CN108489579A - 一种料仓电子秤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种料仓电子秤，包括：电源模块和沿信号传输方向依次设置的信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器、单片机以及智能仪表RS485，通过设置多个信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，将采集到的信号发送给多路同步采集器，实现传感器信号的同步采集。本发明能够电连接接1～4个传感器，可对料仓的各测量点进行同步测量，通过单片机的智能运算，最终求得仓料准确值(误差≤1％)，能够提高测量的效率和准确性。

Description

一种料仓电子秤

技术领域

本发明涉及称量工具技术领域,具体地说是一种料仓电子秤。

背景技术

料仓电子秤主要用于散状固体或流体物料的称重计量、定量配料或料位控制环节，在水泥、化工以及制造行业常用仓式秤进行定量喂料或配料。一台仓式秤常由几台传感器组成，传感器放置在料仓的侧面，整个仓料的重量有这几个传感器负重，物料的总重量是各传感器输出信号的总和。

现有技术中，对于静止的标准秤或标准仓，在实际称重过程中，多数厂家为方便安装使用，将1～4个传感器安装在料仓的不同位置，然后将传感器的信号一起接到数据采集模块或数据采集卡上，数据经PLC或上位机获取，最后将这几个传感器的信号和进行累计后作为仓料重总和。但在仓料下料过程中，由于物料的冲击，仓会引起震动和摆动，各传感器的信号在发生动态变化，如果不是同步采集则获取数据总和与实际不符，误差也是变化不定，但同步采集难以实现，因此为解决几个传感器共同负重以及同步测量，常规的方法是将各传感器进行串联或并联后再进行测量。

然而，将传感器并联或串联后进行测量不仅需要进行二次开发对测量设备的软硬件进行修正，而且料仓的高频振动谐波没法消除，影响了测量的效率和准确性。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种料仓电子秤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种料仓电子秤，包括：沿信号传输方向依次设置的信号采集模块、多路模拟开关、同步采集器、单片机以及智能仪表RS485，其中，所述信号采集模块包括电阻应变片单元、电压单元和电荷单元，用于接受不同类型的信号；所述多路模拟开关还与所述单片机电连接，用于对所述信号采集模块采集的不同类型的信号进行处理；所述同步采集器用于同步采集多个传感器的数值；所述单片机用于对同步采集到的信号进行智能处理；所述智能仪表RS845 的输出端与上位机电连接。

优选地，所述多路模拟开关和同步采集器之间沿信号传输方向还设置有滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，其中，所述滤波电路用于滤除信号中的高低频干扰信号；所述调零调满电路用于修正信号采集的比例系数；所述增益放大模块用于对不同信号的放大倍数进行调整。

优选地，所述增益放大模块包括数字电位器和差分放大单元，其中，所述差分放大单元的输入端和输出端分别电连接所述调零调满电路的输出端和同步采集器的输入端；所述数字电位器的输入端和输出端分别电连接所述单片机和差分放大单元，用于控制所述差分放大单元的放大倍数。

优选地，还包括电源模块，所述电源模块为8-36V直流电源，所述电源模块通过两条并联支路分别对所述智能仪表RS485以及所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机进行供电，其中，所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机均并联于所述电源模块供电支路中。

优选地，所述电源模块对所述智能仪表RS485供电的支路中设置有降压 MC33063芯片，用于将所述电源模块的输出电压调整为正5V。

优选地，所述电源模块对所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机进行供电的支路中设置有电源隔离单元和三端稳压集成电路LM7805芯片和LM7809芯片，用于将所述电源模块的输出电压调整为正5V和负5V。

优选地，所述电子秤包括设置数量相同的多个所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，其中，最大设置数量等于所述同步采集器可以同步采集的信号数量。

优选地，所述多路模拟开关以及调零调满电路均包括高速CMOS差动4通道模拟多路复用器74HC4052芯片。

优选地，所述同步采集器包括4通道同步采样模数数据采集单元AD7606-4 芯片。

优选地，所述单片机包括STM8S系列单片机。

本发明的有益效果是：本发明了提供了一种料仓电子秤，通过设置多个信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，将采集到的信号发送给多路同步采集器，实现传感器信号的同步采集，本发明能够电连接接1～4个传感器，可对料仓的各测量点进行同步测量，通过单片机的智能运算，最终求得仓料准确值(误差≤1％)，能够提高测量的效率和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种料仓电子秤的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种料仓电子秤的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的基准恒流源电路的电连接示意图；

图4为本发明实施例提供的多信号传感器输入电路的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的滤波电路以及调零调满电路的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的可编程增益放大器的连接示意图；

图7为本发明实施例提供的同步采集器电路的连接示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

参见图1，为本发明实施例提供的一种料仓电子秤的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的料仓电子秤，包括：沿信号传输方向依次设置的信号采集模块、多路模拟开关、同步采集器、单片机以及智能仪表RS485。

所述信号采集模块直接与设置在料仓上的传感器电连接，因为设置在料仓上的传感器输出信号类型有多种，包括电阻应变片信号、电压信号以及电荷信号，因此，信号采集模块包括电阻应变片单元、电压单元和电荷单元，用于接受不同类型的信号。信号采集模块将采集到的信号发送给多路模拟开关，但是由于各种不同类型的信号不一定满足多路模拟开关的要求，因此，在电阻应变片单元设置桥电路，对电阻应变片信号进行滤波，在电荷电源设置电荷放大电路，将电荷信号进行放大，从而使其能通过多路模拟开关。

所述多路模拟开关还与所述单片机电连接，所述多路模拟开关接受信号采集器采集到的传感器信号，在单片机的在控制下最不同类型的信号进行处理，然后将处理后的信号发送给同步采集器。

所述同步采集器可以同步采集多个传感器的数值，由于信号的同步采集，保证了最后测量的准确性，根据实际测量时设置的传感器的数量为1-4个，因此同步采集器采用4通道同步采集器，保证可以最大同时采集4个传感器的采集信号，在本发明的一种实施例中所述同步采集器采用4通道同步采样模数数据采集单元AD7606-4芯片，

所述单片机通过控制多路模拟开关对同步采集到的信号进行智能处理，由于进入多路模拟开关的信号类型不同，需要进行的相应处理要不同，因此，通过设置单片机对控制多路模拟开关对不同的信号进行相应的处理，由于本发明的应用领域外部干扰较大，因此，在本发明的一种实施例中所述单片机采用 STM8S系列单片机，具体型号不做限制，由用户根据需要自行选定。

所述智能仪表RS845的输出端与上位机电连接，RS845设置有标准的串行接口，可以将最后处理得到的传感器信号发送给PLC等上位机。。

参见图2，为本发明实施例提供的一种料仓电子秤的电连接示意图，如图2 所示，本发明实施例提供的料仓电子秤，在所述多路模拟开关和同步采集器之间沿信号传输方向还设置有滤波电路、调零调满电路和增益放大模块。

所述滤波电路用于滤除信号中的高低频干扰信号，料仓在下料的过程中会产生高频振动从而产生的高频干扰信号会影响传感器信号的处理，同事传感器信号在经过多重处理之后会携带部分电路的干扰信号，为了保证最后测量结果的准确性设置了滤波电路。由于本发明的一种实施例中同步采集器采用 AD7606-4芯片，其采集到的信号为数字信号，抗干扰能力强，因此，将滤波电路设置于多路模拟开关和同步采集器之间。

讲过滤波之后的信号经过所述调零调满电路和增益放大模块发送给同步采集器，其中，调零调满电路定时进行调零和调满校准，用于修正信号采集的比例系数，当进行调零时，信号采集比例为0％，当进行调满时，信号采集比例为80％。本发明实施例中，调零调满电路通过多路开关实现，为了便于连接电路和购买器材，所述多路模拟开关以及调零调满电路均采用高速CMOS差动4通道模拟多路复用器74HC4052芯片。

所述增益放大模块包括数字电位器和差分放大单元，用于对不同信号的放大倍数进行调整，其中，所述差分放大单元的输入端和输出端分别电连接所述调零调满电路的输出端和同步采集器的输入端；所述数字电位器的输入端和输出端分别电连接所述单片机和差分放大单元，通过单片机的控制数字电位器的阻值大小，从而控制所述差分放大单元的放大倍数。

所述电源模块与各组件电连接，由于本发明提供的电子秤中各组件均为电子器件，因此需要外加电源来保证各组件的正常工作，其中，外加电源选用8-36V 的直流电源，但是，由于各组件对于电压的要各不相同，将电源模块分为两条并联支路，其中一条支路对智能电表RS485进行供电，由于本发明中的电源模块采用8-36V的直流电源，而RS485的正常工作电压要求为5V，因此在电源模块和RS485之间设置减压MC33063芯片，用于所述电源模块的输出电压调整为正5V，从而供RS485正常工作。

电源模块的另一条支路用于对所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机进行供电，因为各，组件之间独立工作，而对于电压幅值的要求相同但某些组件的相位要求不同，因此，所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机均并联于所述电源模块供电支路中，从而，只需要将电源模块的输出电压调整为相位不同当幅值相同的两个电压就可以是整个电子秤的个组件正常工作。为了将电源模块的输出电压调整满足各组件工作要求的电压大小，在电源模块和各组件之间设置有电源隔离单元和三端稳压集成电路LM7805芯片和LM7809芯片，其中，电源隔离单元采用27D-05D09RNL芯片，将电源模块的输出电压调整为正9V和负9V，然后再，通过LM7805芯片和 LM7809芯片将其调整为正5V和负5V的电压，从而对个组件进行供电。

为进一步描述本发明，现对本发明的主要电路连接结构进行说明，参见图3，为本发明实施例提供的基准恒流源电路的电连接示意图，电阻应变片单元的桥电路在工作是需要有恒流电流进行供电，为了产生可以正常工作的恒流电流，本发明实施例中采用了基准恒流源电路，如图3所示，本发明实施例采用的基准恒流源电路包括基准电路和恒流源电路，基准电路采用REF2925芯片，连接电源模块调整后的正5V电压，恒流源电路采用DPA335芯片，通过外加电路与 REF2925芯片电连接，为了保证DPA335芯片正常工作还需外加正5V电压，此电压可以连接电源模块调整后的正5V电压也可以另外连接，DPA335芯片对电流进行调整后输出1mA的恒流电流，提供给电阻应变片单元的桥电路。

参见图4，为本发明实施例提供的多信号传感器输入电路的连接示意图，图 4示出了信号采集单元的电路连接情况，传感器信号通过传感器输入信号通道输入信号采集模块，如果是电阻应变片信号则通过应变片信号滤波电路即电阻应变片单元的桥电路进行滤波，滤波之后的电阻应变片信号进入多路模拟开关 74HC4052芯片的Y0，X0管脚；如果是电压信号则直接进入74HC4052芯片的Y1， X1管脚；如果是电荷信号则通多电荷放大电路放大后进入74HC4052芯片的Y2， X2管脚，本发明实施例中，电荷放大电路通过AD8601芯片实现，其电路连接结构为图4中的集成运放部分。

参见图5，为本发明实施例提供的滤波电路以及调零调满电路的连接示意图，如图5所示，经过滤波的信号进入74HC4052芯片的Y0，X0管脚，从而进入调零调满电路；74HC4052芯片的Y1，X1管脚定义为调零输入电路；Y2，X2 管脚定义为电阻应变片信号调满电路；Y3，X3管脚定于为电压、电荷信号调满电路，同时参见图2，本发明实施例通过将Y1，X1管脚、Y2，X2管脚以及Y3， X3管脚连接至外部校准电路从而实现对本发明的调零调满校准。

参见图6，为本发明实施例提供的可编程增益放大器的连接示意图，如图6 所示，增益放大模块中的差分放大单元采用AD620芯片，AD620将所有经过处理后的信号进行放大。AD620的放大电阻通过数字电位器控制，本发明实施例中的数字电位器才用X9C104芯片，X9C104位100阶的10KΩ数字电位器，与单片机连接后可通过编程控制使3个管脚输出相应的电阻，从而改变放大倍数。

参见图7，为本发明实施例提供的同步采集器电路的连接示意图，如图4所述，本发明实施例中的同步采集器采用同步采集芯片AD7606-4，该芯片是4通道同步采样模数数据采集***(DAS)，内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、采样保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近模数转换器(ADC)、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口，通过V1-V4 通道同步多路传感器数据，并通过输出通道与单片机串联。

本发明不再对各芯片正常工作时所需的其余外部电路进行说明，具体电路连接可参考各芯片对应的使用手册或相关数据文档。

本发明实施例可以同时采集多个传感器的采集信号，因此，每个传感器需要对应一组信号采集模块，而每组信号采集模块需要对应设置一组多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，因此，本发明实施例在使用时需要设置数量相同的信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，最大设置数量等于所述同步采集器可以同步采集的信号数量。例如，以4个传感器为例，在使用本发明时需要将信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块均设置为4组，从而形成4条信号传输处理支路，每组支路之间的信号传输处理互不干扰，仅在增益放大模块的输出端汇集到同步采集器的4个采集端口，通过同步采集器的同步采集功能实现传感器信号的同步采集。

本发明实施例在使用时，首先需要将1-4个传感器均匀设置在料仓四周，然后将传感器的信号输出连接到本发明实施例的信号采集模块，并将RS485的输出端连接到上位机的RS485串口上；其次，将料仓清空，在上位机上设置传感器的种类和个数，同时将各通道采集的传感器信号强制为零，进行调零操作；向料仓中慢慢添加物料，调节数字电位器，让采集的数据最大，进行调满操作，然后即可进行料仓的自行测量。

本发明了提供了一种料仓电子秤，通过设置多个信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，将采集到的信号发送给多路同步采集器，实现传感器信号的同步采集，本发明能够电连接接1～4个传感器，可对料仓的各测量点进行同步测量，通过单片机的智能运算，最终求得仓料准确值(误差≤1％)，能够提高测量的效率和准确性。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种料仓电子秤，其特征是，包括：沿信号传输方向依次设置的信号采集模块、多路模拟开关、同步采集器、单片机以及智能仪表RS485，其中，所述信号采集模块包括电阻应变片单元、电压单元和电荷单元，用于接受不同类型的信号；所述多路模拟开关还与所述单片机电连接，用于对所述信号采集模块采集的不同类型的信号进行处理；所述同步采集器用于同步采集多个传感器的数值；所述单片机用于对同步采集到的信号进行智能处理；所述智能仪表RS845的输出端与上位机电连接。

2.根据权利要求1所述的料仓电子秤，其特征是，所述多路模拟开关和同步采集器之间沿信号传输方向还设置有滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，其中，所述滤波电路用于滤除信号中的高低频干扰信号；所述调零调满电路用于修正信号采集的比例系数；所述增益放大模块用于对不同信号的放大倍数进行调整。

3.根据权利要求2所述的料仓电子秤，其特征是，所述增益放大模块包括数字电位器和差分放大单元，其中，所述差分放大单元的输入端和输出端分别电连接所述调零调满电路的输出端和同步采集器的输入端；所述数字电位器的输入端和输出端分别电连接所述单片机和差分放大单元，用于控制所述差分放大单元的放大倍数。

4.根据权利要求2所述的料仓电子秤，其特征是，还包括电源模块，所述电源模块为8-36V直流电源，所述电源模块通过两条并联支路分别对所述智能仪表RS485以及所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机进行供电，其中，所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机均并联于所述电源模块供电支路中。

5.根据权利要求4所述的料仓电子秤，其特征是，所述电源模块对所述智能仪表RS485供电的支路中设置有降压MC33063芯片，用于将所述电源模块的输出电压调整为正5V。

6.根据权利要求4所述的料仓电子秤，其特征是，所述电源模块对所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路、增益放大模块、同步采集器以及单片机进行供电的支路中设置有电源隔离单元和三端稳压集成电路LM7805芯片和LM7809芯片，用于将所述电源模块的输出电压调整为正5V和负5V。

7.根据权利要求2-6任一所述的料仓电子秤，其特征是，所述电子秤包括设置数量相同的多个所述信号采集模块、多路模拟开关、滤波电路、调零调满电路和增益放大模块，其中，最大设置数量等于所述同步采集器可以同步采集的信号数量。

8.根据权利要求7所述的料仓电子秤，其特征是，所述多路模拟开关以及调零调满电路均包括高速CMOS差动4通道模拟多路复用器74HC4052芯片。

9.根据权利要求7所述的料仓电子秤，其特征是，所述同步采集器包括4通道同步采样模数数据采集单元AD7606-4芯片。

10.根据权利要求7所述的料仓电子秤，其特征是，所述单片机包括STM8S系列单片机。