基于GPS及GPRS技术的大吨位称重仪

　　0 引言

　　传统的大吨位称重系统已无法满足现代企业的生产与工程需求[1]。企业迫切需求对其安装在建筑工地现场的干混砂浆料罐中余料重量进行实时测量并实现远程监测，以便根据物料余量合理安排生产及输送。根据上述特定应用目的，设计开发一款具备多路大吨位称重传感器测量接口、GPS 定位信息采集、GPRS 数据及指令传输及现场人机交互接口等基本功能模块的称重仪。该称重仪具有 GPS 定位、GPRS 数据传输、以绝对值或百分比值显示称重值、显示物料品种信息、远程关闭显示、现场通过按键设置参数、远程参数设置、现场蜂鸣器及 LED 闪烁超限报警、远程重启等丰富功能，可满足实际工程需求。

　　1 硬件设计

　　该称重仪硬件主要由大吨位称重传感器、A/D 数据采集单元、单片机最小系统、GPS 及 GPRS 模块、现场人机交互接口及电源模块等功能模块组成，其结构原理框图如图1 所示。

　　1. 1 称重传感器

　　该称重仪虽然根据 1 ～100 t 称重需求设计，但在允许误差范围内( 此称重仪针对 2% 的需求设计) 可与各种量程的称重传感器接口，应用于不同容量的砂浆罐体。称重传感器内部集成电阻应变片及惠斯登电桥，将压力产生的应变量转换成利于采集的电压信号。大吨位传感器安装在固定在地面的罐体安装筒里面，称重仪安装在控制柜里，如图2 所示。

　　由图2 知道，该称重仪最多可连接4 路传感器，对于3 个支脚的罐体，也可用于连接 3 个传感器，根据连接的传感器数量需要通过按键选择相应的计算参数。同时，传感器的输入电压灵敏度一般有 1. 0 mV/V 和 2. 0 mV/V，也需要选择对应的参数。具体的参数选择如表1 所示。

　　1. 2 A /D 数据采集及单片机单元

　　针对 A/D 数据采集及各种功能控制，该称重仪核心采用了C8051F350 单片机[2]。该单片机内部集成可编程增益放大器PGA、24 位差分 A / D 转换器及输出滤波器等模块，使得该称重仪比传统的设计方案集成度更高、生产调试更为简单、性价比更高。设计需求中当量程为 100 t 时，在 10 kg 分辨率能稳定显示，则 A/D 转换精度计算公式为: 10 kg/100 t = 1/10 000≥1/2x，由此计算得 x 可取最小正整数为 14，即对 A/D 的要求为 14位精度，此单片机用作 A/D 采集能满足设计需求[3]。传感器A / D 数据采集及单片机模块电路结构如图 3 所示[4]。

　　1. 3 GPS 及 GPRS 模块

　　该称重仪中 GPS 及 GPRS 功能模块采用独立设计，使得该功能模块可与其他部件分开调试生产，对于该模块功能故障的维护过程中可直接替换，缩短现场的维护时间，可有效降低对现场正常施工的影响。