度更高、生产调试更为简单、性价比更高。设计需求中当量程为100 t时，在10 kg分辨率能稳定显示，则A/D转换精度计算公式为：10 kg/100 t=1/10 000≥1/

 

2 ，由此计算得x可取小正整数为14，即对A/D的要求为14位精度，此单片机用作A/D采集能满足设计需求 。传感器A/D数据采集及单片机模块电路结构如图3所示 。

 

 

 

 

1.3 GPs及GPRS模块

该称重仪中GPS及GPRS功能模块采用独立设计，使得该功能模块可与其他部件分开调试生产，对于该模块功能故障的维护过程中可直接替换，缩短现场的维护时间，可有效降低对现场正常施工的影响。

 

该模块与单片机核心模块接口如图4所示，与GPS及GPRS模块的接口信号包含接收RXD、发送TXD及联网状态LINK。接口的信号均通过高速光电耦HCPL2503进行隔离，电源通过IB0505S隔离电压源模块隔离，以降低GPS信号、GPRS信号及天线引入的静噪干扰对模拟电路数据采集产生的影响。

 

 

 

 

 

1.4 现场人机接口

该称重仪具有丰富的人机口，如图5所示。其中，液晶屏用于显示称量结果、运行状态及仪器参数等信息;按键用于参数设置;蜂鸣器及LED用于现场超限报警。

 

 

 

2 软件设计

软件部分包括后台程序与前台程序。后台程序包括单片机初始化程序及主循环程序;前台程序包括串口中断程序及定时中断程序。

 

2.1 主循环程序

主循环控制流程如图6所示，包括以下几个部分。

 

 

 

 

(1)按键指令处理。判断是否有按键按下并根据键值执行相应的操作;

(2)串口数据处理。判断是否完整接收完一帧数据，并当一帧数据接收完整后对数据进行解析，根据指令修改运行模式及设定新的运行参数;

(1)按键指令处理。判断是否有按键按下并根据键值执行相应的操作;

(2)串口数据处理。判断是否完整接收完一帧数据，并当一帧数据接收完整后对数据进行解析，根据指令修改运行模式及设定新的运行参数;

(3)传感器A/D数据采集。判断是否允许一次数据采集，如果允许则进行一次A/D转换任务，并对数据的进行校准和存储;

(4)数据的发送。判断是否允许一次数据发送，如果允许则通过GPRS进行一次数据和参数的发送。

 

2.2 前台中断程序

前台程序中包含串口中断程序，主要用于发送数据结束的判断及接收数据完整性的判断，并根据结果改写信号变量，从而改变后台程序的运行状态。

同时，前台程序中还包含一个1 ms定时中断程序。每中断1次，包含的主要任务有：读取端口键值，改写信号变量并将键值发送给后台程序;通过对中断计数的方式计算时间间隔;当时间间隔达到设定的采集时间间隔或发送时间间隔时改写相应信号变量，允许后台程序进行A/D数据采集或数据发送。

 

3 精度校准

测量仪器的设计需要考虑分辨率、精度、稳定性等基本指标，分辨率等指标由设计方案决定，而精度指标可以在仪器设计完成后通过好的校准方法得以提高。校准的步骤：负载m，时称重值为M。;当负载为m：时，称重值为M2 。根据以上测量值绘制的校准曲线如图7所示。

 

 

 

 

4 结束语

该大吨位称重仪已在成都某建筑工地现场投入运行，长期使用结果表明其测量精度高、性能可靠、成本低廉且维护容易。采用单片机智能控制，可对软件进行裁剪和修改后与多种量程称重传感器接口使用，具有满足各行业称重应用的潜力。

 

参考文献：

[1] 樊勇，许玮，东海燕.大吨位储料罐称重系统的设计.传感器技术，1997，16(5)：32—34.

[2] 李乐，程刚.C8051F350在高精度数字称重模块中的应用.仪表技术与传感器，2009(3)：115—117.

[3] 赵负图.现代传感器集成电路.北京：人民邮电出版社，2000.

[4] 徐国栋，郑洪波，杨列坤，等.仪器仪表行业应用.高精度智能压力传感器的设计，2009(9)：110—113.

[5] 周澄宇.图解单片机编程与应用人门.北京：中国电力出版社，2009.

[6] 许江淳.单片机测控技术应用实例解析.北京：中国电力出版社。2010.

作者简介：顾亚雄：(1962一)，博士，副教授，主要从事计量测试技术、光电检测技术及无损检测技术相