8098单片机高精度测重系统

　　1　系统的组成与分析

　　微机称重自动化装置一般采用多个称重传感器,传感器的输出信号放大后相加(综合),然后经A/D转换输入计算机,用以显示或控制,如图1—1所示。以3个传感器为例,设总重为P,各个传感器的重量/电压转换系数为Kg1,Kg2,Kg3;放大倍数为Kf1,Kf2,Kf3;传感器上的分力为P1,P2,P3。系统静态结构图如图1—2所示。

　　由于传感器的灵敏度和放大器放大倍数的差异,当重心稍微移动,总的输出电压U就要发生变化,引起偏心误差。由图1—2可知各个放大器的输出电压为:U1=Kg1·Kf1·P1;U2=Kg2·Kf2·P2;U3=Kg3·Kf3·P3。其输出电压之和为:U=Kg1·kf1·P1+Kg2·Kf2·P2+Kg3·Kf3·P3。当重心移动后,传感器的分力发生变化。设S1传感器变为P3,S2传感器变为P1,S3传感器变为P2,那么输出之和U为:U′=Kg1·Kf1·P3+Kg2·Kf2·P1+Kg3·Kf3·P2。

　　若Kg1·Kf1≠Kg2·Kf2≠Kg3·Kf3,定有U≠U′。用反证法证明。若设U=U′,便由U-U′可知:0=Kg1·Kf1·(P1-P3)+Kg2·Kf2·(P2-P1)+Kg3·Kf3·(P3-P2)

　　由于P1、P2、P3一般不完全相等,上式显然不成立,即原先假定U=U′不成立,定有U≠U′,这说明偏心影响输出。若假定Kg1·Kf1=Kg2·Kf2=Kg3·Kf3,则上式将成立。由此可得出消除偏心影响的充分必要条件是各测量支路具有相同的线性固有特性。但由于各传感器,放大器特性的分散性,单纯依靠选择传感器和放大器,使各测量支路获得一致的线性,这在工程上很难实现。

　　若选定系数KL1,KL2,KL3,使得Kg1·Kf1·KL1=Kg2·Kf2·KL2=Kg3·Kf3·KL3=K,则有:U=Kg1·Kf1·KL1·P1+Kg2·Kf2·KL2·P2+Kg3·Kf3·KL3·P3+=K·(P1+P2+P3)=K·P

　　由此可见,只要负重总和P不变,不管重心怎样移动,输出电压之和U是不变的,这就消除了偏心的影响。8098单片机有4个A/D转换器,可将3只传感器的输出信号独立进行A/D转换,分别得到数字量b1,b2和b3。再通过软件编程分别做乘法:B1=b1·KL1,B2=b2·KL2,B3=b3·KL3,然后再由软件实现相加,可得总重P转换的数字量:DB=B1+B2+B3。系统的结构图如图1—3所示。这就从根本上消除了偏心误差。后面将介绍KL1,KL2和KL3的测定方法。

　　2　提高8098 A/D分辨率的可编程方法

　　8098单片机为用户提供了4路10位A/D转换器,但分辨率不满足高精度测量要求,需要设法提高分辨率到12位。在介绍具体实现电路之前,先说明提高A/D转换器分辨率的原理。