工业称重仪表低成本软硬件优化特点

　　(一)基本功能模块的优化

　　基本功能模块是仪表组成的核心部分，直接决定了仪表性能的好坏及成本的高低;而其中*为关键的器件该是MCU莫属了，MCU即单片微处理器，是智能化仪表的大脑和心脏。根据MCU的不同选择，目前市场上的称重仪表的基本功能电路可概括为以下几种组合模式：

　　模式A：AMP+A/D+MCU+扩展RAM+扩展EPROM+扩展I/O+E2PROM+键盘+显示驱动器+WDT

　　分析：典型芯片有8031/8039/80C49/8751等。

　　属早期MCU芯片，很多功能在外部扩展，MCU芯片及其扩展芯片已渐渐被市场淘汰，芯片集成商为应付早期产品只在少量生产，故芯片价格相当昂贵;该组合模式产品的稳定性及抗干扰性能也很差，产品难以通过EMC测试。湿度传感器探头, ,不锈钢电热管 PT100传感器, ,铸铝加热器,加热圈  流体电磁阀

　　模式B：AMP+A/D+MCU+E2PROM+键盘+显示驱动器+WDT

　　分析：MCU典型芯片有AT89C5X系列、W78E5X等，片内具有FL工业称重仪表低成本软硬件优化特点ASH程序存贮器。

　　由于该系列MCU无WDT功能，设计时要在外部护展，因而增加了一定的硬件成本，同时该系列MCU的I/O口无EMI/EMS处理措施，给产品可靠性留下隐患。优势是与模式A相比其性价比有所提高，目前称重控制仪采用该模式仍比较广泛。

　　模式C：A/D+MCU+显示/键盘

　　分析：MCU典型芯片有STC89XX系列、AVR系列等，该系列MCU内部集成了E2PROM及WDT功能，I/O口有EMC措施，且价格不比模式B用MCU贵。因此仪表可靠性及硬件成本均得到极大改善。

　　模式D：MCU+E2PROM+显示/键盘

　　分析：MCU将AMP、A/D及微处理器集成在一块芯片内，属混合信号MCU，代表芯片有AD公司的Adu8XX，TI公司的MSC121X，SILICONLAB公司的C8051F35X,等。该模式更加简化电路，在小型化、节电或本安应用中不失为一种好的选择方案。

　　A/D选型：

　　称重仪表用的A/D转换类型主要有：双积分型、三积分型、Σ-Δ型;双积分及三积分由于受A/D转换速度限制，一般在工业动态称重场合很少被采用;目前，市场上大多仪表均采用Σ-Δ型A/D转换，特点是A/D分辩率高，线性好，A/D转换速度又能满足工业动态称重的需求。目前市场上型A/D器件低中**均有供货。建议控制仪表可选内带PGA的中档Σ-Δ型A/D芯片，比较经济和实用。

　　(二)各扩展功能的优化

　　称重仪表的基本性能已由基本CPU板模块保证，由于仪表的扩展功能决定了称重仪表的实用性及档次的高低，因此对仪表扩展功能的接口电路也需巧妙选材，精心设计。工业现场用称重仪表的扩展功能主要有以下几类，分别介绍如下：

　　1.打印模块：可设计成串口/并口兼容方式，打印单据一般需要时间/日期数据，可将时钟电路安排在打印接口板上。

　　2.4-20mA模块：由于工业现场数据DCS系统传输采用4-20mA信号标准，因此称重仪表要与之兼容则要备有该功能模块。一般DCS系统的4-20mA有1‰精度就够了，选12位D/A转换器即可，高位数D/A会增加模块成本;

　　该模块软件算法：MAout=weight/[max/(H_ma-L_ma)]

　　其中Maout：实时输出电流所需的D/A数字量

　　weight：料重实时测量值;max：秤*大量程

　　L_ma：秤处零位，4mA输出所需的D/A调节值

　　H_ma：秤处满量程，20mA输出所需的D/A调节值

　　该算法通过软件能方便被编程实现，可以大大简化硬件电路成本。

　　3.通讯模块：由于工业DCS系统存在众多缺陷，目前，FCS系统(现场总线控制系统)正越来越广泛被应用在自动化控制当中，FCS系统技术主要以Profibus为主，要求现场过程控制设备具备基于RS485传输智能通讯接口。因而，工业称重仪表的通讯接口智能化设计已是大势所趋，从而使称重信息能在企业Intrnet(Ethernet)甚至Internet上互联互通，数据共享。而为基于RS485传输的工业称重仪表制定统一的通讯协议已迫在眉捷。建议采用下面基本通讯格式：STX(起始位)+IP地址+数据信息/命令+。。。+ETX(结束位)

　　IP地址：仪表地址编号

　　工业称重仪表智能化通讯是发展趋势，是提高仪表性能和档次的具体体现，而且基于RS485传输的通讯成本也*低的。

　　4.PWM模块

　　在包装秤及定量给料秤需要通过振动方式加料时，该功能模块作用明显。

　　振动加料器控制信号如图示：

　　常规控制方法：一般为快中慢三段给料，需三只振动控制器，且该控制器均需通过电位器手动调节振动量。此种控制成本高，振动控制器易损坏。

　　模块控制原理：交流过零时中断捕获振动调节量(与称重成比例同步变化)，根据调节量控制定时器触发可控硅导通，从而达到自动调幅目的。如上图示t1,t2点为

　　触发时刻，且t2比t1时刻触发振动量大。

　　特点：仪表全数字化设定及控制，振动量随物料多少自动无级调节。因此，这是一种具极低成本的、极高性能和可靠性的配料控制秤解决方案。

　　(三)称重控制软件的优化

　　由于硬件的模块化设计极大的降低了成本，使得很多复杂的控制需要通过软件将各种功能整合在一起，而软件设计的边际成本几乎为零，因此软件的优化设计工作是低成本化工业仪表设计的灵魂。