电子称研制技术A_20121024

1、, ,高精度电子称控制仪研制技术方案拟 制 人：林纪汉审 核：批 准：拟制单位：武汉人天 1目目 录录高精度电子称控制仪高精度电子称控制仪.0 0研制技术方案研制技术方案.0 0研制技术方案研制技术方案.2 21 1概述概述 .2 22 2任务来源任务来源 .2 23 3主要技术指标主要技术指标 .2 23.1技术指标技术指标.24 4技术方案技术方案 .2 24.1整体框图整体框图.24.2设计方案设计方案.34.2.1MCU 设计.34.2.2ADC 的选择.44.2.3采样电路设计 .54.2.4外围接口设计 .64.2.5电源设计 .74.2.6输入输出口 .74.2.7软件概要说明

2、.84.3 结构方案结构方案.85 5原材料成本原材料成本.9 96 6所需的仪器仪表和工具所需的仪器仪表和工具.10107 7计划计划.10102研制技术方案1摘要本产品主要完成对从重量传感器采样来的信号，进行滤波、放大、采样，并将采样的数据通过 RS232 口或 RS485 口传送给 PLC，通过 PLC 发送命令对电子称进行控制。其主要功能就是完成对物品的称重，并通过本仪器 I/O 口完成对物料的控制，并将结果显示出来。2关键词电子秆 RS232 PLC ADC3任务来源任务来源为人天包装技术有限公司研究所。4主要技术指标4.1技术指标精度：0.1%采样速度100Hz输入电压：220V1

3、0% 50Hz通信接口：RS232预 留：RS485工作温度：-1040最大湿度：90%R.H功耗： 20W传感器电源：DC12V380mA输入阻抗：10M传感器灵敏度： 2mV/V输入范围：0.227mV(传感器 2mV/V 时)非线性：0.01%F.S增益飘移：10PPM/最高显示精度：1/30000显示器：触摸屏。输入口：4 个输出口：4 个地址码开关：6 位5技术方案5.1整体框图3C8051F120晶体22.1184MHz保险管、开关滤波电源插座高精度电子称控制仪方框图重量传感器7针Con2信号激励12V激励0V信号屏蔽地AD8221信号信号AD7732SCLKMISOMOSIV0-

4、AD780BR基准电压5VMAX3232RS2323针Con43针Con5MAX3072RS485DIROGNDT1inR1outGNDTXDRXDGNDABGNDCS1晶体2.4576MHz桥式整流滤波电路9V78055V12V12V变压器7VLNGNDEMI平滑5V3VEMIAGNDVref-D+D-/DRDY10针Con6TDOTMSTDITCKTRST7V21V21V平滑781212VV0+5VAMS11173.3V滤波3.3V上电复位电路SYS_RSTMR5VC8051F120为同一MCU3.3V光电隔离2TLP521P4口驱动8C1008OUT光电隔离2TLP521P5口驱动8C1

5、00816Con4光电隔离2TLP521IN光电隔离2TLP521IN16Con5保护及LED显示电路OUTP6口P7口3.3VI/O部部分分方方框框图图图 1：整机框图45.2设计方案5.2.1 MCU 设计MCU 是产品的核心，本产品选择的是 C8051F120，其主要特征有：工作温度：-40+85；JTAG 口 根据以上特征能够满足采样、RS232、 RS485 的通信、键盘的译码和七段数码管的驱动。选择 22.1184MHz 的外部晶体作为时钟源，经内部 4 倍频后产生 88.4736MHz 的主频，这样大大提高了 MCU 的处理能力，运用 JTAG 口对其调试、仿真及目标代码的写入。

6、5.2.2 ADC 转换电路的设计采用 AD7732 模数转换器，AD7732 是一款高精度、高吞吐量模拟前端，可实现真 16 位峰峰值分辨率，及 500 s 总转换时间（2 kHz 通道切换），非常适合高分辨率多路复用应用。AD7732 采用 - 架构，具有最高 24 位无失码性能。用户可通过简易数字接口对该器件进行配置，从而平衡噪声性能与数据吞吐量，实现最高 12.3 kHz 的转换速率。该模拟前端具有两个全差分输入通道，采用 5 V 单模拟电源供电时，可接受最高10 V 的单极性或真双极性输入范围。AD7732 拥有超量程和欠量程检测功能，在不降低邻近通道性能的同时，可接受最高16.5

7、V 过压模拟输入。差分基准电压输入具有“无基准电压”检测功能。AD7732 包含自校准和按通道进行系统校准选项。数字串行接口可配置用于三线式操作，并且与微控制器和数字信号处理器兼容。所有接口输入均为施密特触发式。其转换时间及输出速率见表 15表 1：ADC 转换时间表5.2.3 滤波放大电路的设计滤波电路主要采用是 LC 低通滤波器，放大部分采用的是仪表放大器，这里选择的是 AD 公司生产的 AD8221，其放大位数可达 1000 倍，即可达 60dB,其典型应用电路如图 2。图 2：AD8221 典型应用电路为了减少纹波的干扰，给传感器单独提供一路 12V 的线性电源，将2mV24mV 传感

8、器桥式输出的信号，分别送放大器的 IN+和 IN-，通过滤波和调节 AD8221 放大倍数，将信号放大，将此信号再经 AD7732 的预采样判断后，调整 AD7732 的内部 PGA 将信号放大至 2.5V 左右的较高的信号电压来进行采样，这样可以提高其信噪比，也就提高 AD7732 的有效位数，以到达 0.01%的精度要求。另外，对参考电压也严格采用基准电压芯片，选择 AD 公司生产的AD780AR，此芯片其在 10Hz10KHz 的范围内，输出噪声最大只有，精度达1mV 其输出电压为 2.5V or 3V，可用 5V 的线性电源供电。设计中还采取的抗干扰措施包括对模拟电源和模拟地采用 12

9、06/100 的磁珠来抑制高频信号的干扰，信号的连接采用屏蔽电缆，保证信号不受干扰，在 PCB 板布线时在信号的两边都走一根地线将信号线夹在中间，以减少信号之间的串扰。在布模拟地时、共地点选择在 AD7732 上，以星形方式进行连接，这样可保证 AD 模拟地的稳定可靠，整个印制板用一个屏蔽罩进行屏蔽，以减少外来的强信号的影响。65.2.4 外围接口设计通过 MAX3232 进行电平转换完成 RS232 的通信，通过 MAX3072 完成 RS485 的电平转换，两接口均能与 PLC 的进行通信，这一功能在 PLC实验板中已经实现。 JTAG 口采用 C8051F120 已具备的标准 JTAG

10、口作为仿真调试。选择一个三八译码器产生片选信号。选用 HD7279A 完成键盘译码及七段显示器的驱动，典型电路如下：图 3：HD7279A 典型应用5.2.5 电源设计由于精度要求很高，这就对电源的纹波提出了很高的要求，而开关电源的纹波都在 100mV 左右，按 100dB 的 PSRR 计算，其影响有 1V 的误差，不能满足 0.5V 输入灵敏度的要求，所以本设计采用线性电源，其纹波能控制在10mV 以下，按 100dB 的 PSRR 算只 0.1V 的误差，可以满足技术指标。电源设计为三路输出分别为12V，5V 和3.3V。另外，采用基准电压芯片AD780 其输出误差为 0.2%5.2.6

11、 输入输出口借用原 PLC 实验板的设计，在此不再论述。75.2.7 软件概要说明开始时钟、定时器Uart,IO口初始化ADC采样处理RS232通信处理RS485通信处理I/O处理模块显示器处理模块键盘处理模块图 4：软件概要说明5.3结构方案结构采用外购铝型材盒进行再加工方式来完成，并将显示器部分与主机部分的连接做成即可分离安装也可整体安装的方式。85.3.1 人机界面6原材料成本型号及规格数量（个）单价（元）总价（元）C8051F120157.0057.00TLP281812.0096.00MAX323217.007.00MAX3072120.0020.001206LED400.520.0

12、0C1008160.58.00P6KE160.812.874HC14D11.01.022.1184MHz(晶体)11.001.002.4576 MHz(晶体)11.001.00AD7732130.0030.00Ad8221130.0030.0074ALVC4245110.0010.00AD780BR115.0015.00HD7279A110.0010.00七段数码管81.008.00拨码开关15.005.00电解电容818.00AMS111711.001.007805122.007812122.009电源1100.00100.00接插件若干100.00100.00外壳结构1120.00120.00主板 PCB150.0050.00按键板 PCB110.0010.00其它分立元件若干20.0020.00合合 计计731.87