数字式应变称重传感器专用测量单元设计

　　21世纪,是人类全面进入信息电子化的时代。随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业。电子技术的飞跃进步,单片机的普及与推广,为电子衡器提高性能、称量自动和智能化作出了贡献,更加速了衡器数字化、智能化、微型化和微功耗的进程[1]。在这个大背景下,数字式称重传感器应运而生。

　　1　系统设计

　　本系统是针对应变称重传感器的专用测量单元的设计,即通过对外加芯片电路的调整、调试,使传统的应变称重传感器数字化、智能化,使其能以更高的精度、更快的速度输出更准确的结果[2],并适宜于同其他数字化设备连接,便于下载和调试。整个系统主要包含传感器、数字测量模块以及进行相应调试显示功能的仪表或计算机。其总的系统结构框图如图1所示。

　　首先被测信号(压力、温度)通过传感器部分转化为电信号。然后,产生的测量电信号被输入到数字测量模块进行A/D转换、数字补偿等数字处理[3],以达到工业实际应用的精度要求。最后补偿完的正确的重量信号将以RS-485的通信形式通过数据通信单元输出给计算机、显示仪表等来完成各项补偿的数学建模功能及显示功能。

　　2　系统硬件电路设计

　　2·1　整体设计

　　在应变称重传感器专用测量单元的设计中,数字测量模块是最重要的一个部分。本设计采用C8051F350单片机作为数字测量模块的主控芯片,来控制数字测量模块乃至整个系统。C8051F350单片机自带全差分Σ-Δ方式24位8通道AD转换单元, 8位2通道DA转换单元,而且内建有温度传感器、片内可编程增益放大器及8Kflash存储空间,能够很好地实现本设计的设计目标。

　　应变称重传感器专用测量单元的硬件连接电路主要可分为以下三个部分:传感器与数字测量模块接口电路、数字测量模块电路和数字测量模块与显示驱动芯片接口电路。

　　传感器(包括温度补偿芯片)与数字测量模块接口电路主要是完成将传感器测得的非电量信号(包括称重信号和温度信号)送入数字测量模块中进行处理。数字测量模块部分电路的设计主要是完成将传感器输入的重量和温度信号进行放大、滤波、AD转换和补偿等处理。数字测量模块与显示驱动芯片接口电路主要是将处理后的数据送入显示屏进行显示,以便于观测。

　　2·2　传感器与C8051F350单片机接口电路

　　本系统在传感器接口电路部分采用了改进型带反馈补偿输入的称重传感器接口,即在传感器对外接口中除了常用的电源、模拟地、模拟输入四条线外[4],补充了两条反馈补偿输入线。其中两条模拟输入线分别接入C8051F350的AIN0·2和AIN0·3;两条反馈补偿输入线中数据线接入P0·0而时钟线接入P0·1。这样,在传感器将模拟量输出到AD转换器的同时温度　　补偿芯片AD7416也同时输出补偿参数给单片机,实现了对传感器输出的补偿。