基于ADS1230的高智能电子秤设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑基于ADS1230的高智能电子秤设计-设计应用摘要：由于中小型企业在称量与结算工资方面一般采用手写方式记录，这不仅增加了工作量，也会造成工资的误算。针对上述问题，我们设计并完成了集称量与结算的一体化设备。方案采用20位AD芯片ADS1230对物重进行称量，通过物重计算出具体工资，再利用RFID技术的射频读写器将重量与工资储存至非接触式IC卡，并显示至LCD,完成工资结算。

1.引言

生产加工的自动化已经成为当今的潮流，称重与工资结算通过电子器件将其结合，有利于生产的高效性及减少人工计算差错。本设计采用STM32系列芯片，具有高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核，时钟频率可达72M,内置32K到128K的闪存，价格同比其他32位产品更低。因此本设计采用STM32F103RBT6作为主控制芯片，对数据进行采集，存储，显示，收送。

2.整体设计

整个电路可分为4个模块：单片机主控器、测量模块、IC卡读写模块、OLED显示模块。具体电路如图1所示。

2.1测量模块

为了实现高精度测量，采用TI公司生产的20位AD芯片ADS1230,对压力传感器进行电压采样，实现称重的数字化，由STM32读取数据，通过均值滤波得到的模拟量，通过校准仪器校准。

设备使用LM2940稳压5V芯片供电，输出噪声150μVrms,能满足设计要求。采用两路供电方式为芯片供电，以减少电源纹波。ADS1230芯片数字端供电5V,模拟端供电5V,模拟信号通过AINP与AINN两个差分信号输入端输入，在内部PGA放大128倍原始信号，采样速率是10SPS,通过AD_DOT、AD_SCLK、PDMN三个数字引脚读取采样信号模拟量。J1、J3是压力传感器信号输出端，J4、J6为传感器供电端。

20位的AD采样精度达到0.0001%,按照实际情况传感器的精度必须小于0.0001%.本设计采用的传感器精度是C3（1/3000），量程0-2000g,使用5V供电，精度可达到0.01g.如图2所示。

图3表示出ADS1230读数据的时序，SCLK是AD芯片数据的时钟控制线，在时钟下降沿采样DOUT数据；DOUT是AD芯片的数据线，当采样结束后，DOUT端会输出一个脉冲信号，表示芯片已准备好数据发送，信号从高19位开始传输，到达0位后，继续传输4个时钟信号。

2.2RFID智能卡

此模块采用RC522芯片进行射频读写，MFRC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持ISO14443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。

接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A兼容的应答器信号。

数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s.

M1卡容量为8K位EEPROM,总共有16个扇区，如图4所示。从0扇区到15扇区，一个扇区中有4个块，每块16个字节，以块为存取单位，每一个扇区都有一组密码及访问控制。在0扇区0块位置为32位的只读卡号，读写距离10mm以内。智能卡在工作时，通过电磁感应原理将M1内数据读取，M1卡读取内部数据时先需要密码验证，验证成功则可以进一步读取各块数据。

RC522芯片采用SPI方式通信，通过MFSDA、MFSCK、MFMOSI、MFMISO、MFRST5个引脚读写数据，保证单片机快速读取及稳定性。图5为RC522射频读写电路。

软件读取步骤：

1）复位RC522:RC_Reset（）

2）寻卡，得到卡片类型：RC_Request（寻卡方式，卡片类型代码）

3）防冲撞，得到卡片序列号：RC_Anticoll（卡片序列号）

4）选定卡片：RC_Select（卡片序列号）

5）验证卡片密码：RC_AuthState（密码验证模式，块地址，密码，卡片序列号）

6-1）读取M1卡一块数据：RC_Read（块地址，读出的数据）

6-2）写入M1卡一块数据：RC_Write（块地址，写入的数据）

7）命令卡片进入休眠状态：RC_Halt（）

2.3OLED显示模块

OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且工作电流5mA,节约电能。

OLED显示模块的数据写入方式可以分5种，IIC、3-WireSPI、4-WireSPI、8-bit68XXParallel、8-bit80XXParallel.我们采用4-WireSPI模式，两位命令控制位CS、DC,两位数据控制位D0、D1.OLED的分辨率是行128个点，列是64个点，具有显示保持功能。

在OLED屏幕上显示用户卡号、称重值、及当前得到的工资，按上下键可以切换当前状态，显示总工资，上次得到的工资，上次称重值等。

3.软件设计

高精度智能电子秤需要完成测量物重、读写卡片数据，显示相关信息三个部分。通过主程序完成初始化单片机时钟，配置ADS1230测量模块与单片机相连的引脚，配置RC522读写射频模块与单片机相连的引脚，配置按键、OLED与单片机相连的引脚。配置结束后，测量电子秤无物重时的AD数值，但是由于系统需要一端时间保持稳定，所以计算连续2次物重差是否小于0.01g,连续小于0.01g计数10次后，确定此时值为无物重值，作为原点。接着初始化定时器，进入空闲状态，等待定时中断。主流程如图6所示。

ADS1230的测量速率比较慢，速率只有10SPS,又需要通过软件进行滤波。为使测量准确，在称重时需要采集4个测量数据，去除的之后取留下两个数的平均值做为的AD测量值，所以测量一个物重需要耗时400ms左右。设定定时器定时时间为100ms,在前500ms之内进行读取AD测量值，然后在接下的100ms内读取卡号，接下来的100ms内进行显示物重与卡号，接着判断用户是否确定当前信息。若按下按键，表示确定信息，则将物重数据，工资数据写入卡号，回到测量物重；若无按键按下，则继续测量物重。具体定时中断流程如图7所示。