一種快速高精度的稱重儀及其檢測方法與流程

本發明涉及一種稱重設備，特別是一種快速高精度的稱重儀及其檢測方法。

背景技術：

現有的高速秤、組合秤等高速計量稱重設備的檢測被測物體的重量信號的方式基本均采用專用的稱重芯片，如tiadi7190cs5532等，稱重傳感器連接必須連接相應的專用的稱重芯片，通過這些專用的稱重芯片對稱重信號直接進行轉換，由于輸入信號是由傳感器直接輸出，傳感器輸出的信號非常微弱，因此在干擾方面存在比較明顯的缺陷，表現在數據采集不穩定、零漂、重復性差等缺陷。

同時，各類專用的稱重芯片一般只針對被測物體為特定的材料進行設計，專用的稱重芯片內設置有固定且具體的參數，此參數則影響了輸入信號在稱重芯片中增益、濾波的處理，例如一般的稱重芯片在對輸入信號處的增益時使用有限制的(2的n次方)軟件放大，每款專用的稱重芯片對應特定材料對應，測量不同材料的重量，需要相應配置對應的稱重設備，導致其應用范圍受到極大的限制，在實際操作中測量速度緩慢，使得處理的數據結果無法滿足高速、高精度高穩定性的要求。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種快速高精度的稱重儀及其檢測方法。

本發明采用的技術方案是：

一種快速高精度的稱重儀，包括至少一個用于檢測被測物體重量信號的電橋式的稱重傳感器、至少一個電源模塊、至少一個低通濾波器、至少一個信號放大器、主控模塊、通訊輸出端，電源模塊對接入的外部電源進行變換以為稱重傳感器、主控模塊供電，稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器、主控模塊依次電性連接，該主控模塊通過通訊輸出端向外部設備輸出經過低通濾波以及信號放大后的重量信號。

所述稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器包括有三組，每組稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器對應依次連接并且每組的信號放大器與主控模塊電性連接以將重量信號輸入到主控模塊中。

所述電源模塊包括降壓電路以及恒流源電路，所述降壓電路的輸入端與外部電源電性連接，并且將輸入的電壓降壓處理后為主控模塊供電，同時降壓電路的輸出端與恒流源電路的輸入端電性連接，恒流源電路用于調制恒定電流以為稱重傳感器供電。

所述恒流源電路包括比較器u5，該比較器u5的輸入端與降壓電路的輸出端電性連接，該比較器u5的輸出端與稱重傳感器電性連接，該比較器u5的反饋端與比較器u5的輸出端電性連接以保持電流的恒定。

所述主控模塊包括主控芯片、分別與主控芯片、信號放大器電性連接的a/d轉換電路、儲存有用于指導主控芯片對輸入的重量信號進行處理的若干種濾波函數模式的存儲模塊，該主控芯片分別與存儲模塊、通訊輸出端電性連接。

所述主控模塊還包括用于選取存儲模塊中濾波函數模式的選擇模塊，該選擇模塊與主控芯片電性連接。

一種快速高精度的稱重儀的檢測方法，包括至少一個用于檢測被測物體重量信號的電橋式的稱重傳感器、至少一個電源模塊、至少一個低通濾波器、至少一個信號放大器、主控模塊、通訊輸出端，電源模塊為稱重傳感器、主控模塊供電，稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器、主控模塊、通訊輸出端依次電性連接，稱重傳感器檢測被測物體重量信號，輸入到低通濾波器進行硬件濾波處理以及輸入到信號放大器進行信號放大處理后輸出到主控模塊中，主控模塊對輸入的重量信號進行軟件濾波處理后通過通訊輸出端向外部設備輸出。

所述稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器包括有三組，每組稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器對應依次連接并且每組的信號放大器與主控模塊電性連接以將重量信號輸入到主控模塊中，主控模塊接收每組信號放大器傳輸來的重量信號并且對每組的重量信號進行軟件濾波處理，再將經過軟件濾波處理后的重量信號通過通訊輸出端向外部設備輸出。

所述主控模塊包括主控芯片、分別與主控芯片、信號放大器電性連接的a/d轉換電路、儲存有用于指導主控芯片對輸入的重量信號進行處理的若干種濾波函數模式的存儲模塊、選取存儲模塊中濾波函數模式的選擇模塊，該主控芯片分別與存儲模塊、選擇模塊、通訊輸出端電性連接，選擇模塊發送選取信號到主控芯片選取存儲模塊中的濾波函數模式，主控芯片接收重量信號并且以選取的濾波函數模式對重量信號進行軟件濾波處理，再將經過軟件濾波處理后的重量信號通過通訊輸出端向外部設備輸出。

所述濾波函數模式包括巴特沃斯低通濾波模式和/或中位值濾波模式和/或算術平均濾波模式和/或遞推平均濾波模式和/或中位值平均濾波模式和/或一階滯后濾波模式和/或加權遞推平均濾波模式和/或消抖濾波模式和/或低通數字濾波模式。

本發明的有益效果：

本發明稱重儀，電源模塊、稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器、主控模塊依次電性連接，稱重傳感器采用電橋式傳感器，檢測被測物體的重量信號，將微弱的重量信號經過低通濾波器的濾波處理，并且經過信號放大器的放大，使得重量信號更快速、精準地輸入到主控模塊中進行處理，當有多組信號輸入時，有利于主控模塊進行判斷處理。

此處的電源模塊中包括恒流源電路為稱重傳感器供電，避免了外部電源的波動或干擾而導致的稱重傳感器輸入錯誤數據。

在檢測方法中，存儲模塊中儲存有若干種濾波函數模式，本設計先對稱重傳感器輸入的重量信號進行硬件濾波處理，輸入到主控芯片后根據濾波函數模式再對重量信號進行軟件濾波處理，使得最終輸出的重量結果更加穩定可靠。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步的說明。

圖1是本發明稱重儀的原理圖。

圖2是本發明主控模塊的電路圖。

圖3是本發明電源模塊的電路圖。

圖4是本發明稱重傳感器、低通濾波器、信號放大器的電路圖。

圖5是本發明稱重儀檢測流程圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本發明稱重儀，包括至少一個用于檢測被測物體重量信號的電橋式的稱重傳感器1、至少一個電源模塊2、至少一個低通濾波器3、至少一個信號放大器4、主控模塊5、通訊輸出端6，電源模塊2對接入的外部電源進行變換以為稱重傳感器1、主控模塊5供電，稱重傳感器1、低通濾波器3、信號放大器4、主控模塊5依次電性連接，該主控模塊5通過通訊輸出端6向外部設備輸出經過低通濾波以及信號放大后的重量信號，此處通訊輸出端6可以向顯示屏等外部設備輸送重量信息。

其中，本設計可以采用由一個稱重傳感器1、一個低通濾波器3、一個信號放大器4組成一組信號輸入，本設計的優選實施方式可以是稱重傳感器1、低通濾波器3、信號放大器4包括有三組，每組稱重傳感器1、低通濾波器3、信號放大器4對應依次連接并且每組的信號放大器4與主控模塊5電性連接以將重量信號輸入到主控模塊5中，本設計可以一次性對多組被測物體進行稱量，稱量更快速，可以大大降低成本，縮小設備的體積。

電源模塊2、稱重傳感器1、低通濾波器3、信號放大器4、主控模塊5依次電性連接，稱重傳感器1采用惠斯通電橋式傳感器，檢測被測物體的重量信號，將微弱的重量信號經過低通濾波器3的濾波處理，并且經過信號放大器4的放大，使得重量信號更快速、精準地輸入到主控模塊5中進行處理，當有多組信號輸入時，有利于主控模塊5進行判斷處理。

在電源模塊2上，如圖3所示，電源模塊2包括降壓電路21以及恒流源電路22，所述降壓電路21的輸入端與外部電源電性連接，并且將輸入的電壓降壓處理后為主控模塊5供電，同時降壓電路21的輸出端與恒流源電路22的輸入端電性連接，恒流源電路22用于調制恒定電流以為稱重傳感器1供電，此處的電源模塊2中包括恒流源電路22為稱重傳感器1供電，避免了外部電源的波動或干擾而導致的稱重傳感器1輸入錯誤數據。

此處的降壓電路21可采用降壓芯片實現，本設計降壓電路21外接9v電壓，將9v電壓降到5v電壓后輸入到恒流源電路22，同時載將5v電壓降到3.3v為主控模塊5供電，恒流源電路22包括比較器u5，該比較器u5的輸入端與降壓電路21的輸出端電性連接，該比較器u5的輸出端與稱重傳感器1電性連接，該比較器u5的反饋端與比較器u5的輸出端電性連接以保持電流的恒定，此處的5v輸入恒流源電路22前還可以用穩壓管d1進行穩壓。

如圖4所示，稱重傳感器1(惠斯通電橋式)工作原理是當傳感器外部受力或發生形變時，其電橋因外部壓力或形變發生阻值變化，這種阻值的變化導致電橋不再平衡，當電橋外部因恒流源電路22激勵，將會產生一個輸出電壓。vo＝irg，vo是輸出電壓，i是電流，rg為電橋電阻改變量。

通過上述公式可知，輸出電壓與供電電壓沒有任何關系，因此i是恒定值，所以輸出電壓與電阻改變量成嚴格的正比關系。

低通濾波器3通過電容r10、r11、c14、c15過濾外部干燥的噪聲，使用lc低通濾波電路，主要用于傳感器輸出信號的濾波，濾除高頻干擾成分使稱重傳感器1輸入到信號放大器4的信號為真實信號，使外部干擾信號對信號的影響降到最低，信號放大器4通過硬件ad620或ad623等儀表級精密放大，儀表級低噪聲精密運放，用于將傳感器輸出的微弱的電壓信號進行放大，放大倍數可以根據傳感器的參數進行設計，選用不同的精密反饋電阻，使放大增益達到最佳值，其中本設計優選可使其滿量程輸出達到2v，同時避免了使用稱重專用芯片的增益限制為2的n次方的軟件放大，使得結果更精確。

如圖1所示，主控模塊5包括主控芯片51、分別與主控芯片51、信號放大器4電性連接的a/d轉換電路52、儲存有用于指導主控芯片51對輸入的重量信號進行處理的若干種濾波函數模式的存儲模塊53，該主控芯片51分別與存儲模塊53、通訊輸出端6電性連接。

主控模塊51還包括用于選取存儲模塊53中濾波函數模式的選擇模塊54，該選擇模塊54與主控芯片51電性連接，此處的選擇模塊54可以是提供用戶進行操控的功能按鍵。

主控模塊51還包括用于選取存儲模塊53中濾波函數模式的選擇模塊54，該選擇模塊54與主控芯片51電性連接。

本設計的檢測方法如下：如圖5所示，稱重傳感器1檢測被測物體重量信號，輸入到低通濾波器3進行硬件濾波處理以及輸入到信號放大器4進行信號放大處理后輸出到主控模塊5中，主控模塊5對輸入的重量信號進行軟件濾波處理后通過通訊輸出端6向外部設備輸出。

倘若有多組的輸入，每組稱重傳感器1、低通濾波器3、信號放大器4對應依次連接并且每組的信號放大器4與主控模塊5電性連接以將重量信號輸入到主控模塊5中，主控模塊5通過不同的串口分別接收每組信號放大器4傳輸來的重量信號并且對每組的重量信號進行軟件濾波處理，再將經過軟件濾波處理后的重量信號通過通訊輸出端6向外部設備輸出。

用戶可以通過選擇模塊54發送選取信號到主控芯片51選取存儲模塊53中的濾波函數模式，主控芯片51接收重量信號并且以選取的濾波函數模式對重量信號進行軟件濾波處理，再將經過軟件濾波處理后的重量信號通過通訊輸出端6向外部設備輸出。

本設計的濾波函數模式包括巴特沃斯低通濾波模式和/或中位值濾波模式和/或算術平均濾波模式和/或遞推平均濾波模式和/或中位值平均濾波模式和/或一階滯后濾波模式和/或加權遞推平均濾波模式和/或消抖濾波模式和/或低通數字濾波模式。

其中，中位值濾波模式為：連續采樣n次(n取奇數)，把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。

算術平均濾波模式為：連續取n個采樣值進行平均運算，n值較大時，信號平滑度較高，但靈敏度較低；n值較小時，信號平滑度較低，但靈敏度較高。

遞推平均濾波模式為：把連續取n個采樣值看成一個隊列，隊列的長度固定為n，每次采樣到一個新數據放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次數據(先進先出),把隊列中的n個數據進行算術平均運算，就可獲得新的濾波結果。

中位值平均濾波模式為：相當于中位值濾波+算術平均濾波，連續采樣n個數據，去掉一個最大值和一個最小值，然后計算n-2個數據的算術平均值。

一階滯后濾波模式為：取a＝0-1，本次濾波結果＝(1-a)*本次采樣值+a*上次濾波結果。

加權遞推平均濾波模式：對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權，通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大，給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低。

消抖濾波模式為：設置一個濾波計數器，將每次采樣值與當前有效值比較，如果采樣值＝當前有效值，則計數器清零，如果采樣值大于或小于當前有效值，則計數器+1，并判斷計數器是否大于或等于上限n(溢出)，如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數器。

低通數字濾波模式為：一階滯后濾波，第n次采樣后濾波結果輸出值是(1-a)乘第n次采樣值加a乘上次濾波結果輸出值。

以上所述僅為本發明的優先實施方式，本發明并不限定于上述實施方式，只要以基本相同手段實現本發明目的的技術方案都屬于本發明的保護范圍之內。