基于DSP的电子皮带秤称重系统的研究

摘要

随着传感器技术、电子仪表技术的发展，称重技术得到了迅速发展，称重方式由传统的杠杆式机械称量发展到数字式智能称量，尤其是快速动态称重有了很大发展。称重装置的研究与开发也进入了一个新的阶段。人们采用新技术，应用数字信号处理芯片，开发各种自动称重系统与装置，以提高动态称重的准确度。电子皮带秤等衡器更是作为一种新兴的高技术产业而受到世界各国的普遍关注，进一步采用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。我国的衡器产业已初具规模，但高档次衡器产品技术水平落后，积极开发具有自主知识产权的高档次衡器产品对发展我国的衡器产业具有重要意义。
　　 本文首先对电子皮带秤称重系统整体结构、工作原理进行分析；然后介绍了电子皮带秤的机械部分设计，称重系统电子电路中的硬件设计和软件设计，最后介绍了应用MATLAB、SAS软件进行数据分析和仿真以及FIR数字滤波算法和应用。
　　 整个系统使用压力传感器采集粮食的重量信号，通过运算放大器放大信号，TMS320F2812对采集的重量信号进行A/D转换，FIR数字滤波计算，通过CAN总线传输数据，最后在显示屏上显示转换的数字量、称量的重量、时间等信息。硬件设计中分为机械结构和电子控制两部分，机械结构中主要介绍减速电机、变频器的用法和工作原理；在电子控制部分，介绍了称重传感器原理，运算放大器放大电路，核心控制单元采用TI公司的DSP2000系列芯片TMS320F2812作为主控单元，数据传输基于CAN总线完成。软件部分着重介绍整个系统的整体程序流程图以及FIR数字滤波器、A/D校正以及CAN总线等各个模块的流程图。在数字滤波方面采用FIR滤波算法，根据DSP芯片的特点，采用汇编语言和C语言混合编程方式完成FIR滤波算法在DSP芯片TMS320F2812上的实现。在数据分析上采用MATLAB数学软件和SAS线性回归软件对采集到的数据进行分析并建立称重模型。称重模型包括静态称重模型和动态称重模型，称重模型通过试验验证模型的正确性。最后通过调试系统，对整个系统的误差来源进行分析，并提出改进方法，为以后系统的不断完善奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

1 引言

1.1 研究的目的和意义

1.2 电子皮带秤种类及其国内外发展概况

1.2.1 电子皮带秤种类

1.2.2 国外发展概况

1.2.3 国内发展概况

1.2.4 电子皮带秤发展趋势

1.3 研究的主要内容

2 系统设计方案

2.1 皮带秤机械部分设计方案

2.1.1 皮带秤机械部分简介

2.1.2 电子皮带秤的安装与调试

2.1.3 减速电机的选择

2.1.4 变频器的选择

2.1.5 输送带的选择

2.2 电子称重系统总体设计方案

2.3 本章小结

3 称重系统硬件设计

3.1 系统功能及总体结构

3.2 称重传感器的工作原理和选择

3.2.1 传感器概念

3.2.2 传感器的工作原理

3.2.3 传感器的选择

3.3 运算放大电路

3.4 DSP最小系统设计

3.4.1 TMS320F2812芯片介绍

3.4.2 TMS320F2812模数转换器（ADC）

3.4.3 时钟电路

3.4.4 JTAG边界扫描接口的设计

3.4.5 看门狗

3.4.6 存储器扩展

3.4.7 CAN总线设计

3.5 电源电路设计

3.6 本章小结

4 称重系统软件设计

4.1 系统软件总体设计

4.2 TMS320F2812模数转换器（ADC）及其校正

4.3 FIR滤波算法

4.4 常用滤波算法

4.5 液晶屏显示

4.6 CAN总线通讯程序设计

4.6.1 CAN初始化子程序

4.6.2 CAN发送子程序

4.7 CMD配置文件

4.8 本章小结

5 称重数学模型及实验结果分析

5.1 电子皮带秤称重概述

5.2 静态称重实验

5.2.1 静态标定方法

5.2.2 静态实验数据

5.3 静态称重模型

5.3.1 MATLAB数据分析

5.3.2 SAS数据分析

5.4 动态称重原理

5.5 CCS简介及FIR滤波数据分析

5.5.1 CCS简介

5.5.2 FIR滤波器简介

5.6 本章小结

6 系统抗干扰设计

6.1 干扰的来源及后果

6.2 硬件抗干扰设计

6.2.1 电源系统的EMC设计

6.2.2 接地系统抗干扰设计

6.2.3 PCB布线规则

6.3 软件抗干扰设计

6.4 本章小结

7 结论

致谢

参考文献

附 录

附录A：系统设计方案图

附录B：实验原理图

攻读硕士学位期间发表的学术论文