基于CS1160的称重仪表开发

　　0　引言

　　称重计量技术在冶金、交通、铁道、电力、建材、化工、轻工等领域有着非常广泛的应用。在生产过程或工艺流程中,对各种配料称重、定量称重及动态称重技术的要求越来越高。衡器已成为工艺技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必不可少的组成部分,称重传感器及智能仪表作为衡器的心脏部件,在工业过程控制和贸易结算等方面倍受重视[1]。

　　目前,称重传感器主要分为压电式、压磁式、电阻应变式这几种,而电阻应变式称重传感器是现阶段应用广泛、性能稳定、精度高、技术成熟的称重传感器[1]。它利用金属弹性体的应变效应进行转换,在侧力的作用下,弹性体发生形变,带动附在上面的应变片发生形变,对应产生电阻的变化,电阻的变化反映力的大小。这种传感器具有体积小、反应快、线性度好、重复性好、量程范围广、使用方便等优点。

　　1　称重仪表的结构设计

　　一般情况下,在给定激励电压10~12 V的条件下,电阻应变式称重传感器的输出电压在0~30mV,如此微弱的信号无法直接应用。因此,必须在智能仪表的配合下,将传感器的信号转化成重量,并通过各种通信接口输出给上位机[2-4]。目前,多数称重仪表的组成结构如图1所示[5-7]。

　　信号调理电路主要由滤波电路、抗混叠电路等组成;放大电路主要由运算放大器构成,用来将毫伏级信号放大到伏级,以便A/D电路将其转化成数字量。上述电路中,半导体集成度不高、器件多、温度补偿不好控制、可靠性低、产品成本较高。

　　CS1160是16位高精度、低功耗Sigma-Delta模数转换芯片,可以在2. 7~5. 5V电源电压条件下工作[5]。CS1160的1~128倍可编程增益放大器,当工作在128倍时, CS1160有效分辨率可达16 bits。备有一个二阶Sigma-Delta调制器,芯片的FIR滤波器提供50Hz和60Hz陷波滤波,有效提高了芯片的抗干扰性能。

　　该芯片不仅集成了信号调理电路、放大电路、数模转换电路,还提供了非常适合仪表产品的校正功能。因此,可将图1简化为图2所示的设计简图。

　　2　称重仪表的硬件设计

　　随着信息技术的高速发展,微控制器(MCU)的性能也大幅度提高,内部资源也非常丰富,为高度智能化仪表的设计制造提供了平台。本文的智能称重仪表设计采用Atmel公司的ATmega16L高性能、低功耗8位AVR微处理器。它采用先进的RISC结构,工作于16MHz时性能高达16MIPS;内置16 kB的系统内可编程Flash、512 B的EEPROM、1 kB的片内SRAM、JTAG接口支持扩展的片内调试功能; 2个8位定时器/计数器、1个16位定时器/计数器、4通道PWM、8路10位ADC、TWI两线接口、SPI串行接口、串行USART接口等[6-7]。