基于ARM的失重秤設(shè)計

1、基于失重秤的嵌入式設(shè)計1 失重秤介紹失重秤,是一種間斷給料連續(xù)出料的稱重設(shè)備,由于失量控制是在料斗中進(jìn)行,可達(dá)到較高的控制精度,結(jié)構(gòu)又易于密封,故在粉料控制時與用螺旋秤來相比是一大提高。適用于水泥、石灰粉、煤粉等微細(xì)物料的控制配料。2 設(shè)計任務(wù)及要求1、輸出為12V的直流穩(wěn)壓電源為傳感器供電,輸出為3.3V的直流電源為邏輯控制器供電2、設(shè)計出鍵盤輸入與顯示電路(鍵盤顯示板,用來顯示當(dāng)前的重量3、將托盤的重力轉(zhuǎn)換為電壓輸出,并對輸出的差動信號放大4、運用邏輯控制器將輸出放大信號進(jìn)行A/D采樣,完成自動校零與自動校滿,并將重量在鍵盤顯示板上進(jìn)行顯示與通過鍵盤顯示板控制系統(tǒng)的運行。3 設(shè)計方案3.1

2、 設(shè)計12V與3.3V穩(wěn)壓電源要得到一個輸出為12V的穩(wěn)壓電源,必須把220V的交流電經(jīng)過變壓器降壓為16V 30V的交流電壓,然后接入整流橋。經(jīng)過濾波以后接入12V直流穩(wěn)壓管,將電壓輸出穩(wěn)定在12V,作為電橋及運放的電源。然后再將12V的輸出電壓接入可調(diào)電壓穩(wěn)壓管,將輸出電壓調(diào)整為3.3V,作為邏輯器件的電源。3.2 設(shè)計鍵盤輸入與顯示電路鍵盤顯示板的設(shè)計可以運用一般人眼的滯留時間在0.1s左右這一個生理特點,用2片8位的移位寄存器芯片串聯(lián)來共同驅(qū)動兩個四共陰極的LED數(shù)碼顯示管,一個移位寄存器芯片控制八個數(shù)碼管中的位碼(即:第幾位點亮,另一個控制被點亮的數(shù)碼管的段碼(即:所顯示的數(shù)。這樣每

3、隔2ms的時間,用SPI將段碼和位碼發(fā)送到移位寄存器里,這樣數(shù)碼管所顯示的數(shù)的“存活期”為2ms。當(dāng)2ms以后,就應(yīng)該顯示下一個數(shù)碼管應(yīng)該顯示的數(shù)字,這時通過SPI又將新的段碼與位碼發(fā)送到移位寄存器里。可以計算得知,八個數(shù)碼管的掃描周期為16ms,完全小于人眼的分辨時間0.1s,將看到連續(xù)的數(shù)字顯示在顯示板上。同時,8個按鍵是公共端接上拉電阻,并將按鍵的公共端引出,作為按鍵按下的輸入到邏輯器件的借口,按鍵的另一端分別接到保存數(shù)碼管位碼的移位寄存器引腳上。這樣,相當(dāng)于每隔2ms 在顯示數(shù)字的同時也掃描了一個按鍵。3.3 設(shè)計重力感應(yīng)與放大電路將重力的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化可以采用三個壓力傳感器,選

4、擇三個壓力傳感器是為了固定托盤和更好的然每一個壓力傳感器都能感應(yīng)到壓力的變化,當(dāng)重力發(fā)生變化時,每一個傳感器的輸出電壓差發(fā)生等比例的變化,但是變化的電壓及其微弱,一般小于1mv ,從而必須將輸出電壓變化的部分用于放大電路進(jìn)行放大。信號放大部分可以使用兩級放大,前一級使用運算放大器做加減差動放大,將三個傳感器輸出的正負(fù)信號輸出端分別接入放大器的正負(fù)輸入端,放大電路將把輸入信號做加減運算后將傳感器輸出的差動電壓信號進(jìn)行10倍放大,后一級主要用于電壓的調(diào)零于(抵消掉因為托盤的重量引起的電壓輸出與放大。由于傳感器輸出的差動電壓也會受到外部環(huán)境的影響,所以在調(diào)零時通常將最低電壓調(diào)整在100mv 左右,給

5、環(huán)境變化的影響留出100mv 的余量。 這100mv 可以在后面的邏輯控制器件的程序處理時將其減去,從而減少了環(huán)境變化對測量數(shù)據(jù)的影響。將最高的輸出電壓定在3300mv 的A/D 可采樣電壓范圍以內(nèi),以免超出A/D 的采樣范圍影響測量。3.4 邏輯控制器的軟件實現(xiàn)方案邏輯控制器件主要完成的功能是控制A/D 對輸入的電壓進(jìn)行采樣并將A/D 的采樣值與重量的量綱相對應(yīng),運用00(gx x gW W A A A A -=(0A 初始化的AD 值,g A 為放入固定重量的砝碼后的AD 值,g W 為放入砝碼的重量,x A 為放入未知重物后的AD 值, x W 為未知重物的重量計算出托盤里面重物的重量,

6、然后輸出到鍵盤顯示板上進(jìn)行顯示。 具體方案:a 、 每隔20ms 通過A/D 對輸入的電壓進(jìn)行采樣,在采樣50次以后求出所有采樣和的平均值b、在每次系統(tǒng)啟動后自動進(jìn)入校零和校滿程序并保存0A,g Ac、在校零和校滿以后進(jìn)入測量程序,根據(jù)每次采樣出來的AD值運用計算公式將重量通過鍵盤顯示板顯示出來4 器件選擇4.1 穩(wěn)壓電源器件的選擇采用LM7812作為電橋及放大電路的供電穩(wěn)壓管。LM317是通過調(diào)節(jié)端口1的電壓就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的可調(diào)穩(wěn)壓管,因此選擇將其輸出調(diào)為3.3V為邏輯控制器件提供電壓。4.2 八位移位寄存器芯片與數(shù)碼顯示管的選擇74LS164 8位移位寄存器四共陰極的LED數(shù)碼顯示管4

7、.3 壓力傳感器與運算放大器的選擇應(yīng)變片壓力傳感器bLM324四運放集成電路4.4 邏輯控制器的選擇LPC2131是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARMTTDMI-STM CPU的微控制器,并帶有32KB的嵌入的高速Flash存儲器。5 軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件部分的主要功能是完成對外部輸入信號的AD采樣,并且在對重量自校零和校滿后使AD值與重量的量綱相對應(yīng),并且將所測得的重量通過SPI發(fā)送到鍵盤顯示板上進(jìn)行顯示,其流程圖(圖10如下:SPI 發(fā)送段碼、位碼否ADC_DATA_50 += ADC_DATA主程序系統(tǒng)初始化定時器2ms 定時2ms 時間到是Time_20ms加1Time_20ms 等于10否1、Time_20ms = 02、啟動AD 轉(zhuǎn)換將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按鍵0是否按下ADC_base = ADC_DATA_1是否按鍵0是否再次按下否ADC_base_4