发布于：2007/6/5 8:57:44 | 1611 次阅读
摘 要：介绍以AT89C52单片机为的天车负荷测控仪的软硬件设计及在测试、抗干扰方面所采取的一些新技术和方法。
关键词：单片机；负荷测控；非易失性；抗干扰
1系统组成及主要功能
天车负荷测控系统由桥式压力传感器、测量系统及数据传输系统组成。测控系统安装在天车的操作室内，全天测量、记录天车的载重情况。天车起重电机座下的压力传感器的模拟测量信号通过信号电缆传送到控制器内，压力信号经过A/D转换电路读入89C52，运算后送显示及存储在DS1225芯片内，另外通过串口还可以把数据传送到管理室中，如图1所示。
天车负荷测控系统的主要功能和指标如下：
(1)称重范围：本系统的称重范围是0～450吨。实际上，只要压力传感器是标准的，即输出范围是0～20mV，本系统可通过更换压力传感器，改变它的称重范围。(2)测量：0.01％。(3)显示方式：四位LED显示。小数点浮动，随压力传感器的称重范围不同而变化。(4)参数设定：时间初值；校准砝码初值；压力传感器系数；报警的上、下限参数。为了天车的安全运行，当所载重量为吊车安全载重的90％时发出预警信号，大于110％时发出报警信号。并同时记录当时的测重值及时间。(5)自动校准功能：可根据安全监测部门的需要，定期修正校正系数。(6)去皮功能：能自动去除料罐的重量(皮重)，而直接显示物料的值(净重)。(7)通讯功能：通过RS232模块与上位机进行数据通讯。
2硬件设计
应用现场是一个温差大，高粉尘，震动大，电磁辐射强，电源不稳定的环境。因此在设计时主要从抗干扰，数据采集，数据记录的准确性以及记录数据的不易丢失三个方面考虑。主控采用89C52单片机，片内集成了4K EEPROM程序存储器。在本设计中如何能在电源突变、干扰情况下保存数据是一个关键。因此，采用了一片DS1225芯片作为主要参数和数据的存储器，该芯片为带锂电池的EEPROM，在失电的情况下，可保存数据十年。图2是该系统的结构框图。
2.1数据采集通道
采用AD624作为信号放大器。因放大器的反馈网络集成在芯片内部，故该放大器放大倍数且不易受环境温度等影响。压力传感器输出电压信号为0～20mV。AD624的放大倍数定为100倍，其输出为0～2V。数据采集A/D转换器选用美国TI公司的高性能四位半BCD码A/D转换器ICL7135，该A/D转换器具有高且单片机读取方便，与89C52接口简单，并且占用资源少(仅用四根数据总线)，功耗低等优点。
2.2实时时钟
天车一旦发生超载情况，需要立即记录天车预警和报警的时间和当时超重的数据等，本仪表采用DALLAS公司的实时日历芯片DS12887。其内置电池和晶振，可直接挂在单片机数据总线P0口上，工作稳定性好、高，免维护时间可达十年以上，满足了记录仪对时间的要求。
2.3大容量的非易失性存储器
采用DALLAS公司DS1225芯片，内部有锂电池对存储器供电，存储容量为8K字节。
2.4通讯接口
记录的数据通过串口通讯完成。采用MAXIM公司的MAX232产生232电平。采用波士RS232光隔离远程收发器实现远程通讯。
2.5硬件抗干扰
电路板设计中采用了看门狗电路(用4518、4060及晶振组成)，在程序弹飞到一个临时构成的死循环中时，它能强制系统复位。
3软件设计
主要通过中断服务程序实现多功能的实时处理，软件还包括键盘处理子程序，测量中断服务子程序，串口中断服务子程序。
3.1抗干扰程序
根据现场测试，干扰主要为叠加在被测模拟输入信号上的噪声干扰，导致较大的测量误差。由于这些噪声的随机性，本系统采用数字滤波技术剔除虚假信号，具体采用的是算术平均值滤波法。
3.2自动校准子程序
所采用的压力传感器在实际测试中线性度很好，但不同的传感器的压力与转换电压关系有一定的分散性，如图3所示。如果砝码实测值为X，标准值(砝码值)为Y，设系数为K。则K=1-Y/X，校准值=X-K*X。
如上图所示，自动校准主要解决的是斜率问题。可分为硬件方式或软件方式，考虑到被测对象是压力这一特点，本系统采用软件方式实现。通过双字节乘／除子程序来计算系数K。
3.3通讯管理模块
对所记录的数据通过MAX232转换为RS-232电平，通过波士通信模块Y232A将其传送给较远的系统微机。通过分析、计算实现科学管理。
3.4键盘管理模块
根据该系统具有“黑匣子”功能的特点，设计时主要参数的修改需输入密码方能进入主菜单，而去皮、时间显示等无需输入密码。这样既保证该设备的安全，也为天车操作人员提供方便。通过中断方式采用8279模块实现人机对话，完成键盘数据输入及各项功能的实现。通过软件实现了一键多功能，整台设备的面板只有六个键，实现功能切换和数据输入。
参考文献：
［1］ 孙涵芳，徐爱卿.MCS-51／96系列单片机原理及应用［M］.北京：北京航空航大人学出版杜，1996.
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