电子重量显示器已经替代传统的杆秤成为日常生活中的衡器.电子秤称量重物的过程实际上就是微型计算机进行数据处理的过程,数据处理方法的优劣决定了称量重物的准确性,对所设计的ZZX2I型称重显示器采用了数据实时处理较优秀的方法———滑动平均值法进行数据处理,并给出了称重程序.

1　简介

一台电子重量显示器(俗称电子秤),实际上就是一个称重数据采集系统.当重物放到衡器上时,压力传感器输出响应的模拟电压信号,经过模、数转换(A/D变换)后就得到数字量D.但是,数字量D并不是重物的实际重量值W,W需要由数字量D在显示器内部经过一系列的运算———即数据处理才能得到.这一系列的运算———即数据处理是由装在称重显示器中的微型计算机来完成的;不仅如此,称重显示器的整个工作过程也都是在微型计算机的控制下有条不紊地进行.近年来,随着大规模集成电路的飞速发展,单片机更加广泛的应用在各种智能化称重仪表中.在电子秤中使用单片机可使电子秤的性能提高,成本降低,具有明显的优越性.从笔者参加设计的ZZX-Ⅰ型重量显示器为例,介绍在电子秤中利用MCS-51系列单片机进行数据处理的方法.

2　数据处理的方法

ZZX-I型重量显示器由MCS-51系列8031单片机控制.作为一个数据采集系统,它有一定的采样速率.由于硬件电路设计中采用了7109A/D转换器及6M晶振,采样速率达到12次/秒[1];这就是说,当重物放到衡器上时,A/D转换并不是只进行一次,而是一次接一次地进行下去.当衡器上的重物稳定时,理论上每次A/D转换得到的数字量D应是相同的;将此数字量D进行一系列数据处理(标度变换)得到的数值W才是重物的真实重量.数字量D的正确与否,决定了称量是否准确.考虑到硬件线路及其他因素(如脉冲干扰)的影响,为了得到正确的数字量D,一般采用的方法是:求连续多次A/D转换结果D的算术平均值P,利用P代替单次A/D的转换结果D来进行数据处理,以便得到准确的重量值W.ZZX-I型重量显示控制器也不例外,但鉴于重量显示器的特殊性,即衡器的些微变化必须立即反映出来,也就是实时性,因此ZZX-I型称重显示器采用了能够快速反应变换结果的滑动平均值法[2].滑动平均值法采用存储队列作为A/D转换的数据存储器,队列的队长固定为N,每进行一次新的转换,把转换的结果放入队尾挤掉原来队首的一个数据,这样,在队列中始终有N个“最新”的数据;计算平均值时,只需要把队列中的N个数据进行算术平均,就可以得到新的算术平均值.考虑编程的方便,队列采用循环队列来实现.为保证转换结果的准确,更好的克服脉冲信号的干扰影响,在滑动平衡值中还增加了去除最大值和最小值的算法,保证了准确快速地称量重物.

3　程序的实现

在8031单片机的数据RAM存储区中,共有128个存储单元,为完成上述数据处理任务,对存储单元分配如下:

(1)每次A/D转换的结果放在寄存器R2和累加器A中;

(2)转换结果队列当前指针存放在寄存器R0中;

(3)上次算术平均值存放于寄存器2BH,2AH中,当前算术平均值存放于寄存器2DH,2CH中;

(4)最大值存放在29H,28H中,最小值存放在27H,26H中;

(5)队列存放地址30H～43H,可存放十次A/D转换的结果.称重程序的设计思想是:该段程序为中断服务程序;每次变换结束一次,将转换结果存入队列内并修改队列指针R0;求算术平均值,与上次平均值进行比较,以判断衡器是否稳定;如不稳定,当前平均值存入上次平均值存储单元,标度变换后送称重显示器显示;如稳定,上次平均值单元内容不变(显示内容保持不变).标度变换采用线性变换公式:W=(Wmax-Wmin)×(P-Pmin)/(Pmax-Pmin)+Wmin.其中W为称量值、Wmax为称量最大值、Wmin为称量最小值、为算术平均值、PPmin为Wmin对应的平均值、Pmax为Wmax对应的平均值.程序清单和注释见页脚的PDF文档

四 结束语

由于ZZX-I型重量显示器使用了上述滑动平均值数据处理程序,保证了准确、快速的测量转换结果,从而大大提高了称量的准确性,工作的稳定性、可靠性也得到了保证.滑动平均值数据处理方法也适合于其他的定时采集系统.

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