C8051F350在高精度数字称重模块中的应用

　　0　引言

　　随着工业控制系统向数字化发展,近年来数字式称重传感器被开发并已得到应用,数字式称重传感器可由微处理器对常规桥路进行补偿和调整,进行非线性、滞后、蠕变等性能的修　　正,从而提高称重传感器的性能[1]。而数字称重模块将数字称重传感器放置在称重传感器内部的A/D转换和处理电路在传统的模拟称重传感器外部实现,并可以设计总线接口,实现数字变送功能。既保留了模拟式称重传感器的综合性能指标,又具备整体型数字称重传感器的所有特点和功能,同时最大限度地改善了A/D转换电路的工作环境。可以在对原有称重系统不作任何改变,又不更换称重传感器的前提下,通过数字式称重传感器模块,变模拟称重系统为数字称重系统,是对传统的称重系统进行数字化改造的一条捷径。

　　1　称重系统基本结构

　　C8051F350内部有一个全差分24位Sigma-Delta模/数转换器,具有在片校准功能,而且内建有温度传感器。其32引脚的LQFP封装, 9 mm×9 mm×1·6 mm的尺寸,这样就可以使数字接线盒(称重模块)的体积和重量最小化,而且集成的可编程增益、高性能A/D和温度传感器减少了数字接线盒内部电路的元件数和焊点,提高系统的稳定性和精确性[2]。构建数字称重模块的系统框图如图1所示。

　　1·1　提高称量精度的六线制反馈机制

　　当传感器电桥变化时,实际加载到电桥两端的电压会有所变化。因此,在精密测量及长距离测量时多采用六线制的传感器。利用C8051F350芯片多通道模拟输入功能,对六线制的称　　重传感器的激励端因传输线电阻及其温度漂移引起的输出误差进行补偿,提高了测量精度。如图2所示, EXC+和EXC-为激励电压输出, SEN+和SEN-为反馈信号, INP+和INP-为差分信号输入。MAX4618是8选2开关,将需要采集的差分信号选入C8051F350的模拟量输入端。可以待称重采样稳定后再进行一次SEN+和SEN-端的反馈采样,从而得知电桥实际加载的电压,然后再对之前的采样结果进行数字处理。

　　图2中的称重模块的接口兼容了四线制的传感器。当连接六线制传感器时,光耦继电器AQW212将反馈端与地隔开,使反馈电压差分接入调理电路,并通过MAX4618最终传输到　　C8051F350的AIN0引脚。当连接四线制时, SEN+和SEN-引脚没有反馈电压输入,这时通过称重模式选择,将AQW212打开,从而U2和U3的正相输入通过10 kΩ电阻接地。否则,若

　　U2,U3的输入悬空,可能造成FO端的电压饱和,从而导致加在多路开关MAX4618的电压过高,长期使用四线制会造成芯片的损坏。同时由于AQW212的光耦隔离作用,保护了控制信号P0. 3和控制单元C8051F350。