CN102305659B - 连续重量计量仪及其重量连续计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续重量计量仪及其重量连续计量方法，其中连续重量计量仪包括传感器输入端子、滤波电路、放大电路、测速信号处理模电路、MCU、显示驱动电路、光耦及驱动电路和键盘电路，其中MCU内置有测温模块并能根据外接温度对连续重量计量仪进行温度补偿。由于进行了温度补偿和抗干扰滤波处理，该续重量计量仪降低了其对外界温度变化的敏感性，其抗干扰能力亦得到了提高，从而整体提升了整个续重量计量仪的稳定性和可靠性。

Description

连续重量计量仪及其重量连续计量方法

技术领域

本发明涉及一种计量装置，尤其涉及一种连续重量计量仪及其重量连续计量方法。

背景技术

在食品加工、烟草加工、化工产品加工、饲料加工等工业生产过程中，一些散装物料的配料需要连续的称重测量，这就需要连续重量计量仪。通常使用时，连续重量计量仪要与安装在生产线皮带机上的皮带秤和安装在该皮带机的电机附近的测速装置相连，连续重量计量仪根据电机的瞬时转速计算出该时间内皮带秤走过的长度，从而算出该时间内皮带秤走过的瞬时重量，并对瞬时重量进行累加，当累加重量达到既定值时，控制向皮带机投料的投料设备停止工作，从而完成计量控制工作。专利号为03143256.5的中国专利公开一种连续自动配料机及其控制方法，其是通过PLC加步进电机构成的散料自动控制系统。然而该连续自动配料机对外界温度敏感、抗干扰能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能稳定可靠的连续重量计量仪。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种连续重量计量仪，包括：

传感器输入端子，用于接收皮带秤输出的瞬时重量信号；

滤波电路，用于滤除所述瞬时重量信号中的高频干扰；

放大电路，用于将所述滤波电路处理后的瞬时重量信号进行放大；

测速信号处理模电路，用于接收测速装置输出的所述皮带秤的电机输出的瞬时转速信号；

MCU，用于获取所述瞬时重量信号、所述瞬时转速信号和所述MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号，根据内置的AD转换模块将所述瞬时重量信号和所述外界温度信号转变成对应的数字信号，在对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波后，根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，根据所述瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对所述瞬时重量进行累加计算，当累加重量达到既定值时输出控制信号；

显示驱动电路，用于实时将所述MCU计算出的累加重量发送至数码管显示；

光耦及驱动电路，用于将所述MCU输出的控制信号进行抗干扰隔离后驱动输出；

键盘电路，用于发置仪表参数。

本发明的连续重量计量仪，所述根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，具体包括：

根据公式y＝y-k*Δt对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，其中，y为瞬时重量，k为温度补偿系数，Δt当前时间。

本发明的连续重量计量仪，还包括：

用于所述MCU与上位机通讯的RS232通讯模块和RS485通讯模块，以及用于所述RS232通讯模块和所述RS485通讯模块之间模式切换的通信切换电路，所述通信切换电路分别与所述RS232通讯模块的一端和所述RS485通讯模块的一端相连，并通过串口与所述MCU相连。

本发明的连续重量计量仪，还包括：

保护电路，用于对输入或输出所述RS485通讯模块或所述RS485通讯模块的信号进行抗干扰处理，所述保护电路分别与所述RS232通讯模块的另一端和所述RS485通讯模块的另一端相连。

本发明的连续重量计量仪，还包括：

端子排，其上集成有所述测速信号处理模电路、所述光耦及驱动电路、所述保护电路的输入或输出端子。

再一方面，本发明还提供了一种上述连续重量计量仪的重量连续计量方法，包括以下步骤：

获取皮带秤输出的经过滤波和放大处理后的瞬时重量信号、所述皮带秤的电机输出的瞬时转速信号和所述MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号；

根据内置的AD转换模块将所述瞬时重量信号和所述外界温度信号转变成对应的数字信号；

对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波；

根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿；

根据所述瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对所述瞬时重量进行累加计算并输出；

当累加重量达到既定值时输出控制信号。

本发明的重量连续计量方法，所述根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，具体包括：

根据公式y＝y-k*Δt对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，其中，y为瞬时重量，k为温度补偿系数，Δt当前时间。

本发明的重量连续计量方法，所述连续重量计量仪还包括：

用于所述MCU与上位机通讯的RS232通讯模块和RS485通讯模块，以及用于所述RS232通讯模块和所述RS485通讯模块之间模式切换的通信切换电路，所述通信切换电路分别与所述RS232通讯模块的一端和所述RS485通讯模块的一端相连，并通过串口与所述MCU相连。

本发明的重量连续计量方法，所述连续重量计量仪还包括：

保护电路，用于对输入或输出所述RS485通讯模块或所述R5485通讯模块的信号进行抗干扰处理，所述保护电路分别与所述RS232通讯模块的另一端和所述RS485通讯模块的另一端相连。

本发明的重量连续计量方法，所述连续重量计量仪还包括：

端子排，其上集成有所述测速信号处理模电路、所述光耦及驱动电路、所述保护电路的输入或输出端子。

本发明的连续重量计量仪包括传感器输入端子用于接收皮带秤输出的瞬时重量信号；滤波电路用于滤除瞬时重量信号中的高频干扰；放大电路用于将滤波电路处理后的瞬时重量信号进行放大；测速信号处理模电路用于接收测速装置输出的皮带秤的电机输出的瞬时转速信号；MCU用于获取瞬时重量信号、瞬时转速信号和所述MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号，根据内置的AD转换模块将瞬时重量信号和外界温度信号转变成对应的数字信号，在对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波后，根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，根据瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对瞬时重量进行累加计算，当累加重量达到既定值时输出控制信号；显示驱动电路用于实时将MCU计算出的累加重量发送至数码管显示；光耦及驱动电路用于将MCU输出的控制信号进行抗干扰隔离后驱动输出。由于进行了温度补偿和抗干扰滤波处理，该续重量计量仪降低了其对外界温度变化的敏感性，其抗干扰能力亦得到了提高，从而整体提升了整个续重量计量仪的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的连续重量计量仪的电路框图；

图2为图1中连续重量计量仪的MCU部分的电路原理图；

图3为图1中连续重量计量仪的传感器接线端子及滤波电路部分的电路原理图；

图4为图1中连续重量计量仪的放大电路部分的电路原理图；

图5为图1中连续重量计量仪的键盘电路部分的电路原理图；

图6为图1中连续重量计量仪的显示驱动电路部分的电路原理图；

图7为图1中连续重量计量仪的通信切换电路及保护电路部分的电路原理图；

图8为图1中连续重量计量仪的RS485通讯模块及RS232通讯模块部分的电路原理图；

图9为图1中连续重量计量仪的光耦及驱动电路部分的电路原理图；

图10为图1中连续重量计量仪的测速信号处理模电路部分的电路原理图；

图11为图1中连续重量计量仪的端子排部分的接口结构示意图；

图12为图1中连续重量计量仪的电源电路部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，本实施例的连续重量计量仪包括传感器输入端子、滤波电路、放大电路、测速信号处理模电路、MCU、显示驱动电路、光耦及驱动电路、键盘电路、RS232通讯模块、RS485通讯模块、通信切换电路、保护电路、端子排和电源电路等。其中，传感器输入端子用于接收皮带秤输出的瞬时重量信号。滤波电路用于滤除瞬时重量信号中的高频干扰。放大电路用于将滤波电路处理后的瞬时重量信号进行放大。测速信号处理模电路用于接收测速装置输出的皮带秤的电机输出的瞬时转速信号。MCU用于获取瞬时重量信号、瞬时转速信号和MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号，根据内置的AD转换模块将瞬时重量信号和外界温度信号转变成对应的数字信号，在对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波后，根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，根据瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对瞬时重量进行累加计算，当累加重量达到既定值时输出控制信号。显示驱动电路用于实时将MCU计算出的累加重量发送至数码管显示。光耦及驱动电路用于将MCU输出的控制信号进行抗干扰隔离后驱动输出。键盘电路用于设置仪表参数。RS232通讯模块和RS485通讯模块用于MCU与上位机之间的通讯。通信切换电路用于RS232通讯模块和RS485通讯模块之间模式切换，以适应不同串口通讯要求，该通信切换电路分别与RS232通讯模块的一端和RS485通讯模块的一端相连，并通过串口与MCU相连。保护电路用于对输入或输出RS485通讯模块或RS485通讯模块的信号进行抗干扰处理，该保护电路分别与RS232通讯模块的另一端和RS485通讯模块的另一端相连。端子排上集成有测速信号处理模电路、光耦及驱动电路、保护电路的输入或输出端子。电源电路用于向设备供电。

结合图2所示，MCU可以选择型号为AduC845的单片机及其外围电路，其外围电路包括与其相连的型号为74HC245D的驱动芯片。

结合图3所示，传感器输入端了第2、第3端了与滤波电路的输入端相连。传感器输入端子第6端子与滤波电路的ST端相连。滤波电路的SN-端和SN+端分别对应与上述单片机的第7和第8管脚相连。

结合图4所示，放大电路可以选择型号为AD8552的放大芯片及其外围电路，其中，该放大芯片的第3、第5管脚分别对应与滤波电路的+INA、+INB输出端相连。而该放大电路的SIG+、SIG-端子分别对应与上述单片机的第9和第10管脚相连。

结合图5所示，键盘电路的四个按键SW1、SW2、SW3和SW4分别与上述单片机的第52～第49管脚相连。

结合图6所示，显示驱动电路可以选择两个型号为Max7219的集成化的串行输入/输出其阴极显示驱动器U2和U3，显示驱动器U2的第1、第13和第12管脚分别对应与上述单片机的第22、第23和第24管脚相连。显示驱动器U3的第1、第13和第12管脚分别对应与上述单片机的第22、第23和第25管脚相连。

结合图8所示，RS232通讯模块包括型号为MAX232芯片及其外围电路，RS485通讯模块包括型号为MAX485芯片及其外围电路，其中，MAX232芯片的第11管脚和MAX485芯片的第4管脚分别与选择开关SW7的两个选择端对应相连，选择开关SW7的公共端与上述单片机的第17管脚相连。MAX232芯片的第12管脚和MAX485芯片的第1管脚分别与选择开关SW8的两个选择端对应相连，选择开关SW8的公共端与上述单片机的第16管脚相连。

结合图7所示，选择开关SW5与电阻L1之间、选择开关SW6与电阻L2之间分别接有一个由TVS二极管和电容并联构成的保护电路，用于保护通信芯片及MCU不受外部突发干扰伤害。其中，选择开关SW5的两个选择端分别对应与RS485通讯模块的JL+端子以及MAX232芯片的第14管脚相连，选择开关SW6的两个选择端分别对应与RS485通讯模块的JL-端子以及MAX232芯片的第13管脚相连。

结合图9所示，光耦及驱动电路包括型号为TLP521-4的光耦芯片及其外围电路，以及型号为ULN2003的达林顿管及其外围电路，其中，该光耦芯片的第4、第6、第8和第2管脚分别对应与上述型号为74HC245D的驱动芯片的第18～第15管脚相连，该光耦芯片的第13、第11、第9和第15管脚分别对应与该达林顿管的第1～第4管脚相连。

结合图10所示，测速信号处理模电路包括型号为DS90C032的电平转换芯片及其外围电路，该电平转换芯片的第5管脚与上述单片机的第42管脚相连，该电平转换芯片的第1和第2管脚用于与端子排相连。

结合图11所示，端了排的POW、OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、COM1为输出接口接外部24V电源和作用控制继电器线圈预留口。IN+、IN-、5V+、和GND外接测速装置。TXD、RXD和SG为485和232通信接口。EA、SIG-、SIG+、E-、E+为皮带秤上的传感器线接口。ST和COM2为预留1路DA输出信号接口，可以外接4-20mA电流模块，累加重量的电压信号也可通过电流模转换成电流信号。N、PE和L为AC220V电源接口。

结合图12所示，电源电路主要由滤波器、变压器、桥式整流电路、滤波电路和若干稳压电路等构成，从而为连续重量计量仪提供+12V、+5V等所需电源。

上述连续重量计量仪的单片机的工作过程如下：

1)、获取皮带秤输出的经过滤波和放大处理后的瞬时重量信号、皮带秤的电机输出的瞬时转速信号和MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号；

2)、根据内置的AD转换模块将瞬时重量信号和外界温度信号转变成对应的数字信号；

3)、对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波。滑动平均算法(又称递推滤波算法)的原理如下：

$y\left(k\right)=\frac{\underset{i=k}{\overset{n+k-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)-x\left(k\right)+x(n+k)}{n}$

上式中，x(*)为采样值；y(k)为第k点的滤波输出值。这种滤波是配合片内的sinc3滤波，对周期性的干扰(如传感器外部布线干扰)等有良好的抑制效果。

4)、根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿。具体可以根据公式y＝y-k*Δt对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，其中，y为瞬时重量，k为温度补偿系数(可根据大量实验得出)，Δt当前时间。

5)、根据瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对瞬时重量进行累加计算并输出。具体为：首先单片机每0.125s读取测速信号处理模电路测速模块的脉冲值；其次根据公式p(n)＝pulse/t算出皮带机的电机转动速度，式中，t为0.125s(0.125s这个时间是经过多次试验得出误差最小的值)，pulse为t时间内采集的脉冲数，P(n)为转速，单位是脉冲/s；然后根据电机转动速度，计算出0.125s时间内皮带称走过的长度，根据皮带走过的长度和皮带总长度的比例算出0.125S时间里皮带上走过的重量，就这杆通过微分累加就可以得出累加重量(即总重)，具体的采用如下公式：

$g\mathrm{Real}\mathrm{Sum}=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\frac{g\mathrm{Real}\mathrm{Wt}*p\left(n\right)*t}{\max \_\mathrm{pulse}}$

式中，gRealSum为流过皮带秤的累加总重，gRealWt为流过物料的实时重量，p(n)皮带秤转动的瞬时速度，t为最小单位的时间0.125s，max_pulse为皮带从头运行到尾的脉冲总数。

6)、当累加重量达到既定值时输出控制信号。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种连续重量计量仪，其特征在于，包括：

传感器输入端子，用于接收皮带秤输出的瞬时重量信号；

滤波电路，用于滤除所述瞬时重量信号中的高频干扰；

放大电路，用于将所述滤波电路处理后的瞬时重量信号进行放大；

测速信号处理模电路，用于接收测速装置输出的所述皮带秤的电机输出的瞬时转速信号；

MCU，用于获取所述瞬时重量信号、所述瞬时转速信号和所述MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号，根据内置的AD转换模块将所述瞬时重量信号和所述外界温度信号转变成对应的数字信号，在对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波后，根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，根据所述瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对所述瞬时重量进行累加计算，当累加重量达到既定值时输出控制信号；

显示驱动电路，用于实时将所述MCU计算出的累加重量发送至数码管显示；

光耦及驱动电路，用于将所述MCU输出的控制信号进行抗干扰隔离后驱动输出；

键盘电路，用于设置仪表参数。

2.根据权利要求1所述的连续重量计量仪，其特征在于，所述根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，具体包括：

根据公式y＝y-k*Δt对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，其中，y为瞬时重量，k为温度补偿系数，Δt当前时间。

3.根据权利要求2所述的连续重量计量仪，其特征在于，还包括：

用于所述MCU与上位机通讯的RS232通讯模块和RS485通讯模块，以及用于所述RS232通讯模块和所述RS485通讯模块之间模式切换的通信切换电路，所述通信切换电路分别与所述RS232通讯模块的一端和所述RS485通讯模块的一端相连，并通过串口与所述MCU相连。

4.根据权利要求3所述的连续重量计量仪，其特征在于，还包括：

保护电路，用于对输入或输出所述RS485通讯模块的信号进行抗干扰处理，所述保护电路分别与所述RS232通讯模块的另一端和所述RS485通讯模块的另一端相连。

5.根据权利要求4所述的连续重量计量仪，其特征在于，还包括：

端子排，其上集成有所述测速信号处理模电路、所述光耦及驱动电路、所述保护电路的输入或输出端子。

6.一种权利要求1所述连续重量计量仪的重量连续计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取皮带秤输出的经过滤波和放大处理后的瞬时重量信号、所述皮带秤的电机输出的瞬时转速信号和所述MCU内置的测温模块输出的当前外界温度信号；

根据内置的AD转换模块将所述瞬时重量信号和所述外界温度信号转变成对应的数字信号；

对数字化后的瞬时重量信号进行滑动平均滤波；

根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿；

根据所述瞬时转速信号和温度补偿后的瞬时重量信号计算出瞬时重量，对所述瞬时重量进行累加计算并输出；

当累加重量达到既定值时输出控制信号。

7.根据权利要求6所述的重量连续计量方法，其特征在于，所述根据数字化后的外界温度信号对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，具体包括：

根据公式y＝y-k*Δt对滑动平均滤波后的瞬时重量信号进行温度补偿，其中，y为瞬时重量，k为温度补偿系数，Δt当前时间。

8.根据权利要求6所述的重量连续计量方法，其特征在于，所述连续重量计量仪还包括：

用于所述MCU与上位机通讯的RS232通讯模块和RS485通讯模块，以及用于所述RS232通讯模块和所述RS485通讯模块之间模式切换的通信切换电路，所述通信切换电路分别与所述RS232通讯模块的一端和所述RS485通讯模块的一端相连，并通过串口与所述MCU相连。

9.根据权利要求8所述的重量连续计量方法，其特征在于，所述连续重量计量仪还包括：

保护电路，用于对输入或输出所述RS485通讯模块的信号进行抗干扰处理，所述保护电路分别与所述RS232通讯模块的另一端和所述RS485通讯模块的另一端相连。

10.根据权利要求9所述的重量连续计量方法，其特征在于，所述连续重量计量仪还包括：

端子排，其上集成有所述测速信号处理模电路、所述光耦及驱动电路、所述保护电路的输入或输出端子。