基于数字化管理功能的电子计价秤仿真设计*

2014-03-22孙业梅

计量技术 2014年10期

孙业梅

(江苏省淮安市计量测试所，淮安 223002)

0　引言

电子计价秤属国家强检计量器具，广泛应用于贸易结算和工业计量等各个领域[1]。如何对电子计价秤进行有效管理，如何运用现代化技术手段提高管理水平是一个非常现实的问题。为了能对电子计价秤实现数字化管理，使电子计价秤具备数字化管理的功能,本文设计了一种能实现数字化管理功能的电子计价秤，采用RF技术和网络通讯技术实现对电子计价秤的数字化管理[2]，并运用PROTEUS软件进行了设计仿真。

本设计的电子计价秤特征：一是采用STC89C52单片机芯片，因为芯片具有唯一的ID号，可解决更换芯片进行称重作弊的问题；二是采用了标准信号比对技术，可解决改变传感器激励电压进行作弊的问题；三是利用上位机发送指令，动态读取程序代码片断，与管理系统中的代码进行比对，可解决修改程序进行作弊的问题；四是利用无线收发技术可以向上位机(管理系统)传输称重作弊信息(时间、ID、重量、金额)。可对作弊信息进行记录。

1　电子计价秤方案设计

1.1　电路设计

电路原理框图如图1所示，由传感器、标准信号产生电路、由HX711芯片构成的放大电路和A/D转换电路、单片机(STC89C52)、无线收发电路、时钟电路、显示电路、语音提示电路、键盘、电源等组成。与传统的电子计价秤电路相比，本电路增加了标准信号电路和无线收发电路，使本设计的电子计价秤不仅具有称重功能，而且具有防止称重作弊和实现数字化管理功能。

图1　基于数字化管理的电子计价秤电路原理框图

1.2　程序流程图设计

本设计电子计价秤主程序流程图如图2所示。

图2　电子计价秤主程序流程图

初始化子程序内容包括单片机参数、显示状态、时钟参数、无线收发模块参数初始设置。键盘输入和无线收发指令接收采用中断方式。

显示采用两线I/O扩展芯片CH425，CH425可动态驱动16只LED数码管，通过二线串行接口与单片机交换数据。无线接收中断收发服务程序流程图如图3所示。

图3　无线接收中断收发服务程序流程图

2　电子计价秤数字化管理设计

2.1　数字化管理系统组成

电子计价秤数字化管理系统主要由电子计价秤、无线信号收发电路和计算机组成，如图4所示。利用RF技术实现无线数据传输。管理系统中安装电子计价秤管理软件，在该软件支撑下实现对电子计价秤的数字化管理。

图4　电子计价秤数字化管理系统框图

2.2　数字化管理系统指令格式与规定

数字化管理系统指令由同步头、地址码(2BIT)、数据类型(1BIT)、指令或数据(NBIT)组成，其格式如图5所示。上位机与电子计价秤无线通讯指令代码及功能规定如表1所示。

图5　数字化管理系统指令格式

表1　数字化管理系统指令规定

3　基于PROTEUS软件仿真设计及实验

3.1　HX711应用仿真

仿真电路如图6所示，放大倍数设置为64dB，A/D转换设置为24位， U1为HX711(双通道、放大、A/D)， U2为电子计价秤中单片机，每0.1s读一次A/B数据，用P2/P1/P0读出的24位二进制值，第一次显示A通道值，第二次显示B通道值。仿真验证单片机读取重量和标准信号程序。仿真测试记录见表2。

图6　HX711程序仿真电路图

表2　仿真读取HX711中A、B通道数据记录

3.2　数码显示仿真

仿真电路如图7所示， U1为电子计价秤中单片机， U2为CH452(串口)，动态驱动16只LED数码管，数码管采用共阳极，前5只显示是重量(kg)；中间5只显示单价(元)；最后6只显示金额(元)。本例重量设置为12.675kg，单价设置为329.40元/kg，金额=重量×单价=4175.15元。

图7　串口输出显示数据仿真电路

3.3　金额计算程序仿真

仿真电路如图8所示， U1为电子计价秤中单片机， U设为CH452(串口)。仿真过程：1)重量保持不变，键盘输入单价，观察输出显示；2)单价保持不变，将表2中的A通道数据输入，观察输出显示。显示数据如表3所示。

表3　计算程序数据表

图8　金额计算程序仿真电路

3.4　作弊记录程序仿真

利用图6的HX711应用仿真电路，实施仿真过程为：1)正常称重；2)改变传感器激励电压；3)修改程序；4)更换芯片。观察单片机作弊记录内容，用P1显示作弊信息。检测的数据如表4所示。

3.5　数字化管理仿真

数字化管理仿真数据如表5所示，RF信号收、发波形如图9所示。

表4　作弊信息检测数据表

说明：1)重量=(data-data0)K(data为HX711中读取值，data0为修正值，K为比例系数)。2)误差=(实际重量/显示重量)％，本次实际重量设置为200g

表5　数字化管理仿真试验数据

续表

图9　RF信号收、发波形图

4　仿真结果分析与结论

4.1　HX711应用仿真分析

如表2所示，传感器激励电压为5V时，产生的电压值以3字节16进制形式存储在HX711中，读取A通道值要27个脉冲信号，读取B通道值要26个脉冲信号；读出的值要经过单片机处理和计算。通过仿真，实际重量与HX711中读取的重量值一致。读取程序正确。

4.2　计算程序仿真分析

计算程序包括重量计算和金额计算。重量计算：W=(data-data0)K(W为显示重量，data为HX711中读取值，K为比例系数，data0为修正值)。本次仿真试验K=0.001746，data0=169640。金额计算：金额=W(显示重量)×单价。以表3中第一行数据为例：W(重量)=(03765EH-169640)×0.001746=100g=0.100kg；金额=0.100×0.3=0.03元。从表3中可知计算的结果与实际相符。