０引言
在工业生产的计量领域中，电子称量系统是生产中十分重要的计量设备，传统的电子称重控制系统大多采用固定的点到点有线通信［１］，该类设备一般使用ＲＳ４８５总线进行数据传输，各种仪器仪表通过有线方式连接，这样不仅现场施工麻烦，而且费用很高。随着计算机技术和无线通信技术的发展，基于无线网络传输的计算机控制系统使用越来越多［２－３］。本文设计了一种无线港口称重远程监控系统，将嵌入式技术、无线测控技术和自动化技术有机结合起来。该系统称量精度高，实时性强，可靠性高、成本低廉，有着广泛的应用前景［４］。
１无线称重控制系统总体结构
无线称重控制系统主要由四部分组成，即电子料斗秤体、称重控制器、无线通信模块和监控计算机组成。系统总体结构如图１所示。

电子料斗秤体主要由储料斗和装有称重传感器的称量料斗两部分组成。称重控制器由前置预处理电路、显示电路和单片机通信电路等组成。无线通信模块的功能主要是进行数据的转发，在称重控制器与中央监控室内的计算机之间建立无线通信连接［５］。监控计算机通过无线通信模块采集各台称重控制器的数据并对称重控制器发送控制命令，同时对采集到的多点数据进行集中管理，实现整个称重控制系统的自动监控功能。
２系统硬件
２．１称重控制器结构
称重控制器主要由Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机、数据采集电路、输入输出部分、键盘和显示部分、通信电路五部分组成，如图２所示。

Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机资源丰富、功能完善、功耗低、体积小，是设计称重控制器的理想选择。数据采集电路包括传感器、前置放大和低通滤波电路组成，称重传感器采集的重量信号经过前置放大和滤波电路后，被送到单片机内部的１６位逐次逼近型Ａ／Ｄ转换器转换。键盘和显示电路主要完成参数的输入和数据的显示。输入输出控制电路包括光电耦合器、放大电路、继电器驱动电路，实现对外围设备的输入输出控制［６］。通信电路是将单片机输出的ＴＴＬ电平信号经过ＳＰ３２３２Ｅ芯片转换成ＲＳ２３２信号。
体积小，是设计称重控制器的理想选择。数据采集电路包括传感器、前置放大和低通滤波电路组成，称重传感器采集的重量信号经过前置放大和滤波电路后，被送到单片机内部的１６位逐次逼近型Ａ／Ｄ转换器转换。键盘和显示电路主要完成参数的输入和数据的显示。输入输出控制电路包括光电耦合器、放大电路、继电器驱动电路，实现对外围设备的输入输出控制［６］。通信电路是将单片机输出的ＴＴＬ电平信号经过ＳＰ３２３２Ｅ芯片转换成ＲＳ２３２信号。
２．２信号预处理电路
数据采集电路由称重传感器、放大滤波电路及Ｃ８０５１Ｆ０６０内的１６位Ａ／Ｄ转换器等组成。称重传感器采用电阻应变式传感器，实现将称重载荷信号转换为微弱的电压信号［７］。放大滤波电路采用ＴＩ公司的ＯＰＡ３７和ＯＰ０７组成的差分放大电路，如图３所示。文中采用ＡＤＣ０单端方式工作，参考电压ＶＲＥＦ为２．５Ｖ，则其输入电压范围为０～２．５Ｖ。

２．３键盘与显示驱动电路
用于显示和按键接口电路的驱动芯片采用ＢＣ７２８１Ｂ，它与Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机之间采用２线高速串行接口通信。使用时需要在双向数据传输线ＤＡＴ上加２０ｋΩ左右的上拉电阻，串行接口的同步时钟
ＣＬＫ由Ｃ８０５１Ｆ０６０的Ｐ２．１引脚控制。图４为显示和键盘驱动电路。

本文采用ＢＣ７２８１Ｂ扩展２０（５×４）个矩阵按键，‘行’线连接到ＢＣ７２８１的位驱动ＤＩＧ０～ＤＩＧ４，‘列’线连接到第０～７位显示的段驱动移位寄存器的输出，为了防止显示电路对键盘电路的影响，键盘矩阵与显示电路之间必须加入二极管和４．７ｋΩ的隔离电阻。本电路采用了６位数码管显示，只需对应接入一片８位的移位寄存器与ＢＣ７２８１的位驱动ＤＩＧ０～ＤＩＧ７，移位脉冲由７４ＨＣ１６４进行控制。
２．４无线通信模块接口电路
称重控制系统采用ＲＦ１１００－２３２无线收发模块，该模块内置ＴＩ公司最新的高性能ＣＣ１１０１无线通信芯片，４３３ＭＨｚ免费ＩＳＭ频段免许可证使用，低功耗工作，无障碍传输距离可达２００ｍ以上，可应用于多种场合。
称重控制器与无线模块之间的通信直接采用ＴＴＬ电平，通过串口进行数据的读写，图５为无线模块与Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机连接示意图。监控计算机与无线通信模块之间通信需要进行电平转换，在此采用了ＭＡＸ２３２芯片进行ＴＴＬ电平与ＲＳ２３２电平转换［８］，图６为ＰＣ机与无线通信模块连接示意图。

３系统软件设计
３．１系统数据传输过程
监控计算机每隔２００ｍｓ通过串口进行一次称重控制器数据采集。监控计算机通过串口将采集指令传输给无线通信模块的单片机，然后无线通信模块的单片机再将收到的指令通过ＳＰＩ接口发送给ＣＣ１１０１，ＣＣ１１０１在发送模式下，将传输的有效载荷写入ＴＸＦＩＦＯ中，并在数据包中将添加可控数据的前导码、同步词汇和ＣＲＣ奇偶校验码，然后将数据包发送出去；当称重控制器的无线模块接收到有效的数据后，经前导侦测、同步词汇侦测、检测ＣＲＣ校验码对数据包进行解析送出，无线模块的单片机通过ＳＰＩ接口从ＣＣ１１０１中读出接收数据，然后再经串行口送给称重控制器，接着称重控制器根据接收到的数据执行采集数据和控制外围设备工作［９］。采集任务完成以后，称重控制器将采集到的数据参数再通过无线通信模块送回到监控计算机，监控计算机根据接收到的数据信息进行数据显示、数据处理以及打印输出等操作。
３．２称重控制器称重控制程序
本文采用了二段加料法，即快加料和慢加料，通过快加料缩短加料时间，提高称量效率，用慢加料减小称量误差，提高称量精度。设定系统中当前重量为Ｍ０，快加料目标量为Ｍ１，目标加料量为Ｍ２，慢加料停止的提前量为Ｍ３，慢加料目标量为Ｍ２－Ｍ３。加排料控制子程序如图７所示。

３．３无线通信模块软件设计
无线通信模块［１０－１１］主要由ＣＣ１１０１接收和发送程序组成，无线通信模块的单片机通过ＳＰＩ接口对ＣＣ１１０１进行配置［１２］。当ＣＳｎ为低电平时，ＳＰＩ接口开始工作，准备接受一条指令，ＣＳｎ由高到低跳变时开始转换指令。无线通信流程如图８所示。

４系统功能的实现
本系统的无线模块工作在频段４３３ＭＨｚ，该频段为免费ＩＳＭ频段免许可证使用（４２０～４４０ＭＨｚ）；在无障碍物可视的情况下可以达到２３０ｍ，在有电机干扰的车间环境下可传输８０ｍ左右；中央计算机监控软件采用ＭＣＧＳ组态软件设计，实现重量数据实时采集和数据集中管理。文中采用了６台称重控制器进行散料称量控制，上位机监控界面如图９所示。

该系统实现以下功能：
（１）数据的实时显示：包括当前重量、上次排料重量、累计总重量。
（２）通信状态显示。
（３）操作指令：排料、加料。
（４）历史数据：历史数据查看、数据输出打印。
（５）用户管理：用户身份验证、用户密码修改。
（６）系统管理：窗口管理、退出系统。
５结语
本文采用Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机作为称重控制器的处理芯片，用ＣＣ１１０１ＲＦ收发芯片组成无线收发通信模块，上位机采用ＭＣＧＳ组态软件，实现了港口散料的自动称量与管理。该系统可以通过无线通信的方式对远程称量设备的数据进行采集和控制，为港口散状物料
（如谷物、煤粉）的自动称量和管理提供了新的途径。

 

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