用于晶体生长过程监控的高精确度称重系统设计

　　由于天然晶体极其稀少，且价格昂贵，已不能满足社会需要，人工合成晶体成为了人们获得晶体的主要来源.人工合成晶体的工艺过程较长，一般为几十到几百小时.在晶体长时间的生长过程中，晶体重量的变化率是主要的工艺参数，因此称重是进行晶体质量控制的重要手段.由于最终生成的晶体重量较大，一般要求称重系统的量程为几十到几百千克.由于晶体生长缓慢，在要求大量程的同时，称重系统的分辨率要达到克级〔’].对晶体重量微小变化的测量，现有的称重系统在精确度和功能上已不能满足要求.为了在晶体合成工艺中实现高精确度的重量测量，本设计选用高灵敏度的称重传感器，采用24位AD转换芯片对模拟信号进行采样，用软件滤波的方法来提取真实信号量.本系统的设计要求为:称重范围在0一30kg，分辨力为19.

　　1硬件设计

　　1.1系统总体结构

　　本设计以TI公司的单片机MSP430F149为核心，采用24位AD转换芯片LTC24加对高灵敏度电阻应变片式称重传感器进行采样，对采样数据进行软件滤波、标度变换后通过通信模块传到上位机上显示，并通过上位机进行重量校正及清零等操作.零点及满量程调整模块可随时对该称重系统进行零点和满量程校准.系统总体结构如图1所示.

　　1.2称重传感器选择

　　根据本系统的设计要求，传感器及变送器部分的分辨率应高于:

　　本设计选用电阻应变式传感器.传感器的灵敏度为2.0土0.lmwv，载荷范围为0一75kg.变送器选择LAC74.1，它的输人范围为土35mVDC，额定分辨率可达7/1少分度.模拟输出选择电流输出方式，并可进行线性度、增益和零点调整，在模拟输人端选用0.33一33Hz的滤波.

　　1.3A/D转换器及外围电路设计

　　根据传感器和变送器的分辨率，本系统的数据采集电路分辨率应达到:

　　为进一步采用数字滤波等数据处理算法，本设计使用了24位刀D转换芯片LTC2400.LTC2400是Linear公司生产的一种采用△一艺技术且具有三线串行接口的低功耗、低噪声24位灯D转换器〔’].它的采样转换时间为160ms，内部集成了高精确度振荡器.工作电压(Vc。)为2.7一5.sv，参考电压(蝙;)范围为0.IV一Vc。，模拟信号输人(叭N)的电压范围为一0.125V肛F一1.125vRz，，数字输人脚(阳)用于选择需要抑制的频率和刀D转换时间.当峡c低于2.ZV时，LTC2400自动进人内部复位状态，保证转换结果的完整和进行串口模式的选择.

　　本系统选择Vcc为3.3v，采用2.sv的LM358作为基准源.FD接Vc。，使用内部振荡器对输人信号中的50Hz干扰及其谐波进行大于110dB的抑制.刀D采样周期为170ms.通过三线串行接口—片选(overlineCS)、时钟(SCK)和数据输出(SDO)控制并输出采样数据到MSP430F149中，实现数据的采集.LTC24(X)的外围电路连接如图2所示.