基于ARM7的高精度阵列式皮带秤微控制器的设计

　　0　引言

　　为了解决皮带秤的称重辊受力下沉时,产生皮带张力问题。一般是通过提高称架的刚度来减小皮带张力,这样会使皮带秤变得笨重。采用阵列式皮带秤能够减小皮带张力、温度湿度的变化对称重精度的影响。该阵列式皮带秤系统采用ARM7微控制器,针对滤波电路存在的稳定性、温漂等问题,设计出一种有效的低通滤波结构,采用了稳零式的仪表放大器和低噪声低温漂的24位ADC转换器,并对测速脉冲信号进行硬件滤波,从而有效提高了皮带秤的称重精度[1]。

　　1　皮带秤的称重原理

　　动态计量秤积算器在物料输送过程中自动、连续的完成对物料流量的测量。这是通过动态采集皮带秤架上的8个称重传感器和1个速度传感器,由单片机对这些数据进行处理从而完成物料的动态计量。为了测得在一段长度(或时间)内带送物料流的总累计值,可以采用积分法计量原理来计算[2]。

　　在t时刻的计量段内,有物料通过时,可以测得该处截面的的物料重量分布q(t)和输送带的速度v(t),二者的乘积就是皮带输送机的瞬时物料流量Q(t),在一段时间内对Q (t)进行积分,得到这段时间内的物料累计重量G

　　2　皮带秤硬件电路设计

　　2. 1　嵌入式微控制器

　　皮带秤要实现八通道重量数据的并行采集、测速、通讯等功能,外围电路比较复杂。内部要进行瞬时流量和总累计量的计算,运算量很大。如果采用单精度的浮点数进行运算,在总累计量很大的时候,会出现数据累计不进去,导致数据的丢失的现象。工业现场中的大型设备的瞬时启动停止产生了强烈干扰,要求控制器具备很高的抗干扰能力和稳定性。所以采用LPC2142微处理器,能够满足实际的需要。

　　LPC2142是支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器,具有2个32位的定时器/计数器、6路输出的PWM单元和看门狗, 2个工业标准的UART、2个I2C接口, 1个SPI和SSP, 1路10位ADC、1个10位DAC、45个通用I/0口、9个边沿或电平触发的外部中断,内置16 KB的静态RAM和64 KB的片内Flash,通过PLL可以实现最大为60MHz的CPU操作频率,小型LQFP64封装,功耗很低[3]。可以实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应,丰富的I/O口,也有利于以后硬件功能的扩展。

　　2. 2　滤波电路的设计

　　称重传感器输出的是0~8 mV的电压信号,在进入仪表放大器之前,通过滤波来提高信号的抗干扰能力。

　　在无源低通滤波的基础上,设计出了一种更加有效的滤波电路的结构,如图1所示。差分信号通过R21、R23右端进入系统。由电阻R21、R23和电容C149、C150组成了对地低通滤波结构,主要滤去差分信号中的高频噪声。2个并联涤纶电容C141、C181,它们能够很好的衰减掉差模噪声。由高精密电阻R20、R21和钽电容C173又组成了一个低通滤波结构,滤掉了截至频率以上的信号;最后经过涤纶电容C34、C35衰减掉了共模噪声,这时差分信号才输入到仪表放大器中。