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基于MSP430的动态称重系统研究

编辑:金沙官网        发布日期:2018-06-27        点击量:880

本文主要先容一种基于MSP430的动态称重系统的结构和实现方法,重点从硬件上对其进行设计和分析,并给出App流程图。校准证书是指仅对数字压力表进行计量校准,不是法定要求。

动态称重是现代称重领域的一项重要技术,在多个领域的生产过程和控制系统中都起着举足轻重的作用。本文所设计的称重系统是一种高精度、高灵敏度的智能系统,它抗干扰能力强,可以应用在电梯等动态称重系统中。

基于MSP430的动态称重系统研究

硬件设计

动态称重系统的测量过程是:称重传感器将压力信号转换成微弱的模拟信号,该信号通过放大器及A/D转换的处理送入单片机,单片机将处理后的数据作为测量结果送LCD显示。本文所设计的动态称重系统,采用MSP430F149作为MCU,在A/D转换器方面采用Σ-△型A/D转换器AD7705,在显示方面采用LCD显示器。系统框图如图1所示。

1.霍尔传感器

霍尔传感器是将霍尔元件、放大器、温度补偿器及稳压电路集成在一个芯片上,它基于霍尔磁效应,可以将磁场磁通量的变化转化成为线性的电压信号输出。根据霍尔效应原理,霍尔电压VH的大小与电流I和磁感应强度B的乘积成正比关系,并与元件的灵敏度有关。若使控制电流I固定,则VH与B成比例变化。当霍尔传感器在一个均匀梯度磁场中移动时,元件所输出的电压变化就能反映出位移的情况。

霍尔传感器在应用于称重变送装置时,因受重而产生形变,磁体和霍尔传感器之间产生位移,引起霍尔传感器感应的磁场磁通量变化,从而产生相应的线性电压输出,进而获得载重、位移与电压的对应关系。 

2.A/D转换器

称重传感器输出的模拟信号需要经过前置处理,进行A/D转换。称重传感器输出的表示重量的电信号是一种频率比较低的模拟信号。因此,本系统对A/D转换器的转换速度要求不高,但对A/D转换器的精度要求比较高,它直接影响测量的准确度。本设计采用的A/D转换器AD7705B是由AnalogDevices推出的16位Σ-△型A/D转换器。AD7705B是一款性能优越的ADC,非常适合于称重等精密测量应用。AD7705B具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声、低电压、低功耗等优点,其增益和数据输出更新率均可编程设定,还可以选择输入模拟缓冲器,以及自校准和系统校准方式方法,工作电压3V或5V,3V电压时最大功耗1mw,等待模式下电源电流仅为8uA。

由于内部包含了信号调理电路,并且是串行接口,所以使电路大大简化提高了系统整体性能,同时也节省了空间。随着成本进一步降低,该电路在各个需要精密测量的领域中都有广泛的应用。

本系统直接将传感器信号接入A/D转换器,基准电源(2.5V)可以采用MC1403D,电路中通过外接2.4576MHz晶振为AD7705B提供主时钟信号。AD7705采用SPI/QSPI兼容的三线串行接口,可以很方便与MCU相连。

3.单片机的选择

低功耗和小型化是一直困扰着便携式产品发展的首要难题,要想实现超低功耗,首先要选择具有超低功耗的单片机。在本系统中,大家选择了TI的MSP430F149单片机。这款单片机是一个超低功耗类型的16位单片机,它采用了RISC内核结构,特别适合于应用电池的场合或手持设备。同时,这款单片机将大量的外围模块(如液晶驱动器、看门狗、A/D转换器、硬件乘法器、模拟比较器等)集成到片内,特别适合于设计片上系统。MSP430系列单片机有以下这些主要特点。

1)超低功耗

MSP430系列单片机电源电压1.8V~3.6V,待机电流小于1uA,在RAM数据保持方式方法时耗电仅0.1uA,在活动模式时耗电250uA/MIPS。确认合格的校准证书,校准后的仪器如果判定合格后(严格意义校准是只出数据的),建议的校准周期为基本都是一年。该单片机具有独特的时钟系统设计,包括两个不同的时钟系统,同时还可以根据运行时使用的功能模块不同,而采用不同的工作模式,芯片的功耗也存在明显的差异。

2)强大的处理能力

采用精简指令集(RISC)结构,1个时钟周期可以实行1条指令,使MSP430在8MHz晶振工作时,指令速度可达8MIPS。

3)高性能模拟技术及丰富的片上外围模块

根据型号不同,整合了许多功能模块,如ADC、DAC、比较器、LCD、电源电压监控(SVS)、串行通信(UART、SPI)、定时器A(B)、看门狗计时器(WDT)、硬件乘法器(MPY)、DMA控制器、端口1-8、基本定时器等。

4)系统工作稳定

上电复位后,首先由DCO_CLK启动CPU,以保证程序从正确的位置开始实行,保证外接的晶振有足够的起振及稳定时间。如果晶振在用作CPU时钟MCLK时发生故障,DCO会自动启动,以保证系统正常工作。另外,该单片机均为工业级器件,运行稳定、可靠。

5)方便高效的开发环境

大部分具有十分方便、低价、实用的开发调试环境,因为片内集成有JTAG调试接口,不需要专用仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言,集成开发环境是IAR的EW430 V3.42和TI的CCE。

4.液晶的选择

液晶显示器件与LED相比,具有工作电压低、功耗低、显示信息量大、寿命长等优点。因此,在移动通信、仪器设备设备仪表、电子设备和家用电器等方面有着日益广泛的应用。液晶用于显示测量重量,不需要选择高端液晶,一方面节约成本,另一方面也便于系统的小型化。所以,选用了液晶EL1602,它具有以下特性:电参(VDD=5.0V+10%,VSS=0V,T A=25C);显示内容:1 6字符x 2行;字符点阵:5x8点;驱动方式方法:1/16D。液晶EL1602与单片机接口十分方便。其引脚3是用于液晶显示的对比度调节,引脚15用于背光亮度的调节。

App设计

动态称重系统是一种硬件与App相结合的技术,App是控制系统的工具,为了增加App的可读性,清楚的表达设计思路,应尽量使程序模块化。系统编程采用了C语言,主要包括LCD驱动程序、A/D转换程序、数据处理等。

结语

本文设计的动态称重系统以MSP430单片机为核心,并充分结合其它外围芯片器件的功能,可以快速准确的进行称重测量,同时利用霍尔磁效应的非接触性,使该系统又具有不易磨损、寿命长、精度高的特点,可以应用于称重、位移测量等领域。重庆计量校准是指一些电子仪器用来校对和测量的基本功能。


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