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基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计

2017年12月18日 15:47 次阅读

  摘要 :使用压力传感器采集信号、单片机集成的ADC转换器进行 A/D转换、光电耦合器件减小干扰、电机的点动控制减小误差,基于单片机设计了一个自动称重电路。实践证明,这个电路完全可以满足普通称重包装要求。

  0、引言

  传统的自动磅控制电路是使用模拟电子元件完成的。随着近年工业技术的发展,包含有自动称重控制设备的数字监测系统的技术也开始成熟。例如,文献提供的饲料生产监控管理系统,使用了A/D转换技术、显示技术及电机的PID控制技术、自由落料的误差控制技术等;给出了称重系统的设计原理;给出了使用PLC设计称重系统的原理。但是这些文献只给出硬件的逻辑结构,没有给出具体的硬件电路,并且自动包装设备成品对于初期创业的小微企业来说费用较高。

  本文采用STC12C5A60S2单片机,设计了一个简单的称重包装电路,给出关键硬件电路图及软件设计思路,成本较低。

  1、硬件电路设计

  整个电路采用+5V单电源设计,与单片机控制电路共用接地。单片机内部集成A/D转换电路对电源的电压的稳定性要求较高,设计电源电路时注意。

  1.1 信号采集

  采用余姚市火云衡器配件制造厂制造的型号为CZA-A的称重压力传感器,其内部电路为桥式结构,引线有四根,红、白线为电压输入,绿、黑线为信号输出。输出灵敏度2.00.2mV/V,采用5V激励。满载荷10kg的传感器,满载荷时输出101mV。实际应用时建议最大载荷小于满载荷。

  由于传感器输出信号的电压幅度较小,所以需要放大电路。因为在编程时,可以对包装重量进行调整,所以采用简单的放大电路。图1中的放大电路采用电压串联负反馈放大。采用OPA333运算放大器,它的基本输入电流在70pA左右,电压开环放大增益为130dB,输出端短路电流±5mA。放大器输入端有滤波电路。其放大倍数为:

 基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计
基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计

  可调整的值以确定放大倍数,使输入到单片机的信号电压满载时近+5V。

  称重电路中没有包含去除包装皮重的电路,这可在软件设计中加以考虑。单片机ADC0引脚在软件中设为“仅为输入(高阻)工作模式”。

  1.2 电机控制电路

  电机控制电路如图2所示。

基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计

  光电耦合器分为线性和非线性的两种。线性的适用于A/D转换及开关电源,非线性的适用于开关信息的传输。电机控制电路是开关控制,所以选用非线性光电耦合器6N137(高速光耦,晶体管输出)就可以。6N317的2、3引脚之间接有一个发光二极管,其正向电压降为1.2~1.7V,典型值是1.4V,正向电流6.3~15mA。P2.0不能直接连接在6N317间的输入端。6N317的5、8引脚之间需要接一个高频特性良好的0.1uF电容,如瓷介质或钽电容,安装时尽量接近于5、8引脚,其作用是为了减小对电源的冲击。6N317的6引脚集电极开路输出,最大允许13mA的灌电流。因其不满足功率继电器的负载要求,输出需要进行功率放大。

  小型功率继电器的型号是HF-3FD,其触点转换电流可达10A,所以限制了电机的功率。如果电机的功率比较大,建议采用ULN2008替换9013,它是专门用来驱动继电器的芯片,同时选用触点转换电流更大的继电器。

  2、软件设计

  使用电机进行加料。刚开始时电机连续运转加料,当超过包装重量的二分之一时,开始间断加料。利用定时器0控制电机的点动时间。定时与A/D转换均禁止中断,用查询方式确定是否达到定时时间、A/D转换是否完成。一次包装程序设计思想如图3所示,其中“G”表示当前称重值,“G0”表示包装重量。

  对单片机来说,A/D转换在初始化时,打开A/D转换电源之后一定要延时1ms左右,然后才能启动转换。图3中的“G0”值在包装重量发生变化时需要调整,可加一个调整按键来设置。需要两个显示电路,一个显示设置值,另外一个显示实时重量值。

  3、结束语

  称重传感器产生的误差主要是系统误差,如果用砝码校正,这个可消除掉。所以包装误差产生的原因有两个,一是单片机A/D转换的精度,二是点动加料对误差的影响。根据《国家质量监督检验检疫总局令(第75号)》对于包装商品只有对短缺量有要求,比如1kg的物品短缺最大不能超过1.5%,即0.015kg。价值越高的物品,允许的短缺量越小。

基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计

  以包装1kg物品为例,具体分析如下:

  ①A/D转换对称重精度的影响。STC12C5A60S2单片机A/D转换的精度是10位精度,调整电阻R5的值,当称重1kg的时候信号放大到2.5V,那么10位精度对应的是基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计,此时产生的绝对误差为


基于STC12C5A60S2单片机的自动称重控制设计

  ②以一次电机点动加料0.02kg为例,产生的绝对误差为0.02kg。总的绝对误差为±0.002+0.02kg。

  根据上面的分析,只要电动机一次点动加料大于0.002kg,那么就符合国家对于商品包装的要求。根据实际调试,一次点动加料的重量越大,可以增加包装速度,但是商家的损失会加大;如果一次点动加料的重量变小,可以降低商家的损失,但是以牺牲包装效率为前提的。降低采集信号的放大倍数(增加R5电阻值)或降低“G0”值,可以调整这个矛盾,但是会降低包装精度,并且包装质量更加依赖于一次点动加料的精度。

  改变包装重量,需要调整R5的值和图3的“G0”的数值。所以根据此原理制作包装设备,不适合大批量生产。

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基于STC89C52和nRF24L01的智能小车设计涉及到传感器的应用、无线数据传输等,整个系统由单...

发表于 2017-12-15 15:21 542次阅读
基于STC89C52和nRF24L01的智能小车...

基于STC单片机与AD620的小信号采集系统的设...

在测控领域中,经常遇到监测对象输出信号较小,难以直接采集,一般都需要将其放大后再做处理。介绍了一种小...

发表于 2017-12-07 11:49 661次阅读
基于STC单片机与AD620的小信号采集系统的设...

PIC单片机AD通道转换函数问题解析

由于PIC单片机有八路AD转换通道,如果每路都写一个转换函数,哪样非常麻烦并且不便于写程序,缘此我写...

发表于 2017-12-05 10:34 282次阅读
PIC单片机AD通道转换函数问题解析

STC单片机实现可调PWM输出的C51程序

脉冲宽度调制(PWM),是英文“ Pulse Width Modulation” 的缩写,简称脉宽调...

发表于 2017-12-05 10:13 348次阅读
STC单片机实现可调PWM输出的C51程序

三种不同电量计介绍与设计及示例分析(意法半导体的...

锂电池具有高存储能量、寿命长、重量轻和无记忆效应等优点,已经在现行便携式设备中得到了广泛的使用,尤其...

发表于 2017-12-02 09:53 796次阅读
三种不同电量计介绍与设计及示例分析(意法半导体的...

基于STC15w408AS的电子时钟的设计

在前段时间小代在头条上发过一篇叫《如何用单片机设计一款电子产品》,里面提到我们以一个DIY电子时钟为...

发表于 2017-11-29 15:25 1900次阅读
基于STC15w408AS的电子时钟的设计

pic16f616 ad转换

PIC16F616是一款14引脚、8位的CMOS单片机。采用精简指令集,仅有35条指令,由于采用了数...

发表于 2017-11-22 16:46 232次阅读
pic16f616 ad转换

STC单片机简介及其看门狗的应用

STC单片机是一款增强型51单片机,完全兼容MCS-51,还增加了新的功能,比如新增两级中断优先级,...

发表于 2017-11-22 08:48 181次阅读
STC单片机简介及其看门狗的应用

st发布应用用于三星智能手环的防水压力传感器

横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,简称S...

发表于 2017-11-21 07:23 3654次阅读
st发布应用用于三星智能手环的防水压力传感器

医用压力传感器的作用

医用压力传感器(Medical pressure sensors)是专门医用的压力传感器。即是专门医...

发表于 2017-11-19 14:32 951次阅读
医用压力传感器的作用

STC单片机程序下载失败问题总结以及解决方法

STC为宏晶公司推出的国产51单片机,其优点在于价格低廉,功能强大,使用方便,尤其是其串口ISP下载...

发表于 2017-11-13 17:59 1630次阅读
STC单片机程序下载失败问题总结以及解决方法

A_D转换器cs5532初始化例程

CS5532是一种低噪声24位△一∑型A/D转换器。CS5532的差动输入端可以直接测量来自传感器的...

发表于 2017-11-10 11:07 304次阅读
A_D转换器cs5532初始化例程

帮手机实现屏下指纹识别,苹果新专利曝光

近日,苹果获得了一项超声压力和触摸传感器专利,可以借此生产出更薄、更加一体化的3D Touch装置。

发表于 2017-10-19 11:53 1829次阅读
帮手机实现屏下指纹识别,苹果新专利曝光

纳芯微电子推出NMC3000压力传感器全自动批量...

日前,在上海举行的第28届中国国际测量控制与仪器仪表展览会上,苏州纳芯微电子展示的其自主开发的NMC...

发表于 2017-10-12 18:17 2212次阅读
纳芯微电子推出NMC3000压力传感器全自动批量...

带你了解各种压力传感器的特点及应用

固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理...

发表于 2017-09-29 18:50 1666次阅读
带你了解各种压力传感器的特点及应用

德国E+H集团工业压力传感器去年营收做到2.3亿...

德国E+H(恩德斯豪斯)是一家员工数超过1万人的家族企业,去年营收21亿欧元,其中工业压力传感器贡献...

发表于 2017-09-22 18:41 747次阅读
德国E+H集团工业压力传感器去年营收做到2.3亿...

两大市场驱动压力传感器投入增长,亚洲首个工业传感...

近年,信息技术在工业领域的全面应用促进了工业传感器市场规模的迅速增长,其中压力传感器是目前发展最迅速...

发表于 2017-08-21 14:58 541次阅读
两大市场驱动压力传感器投入增长,亚洲首个工业传感...

压力传感器的误差和抗干扰措施

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智...

发表于 2017-08-02 11:19 1006次阅读
压力传感器的误差和抗干扰措施

压力传感器的工作原理,什么是压力传感器,压力传感...

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智...

发表于 2017-04-26 09:12 5483次阅读
压力传感器的工作原理,什么是压力传感器,压力传感...

压力传感器的工作原理,压力传感器介绍

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智...

发表于 2017-04-21 11:22 6627次阅读
压力传感器的工作原理,压力传感器介绍

十大传感器及可穿戴传感器市场预测

物联网的发展必将带动传感器市场的发展,在传感器朝着更小尺寸、更智能化发展的趋势下,Top10的传感器...

发表于 2017-02-08 14:00 656次阅读
十大传感器及可穿戴传感器市场预测

压力传感器的八种测量方法

压力传感器主要用于检测系统压力并不断根据测得的压力大小转换成相应的信号输出。然而压力传感器的测量方法...

发表于 2017-01-22 16:31 682次阅读
压力传感器的八种测量方法

揭秘压力传感器的工作原理及趋势

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智...

发表于 2017-01-03 13:50 3685次阅读
揭秘压力传感器的工作原理及趋势

防止压力传感器出现问题需要关注的六大因素

如果压力传感器在储存或装配时,暴露在超出供应商规定限制的制造环境下,传感器就会出现问题。归纳以下六大...

发表于 2016-12-21 10:58 534次阅读
防止压力传感器出现问题需要关注的六大因素

解析:传感器对可穿戴设备的重要性

毫无疑问,下一代可穿戴设备将集成更多的传感器,以便向用户提供更多有用信息,并且具备情境感知特性,确保...

发表于 2016-12-19 17:26 269次阅读
解析:传感器对可穿戴设备的重要性

压力传感器的应用实例详解

压力传感器是最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生...

发表于 2016-12-14 11:08 5090次阅读
压力传感器的应用实例详解

MEMS传感器四大应用领域详解

MEMS传感器作为获取信息的关键器件,对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用,已在太空卫星、运载火...

发表于 2016-12-06 10:57 2642次阅读
MEMS传感器四大应用领域详解

汽车传感器TOP5的前世今生

有统计称,一辆中大型汽车平均拥有多达170多种传感器。同时,世界上出现了很多著名的车用传感器厂商。下...

发表于 2016-12-05 10:37 982次阅读
汽车传感器TOP5的前世今生

图文详解:压阻式压力传感器在汽车上的应用

本文先介绍了压阻式传感器的工作原理,再结合MEMS(微机电系统)技术,介绍了智能化硅压阻传感器。通过...

发表于 2016-11-18 01:04 2718次阅读
图文详解:压阻式压力传感器在汽车上的应用