无线动态抓斗秤中数据采集装置的设计

　　1　引　　言

　　无线动态抓斗秤[1]是一种解决双绳无功抓斗计量问题的称重仪,它在提取、搬运货物的同时完成称重,具有快速、准确、方便的优点。由于双绳无功抓斗工作环境等限制,必需设计可靠性高、功耗低、具有无线数据通讯和能自动开停机功能的高精度数据采集装置。

　　2　电路构成及功能

　　电路主要包括模拟信号的放大、模数转换、唤醒复位电路、单片机和调制发射等部分,如图1所示。

　　DS—3t型电子吊钩秤力传感器+5V供电时,满载(3吨)输出8.333mV电压,首先由模拟放大器AD620预放100倍,AD620工作于单极性,考虑到它的动态范围,在参考输入端REF接入+2V偏置电压,信号放大后送去模数转换,同时也触发唤醒电路。模数转换器采用AD7710电荷平衡式ADC[2],根据静态精度0.001的要求,模数转换器的分辨率设置为16bit;采用内部2.5V基准电压,内部编程放大2倍;转换频率80Hz;采用偏置标定模式以消除传感器、放大器的零点漂移,转换结果通过数据准备好标志DRDY以中断方式与89C2051相连。

　　单片机89C2051是个核心部件,它将模数转换结果经预处理后通过串行口以1200bps的速率输出给FSK调制解调器MSM7512,然后经无线发射模块发射出去。由于不工作时89C2051处于睡眠状态,一旦工作必需提起扎斗以唤醒系统。唤醒复位电路由比较器,单稳态电路及RC电路构成,比较器和单稳态电路能在起吊瞬间产生一10ms的复位脉冲RST,又为了使唤醒初始化后的89C2051在每次起吊时不再初始化,在初始化时将P1.0引脚置成低电平以禁止唤醒电路再次输出脉冲,而RC电路用于上电复位。

　　3　数据通讯格式

　　每个数据包括3帧内容:1帧控制字,2帧数据,采用串行口方式3通讯。接收端只有在收到控制字后,方能接收后面紧随的2帧数据,否则认为是无效数据。控制字和数据通过方式3中的可编程位TB8来区分,“1”表示控制字,“0”表示数据。控制字的D1位为高8位数据的奇偶校验位,D0位为低8位数据的奇偶校验位,其它位根据需要可设定为同步码及各种标志信号。

　　MSM7512的数据最高波特率为1200bps,即它每发射一帧数据至少需9.2ms时间,AD7710的转换周期是12.5ms,可见不能将一个数据(3帧内容)在一次转换期间内发射完毕,因此采集装置必须对采样值作预处理,即5点中位值滤波,这样一来,每个数据占5个采样周期,既解决了发射时间不足之矛盾,又可减轻后台智能仪表数据处理的负担。

　　4　软件设计

　　软件设计主要是结合硬件使整个系统的功耗降到最低。因此89C2051与外界的联系都采用中断方式而使其在大部分时间处于省电模式。中断程序主要有T0定时中断,SIO中断和INT0中断。T0定时器用作软件看门狗,定时时间设成13ms,比AD转换器的转换周期12.5ms稍大点,若T0溢出,说明系统有问题,必须开启唤醒电路重新复位整个系统。SIO中断子程序用于清除SIO发射中断请求标志。INT0中断服务程序是软件设计的关键,主要有读取AD转换结果、数字滤波、数据处理和欠压检测及数据发射等部分构成。因AD7710转换结果以串行方式输出,而89C2051无专门的SPI接口需由软件产生读写时序;数据处理子程序主要作超载判别、故障报警、零点校正和关机状态识别等,其中零点校正和关机状态识别由处理结果小于抓斗自重的时间来确定,时间计数若干秒自动作零点校正,若干分作为停机处理;数据发射子程序首先确定控制字,然后对待发的数据进行奇偶校验,再按上述的通讯格式将数据发射出去。