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        自動(dòng)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2010-12-21 06:28:12李秉榮劉夫云王喬義藍(lán)毓勝馬永輝
        電子器件 2010年2期
        關(guān)鍵詞:PC機(jī)串口電阻

        李秉榮,劉夫云*,程 雄,王喬義,藍(lán)毓勝,馬永輝

        (1.桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,桂林 541004;2.右江礦務(wù)局, 桂林541004)

        地磅是一種運(yùn)用比較廣泛的稱重儀器,也稱為汽車衡。目前,我國(guó)很多地方仍使用傳統(tǒng)地磅,采用人工填寫單據(jù)、報(bào)表的方式來(lái)記錄數(shù)據(jù)。這種工作方式安全性差,容易出錯(cuò),效率低下,難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的要求。因此,針對(duì)國(guó)內(nèi)地磅稱重系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高的現(xiàn)狀,本文設(shè)計(jì)了一套地磅稱重系統(tǒng),將傳感器、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)有效的結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)處理和自動(dòng)存儲(chǔ),為企業(yè)的現(xiàn)代化管理提高效率。

        1 稱重系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

        首先,利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出壓力信號(hào),經(jīng)過(guò)信號(hào)的放大、濾波,然后以模擬信號(hào)的方式傳送到A/D轉(zhuǎn)換器。其次,將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)傳送給上位機(jī)。最后,在上位機(jī)以MyEclipse6.0.1 為開(kāi)發(fā)環(huán)境,構(gòu)建一個(gè)地磅信息管理系統(tǒng),用于接收、顯示并存儲(chǔ)相關(guān)信息。具體方案如流程圖1。

        圖1 總體方案設(shè)計(jì)流程圖

        1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        1.1.1 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路

        電阻應(yīng)變式傳感器通常采用橋式測(cè)量電路。它由箔片式電阻應(yīng)變片電阻R1、R2、R3、R4組成。電橋的一個(gè)對(duì)角線接工作電壓E,另一個(gè)對(duì)角線接輸出電壓Uo。在測(cè)量重量之前,調(diào)節(jié)滑動(dòng)式線性可變電阻器Rp1, 當(dāng)載荷為0 時(shí), 輸出為零。測(cè)量電路如圖2[1-10]所示。

        圖2 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路

        1.1.2 差動(dòng)放大電路

        由于傳感器輸出的模擬信號(hào)比較微弱,需要放大一定的倍數(shù)才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器的要求,這里采用一種典型的差動(dòng)放大電路,它由UA741和電阻組成。差動(dòng)放大電路如圖3[2-11]所示。

        圖3 差動(dòng)放大電路

        1.1.3 單片機(jī)與PC機(jī)串口通信及A/D轉(zhuǎn)換電路

        (1)單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信采用RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口, RS-232C總線接口芯片種類很多,這里使用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232 芯片實(shí)現(xiàn)TTL和EIA之間的電平轉(zhuǎn)換,其接線電路如圖4所示。需要注意的是由于該工作電路對(duì)電源噪聲比較敏感,為了提高器件的抗干擾能力,這里采用了1.0 μF電容連接+5 V電源去耦。同時(shí),在PCB布線時(shí),電容應(yīng)該盡可能的靠近芯片。

        (2)A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0832,這款芯片具有8位分辨率,雙通道A/D轉(zhuǎn)換,輸入輸出電平與TTL/CMOS兼容, 5 V電源供電時(shí)輸出電壓在0 ~5 V之間,工作頻率為250 kHz,轉(zhuǎn)換時(shí)間為32 ms,功耗為15 MW等優(yōu)點(diǎn)。適合本系統(tǒng)的要求。其與單片機(jī)的連接電路圖如圖4[3-4]所示。

        1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        實(shí)驗(yàn)采用mpx4115 壓力傳感器來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的精度,該傳感器承受壓力的線性區(qū)間為15 kPa~115 kPa。測(cè)量時(shí)補(bǔ)償值為9.3 kPa,即y=[(115-15)/(243-13)] *X+9.3。其中y—壓力, X—經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。通過(guò)隨機(jī)對(duì)10組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量,其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1所示。

        表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        圖4 單片機(jī)與PC機(jī)串口通信及A/D轉(zhuǎn)換電路

        通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,該系統(tǒng)的測(cè)量精度在0.1 ~0.3之間。

        1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        該系統(tǒng)采用RS-232C串口通信技術(shù),以MyEclipse6.0.1為開(kāi)發(fā)環(huán)境,通過(guò)Sun公司提供的Java中的comm.jar包,完成單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信,編制出了地磅稱重管理系統(tǒng)可視化軟件。

        1.3.1 RS-232串行通信接口

        RS-232是目前最常用的一種串行通信接口,被定義為一種低速率串行通信標(biāo)準(zhǔn),最大傳輸距離在50 m左右。采用RS-232串口通信能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。

        1.3.2 Java與COM口的串口通訊

        Sun公司的J2SE中并沒(méi)有直接提供任何一種串行通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)包,而是以獨(dú)立的jar包形式發(fā)布在java.sun.com網(wǎng)站上的comm.jar,稱之為Java Communication API,它是J2SE的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展。comm.jar提供了對(duì)常用的RS-232串口通信的支持。與comm.jar包一起的還有兩個(gè)重要的文件:win32com.dll和 javax.comm.properties。 comm.jar提供了通信用的java API, win32com.dll提供了供comm.jar調(diào)用的本地驅(qū)動(dòng)接口, 而 javax.comm.properties是這個(gè)驅(qū)動(dòng)的類配置文件[5]。

        Java讀寫COM口主要是調(diào)用Javax..comm包中的comm.API函數(shù)。在初始化波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)的同時(shí),將輸入輸出數(shù)據(jù)流和該串口建立一個(gè)映射,串口的輸入輸出操作就直接反映在輸入流和輸出流上。通過(guò)CommPort類的get-InputStream()和getOutputStream()方法取得端口的輸入流和輸出流[6]。

        1.3.3 Java與串行口通訊的軟件實(shí)現(xiàn)

        串口讀寫數(shù)據(jù)的流程圖如下圖5所示。

        圖5 向串口讀寫數(shù)據(jù)流程圖

        串口讀寫程序如下所示:

        /*打開(kāi)并初始化串口程序*/

        public void serialPortInitialize(){

        portId=CommPortIdentifier.getPortIdentifiers(“COM 1”);//獲取通信端口COM1

        serialPort=(SerialPort)portId.open(“ serialComm”,2000);//打開(kāi)端口

        serialPort.setSerialPortParams(1200, //波特率1200

        SerialPort.DATABITS_8, //數(shù)據(jù)位8位

        SerialPort.STOPBITS_1, //停止位1位

        SerialPort.PARITY_NONE);//無(wú)奇偶校驗(yàn)位

        }

        /*從端口讀取數(shù)據(jù)*/

        InputStream input=serialPort.getInputStream();

        Input.read(…);

        /*往端口寫數(shù)據(jù)*/

        OutputStream output=serialPort.getOutputStream();

        Output.w rite(…);

        1.3.4 單片機(jī)與PC機(jī)的通信協(xié)議

        單片機(jī)端:?jiǎn)纹瑱C(jī)先發(fā)送0x00給PC機(jī),并且等待PC機(jī)的回復(fù),當(dāng)接收到PC機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)是0x00時(shí),單片機(jī)開(kāi)始向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到PC機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)是0xff時(shí),單片機(jī)不執(zhí)行任何操作,并且重新發(fā)送0x00 給PC機(jī),等待回復(fù)。PC機(jī)端:點(diǎn)擊軟件連接按鈕,接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù),當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)是0x00時(shí),向單片機(jī)發(fā)送0x00,并且開(kāi)始接收單片機(jī)傳發(fā)送的數(shù)據(jù),同時(shí)PC機(jī)端通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)校驗(yàn)來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否接收完整,當(dāng)數(shù)據(jù)接收不完整時(shí),向單片機(jī)發(fā)送0xff,丟失該數(shù)據(jù),并且重新接收數(shù)據(jù)。

        2 稱重系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)、功能及界面

        2.1 稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        該系統(tǒng)主要包括5個(gè)模塊,即串口通信模塊、數(shù)據(jù)錄入模塊、查詢打印模塊、權(quán)限管理模塊和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊[7-12]。

        2.2 各模塊的功能

        (1)串行通信模塊

        該模塊的功能實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸。

        (2)數(shù)據(jù)錄入和網(wǎng)絡(luò)通信模塊

        該模塊用于記錄編號(hào)、車號(hào)、空車時(shí)間、重車時(shí)間、貨物名稱、型號(hào)規(guī)格、毛重、皮重、凈重、單價(jià)、過(guò)磅費(fèi)、金額、供貨單位、收貨單位、司機(jī)、操作員和備注等數(shù)據(jù)。其中毛重、皮重是通過(guò)串口自動(dòng)接收數(shù)據(jù),不需要人工記錄。同時(shí),通過(guò)Java的socket類實(shí)現(xiàn)將記錄的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸給中心服務(wù)器,便于通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或Internet查詢相關(guān)數(shù)據(jù)。

        (3)查詢打印模塊

        該模塊用于客戶打印稱重的相關(guān)數(shù)據(jù)。

        (4)權(quán)限管理模塊

        該模塊實(shí)現(xiàn)了不同的管理員對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的不同權(quán)限,其中超級(jí)管理員可以添加或者更改操作員,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何操作,而操作員只有記錄數(shù)據(jù)的功能。

        (5)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊

        該模塊用于記錄日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和季度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

        2.3 稱重信息管理系統(tǒng)的軟件界面

        本系統(tǒng)的軟件界面如圖6所示。

        圖6 系統(tǒng)的軟件界面

        3 結(jié)論

        本文系統(tǒng)的介紹了地磅稱重系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法,其中硬件部分介紹了組成該系統(tǒng)的三個(gè)重要的電路,軟件部分介紹了Java程序中的comm.jar包。通過(guò) RS-232串口,實(shí)現(xiàn)了Java與單片機(jī)的串口通信。最后,筆者通過(guò)Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一個(gè)地磅信息管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸、顯示、通信、存儲(chǔ)、查詢和打印等功能,能夠滿足企業(yè)對(duì)稱重的自動(dòng)化需求。

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