基于ARM的失重秤设计

1、基于失重秤的嵌入式设计1 失重秤介绍失重秤,是一种间断给料连续出料的称重设备,由于失量控制是在料斗中进行,可达到较高的控制精度,结构又易于密封,故在粉料控制时与用螺旋秤来相比是一大提高。适用于水泥、石灰粉、煤粉等微细物料的控制配料。2 设计任务及要求1、输出为12V的直流稳压电源为传感器供电,输出为3.3V的直流电源为逻辑控制器供电2、设计出键盘输入与显示电路(键盘显示板,用来显示当前的重量3、将托盘的重力转换为电压输出,并对输出的差动信号放大4、运用逻辑控制器将输出放大信号进行A/D采样,完成自动校零与自动校满,并将重量在键盘显示板上进行显示与通过键盘显示板控制系统的运行。3 设计方案3.1

2、 设计12V与3.3V稳压电源要得到一个输出为12V的稳压电源,必须把220V的交流电经过变压器降压为16V 30V的交流电压,然后接入整流桥。经过滤波以后接入12V直流稳压管,将电压输出稳定在12V,作为电桥及运放的电源。然后再将12V的输出电压接入可调电压稳压管,将输出电压调整为3.3V,作为逻辑器件的电源。3.2 设计键盘输入与显示电路键盘显示板的设计可以运用一般人眼的滞留时间在0.1s左右这一个生理特点,用2片8位的移位寄存器芯片串联来共同驱动两个四共阴极的LED数码显示管,一个移位寄存器芯片控制八个数码管中的位码(即:第几位点亮,另一个控制被点亮的数码管的段码(即:所显示的数。这样每

3、隔2ms的时间,用SPI将段码和位码发送到移位寄存器里,这样数码管所显示的数的“存活期”为2ms。当2ms以后,就应该显示下一个数码管应该显示的数字,这时通过SPI又将新的段码与位码发送到移位寄存器里。可以计算得知,八个数码管的扫描周期为16ms,完全小于人眼的分辨时间0.1s,将看到连续的数字显示在显示板上。同时,8个按键是公共端接上拉电阻,并将按键的公共端引出,作为按键按下的输入到逻辑器件的借口,按键的另一端分别接到保存数码管位码的移位寄存器引脚上。这样,相当于每隔2ms 在显示数字的同时也扫描了一个按键。3.3 设计重力感应与放大电路将重力的变化转换为电压的变化可以采用三个压力传感器,选

4、择三个压力传感器是为了固定托盘和更好的然每一个压力传感器都能感应到压力的变化,当重力发生变化时,每一个传感器的输出电压差发生等比例的变化,但是变化的电压及其微弱,一般小于1mv ,从而必须将输出电压变化的部分用于放大电路进行放大。信号放大部分可以使用两级放大,前一级使用运算放大器做加减差动放大,将三个传感器输出的正负信号输出端分别接入放大器的正负输入端,放大电路将把输入信号做加减运算后将传感器输出的差动电压信号进行10倍放大,后一级主要用于电压的调零于(抵消掉因为托盘的重量引起的电压输出与放大。由于传感器输出的差动电压也会受到外部环境的影响,所以在调零时通常将最低电压调整在100mv 左右,给

5、环境变化的影响留出100mv 的余量。 这100mv 可以在后面的逻辑控制器件的程序处理时将其减去,从而减少了环境变化对测量数据的影响。将最高的输出电压定在3300mv 的A/D 可采样电压范围以内,以免超出A/D 的采样范围影响测量。3.4 逻辑控制器的软件实现方案逻辑控制器件主要完成的功能是控制A/D 对输入的电压进行采样并将A/D 的采样值与重量的量纲相对应,运用00(gx x gW W A A A A -=(0A 初始化的AD 值,g A 为放入固定重量的砝码后的AD 值,g W 为放入砝码的重量,x A 为放入未知重物后的AD 值, x W 为未知重物的重量计算出托盘里面重物的重量,

6、然后输出到键盘显示板上进行显示。 具体方案:a 、 每隔20ms 通过A/D 对输入的电压进行采样,在采样50次以后求出所有采样和的平均值b、在每次系统启动后自动进入校零和校满程序并保存0A,g Ac、在校零和校满以后进入测量程序,根据每次采样出来的AD值运用计算公式将重量通过键盘显示板显示出来4 器件选择4.1 稳压电源器件的选择采用LM7812作为电桥及放大电路的供电稳压管。LM317是通过调节端口1的电压就可以调节输出电压的可调稳压管,因此选择将其输出调为3.3V为逻辑控制器件提供电压。4.2 八位移位寄存器芯片与数码显示管的选择74LS164 8位移位寄存器四共阴极的LED数码显示管4

7、.3 压力传感器与运算放大器的选择应变片压力传感器bLM324四运放集成电路4.4 逻辑控制器的选择LPC2131是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARMTTDMI-STM CPU的微控制器,并带有32KB的嵌入的高速Flash存储器。5 软件设计本系统软件部分的主要功能是完成对外部输入信号的AD采样,并且在对重量自校零和校满后使AD值与重量的量纲相对应,并且将所测得的重量通过SPI发送到键盘显示板上进行显示,其流程图(图10如下:SPI 发送段码、位码否ADC_DATA_50 += ADC_DATA主程序系统初始化定时器2ms 定时2ms 时间到是Time_20ms加1Time_20ms 等于10否1、Time_20ms = 02、启动AD 转换将AD 值存入ADC_DATA 中是Time_1s 加1Time_1s 等于50否1、Time_1s = 02、ADC_DATA_1 = ADC_DATA_50 /50是11按键0是否按下ADC_base = ADC_DATA_1是否按键0是否再次按下否ADC_base_4