本文討論一種基于ARM結構的智能電子灌裝秤設計方案，重點分析了硬件系統結構和軟件 功能模塊。試驗證明這款電子秤具有灌裝精度高、功能齊全、性價比高等優點,可廣泛用于石油液化氣等的自 動稱重灌裝。

本文討論的智能電子秤，是作者受本地一家電 子秤廠家委托的研發項目，它是一種用于液化氣灌 裝的電子衡器。智能電子灌裝秤可以自動識別鋼瓶 規格型號，自動檢斤去皮,可以自動記錄每次灌裝的 曰期時間、灌裝量等信息,支持多種灌裝方式,還應 有聲光報警、密碼保護、防爆、防作弊等功能。

一、電子稱重關鍵技術

電子稱重是將被測物體的質量通過稱重傳感器 轉換為與之成正比的電信號,經由計算機處理后,再 以模擬或數字量的形式顯示出來,如圖1所示。從上 世紀50年代電子技術滲入到衡器的輔助測量裝置 開始，電子稱重技術發展突飛猛進,從最初的機電結 合型,到今天的全電子型,并向著智能化、綜合型的 方向不斷發展。電子稱重技術的發展,始終與稱重傳 感器、計算機技術和抗干擾等關鍵技術緊密聯系在 一起的。

稱重傳感器是電子稱重系統的核心，從原理上 可以分為電容式、壓磁式、光電式、電磁力式、磁極變形式、振動式和電阻應變式等。本文選用的是性價 比較高的電子應變式稱重傳感器，它是利用金屬的 電阻應變效應將被測量轉換為電量輸出的一種傳感器。

本文選用NXP公司的LPC2109作為系統核 心，它是一款基于ARM7TOMI-S的處理器，ARM是 Advanced RISC Machines的縮寫。ARM處理器是由 英國ARM公司設計，再授權由合作公司生產的嵌 入式微處理器。ARM處理器具有體積小、功耗低、32 位/16位雙指令集的特點,擁有眾多合作伙伴，已經 占據了絕大部分32位、64位高端嵌入式處理器市 場，已成為移動通信、手持計算等嵌入式設備事實上 的工業標準。

抗干擾技術就是研究干擾的產生根源、干擾的 傳播方式和避免被干擾的措施(對抗等問題。機電 一體化系統的設計中,既要避免被外界干擾,也要考 慮系統自身的內部相互干擾，同時還要防止對環境 的干擾污染。國家標準中規定了電子產品的電磁輻 射參數指標。電子秤的干擾因素包括電磁干擾、溫 度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動干擾等。其中， 電磁干擾最為普遍。抗干擾措施,從硬件方面考慮， 可以采用屏蔽、隔離、濾波和接地等方法,從軟件方 面考慮,主要有軟件濾波、“陷阱”程序、“看門狗”等。

二、硬件系統設計方案

本文設計的電子灌裝秤的系統總體結構如圖2 所示,主要由LPC2109、稱重電路、灌裝控制電路、顯 示電路、鍵盤接口電路和存儲電路等組成。

在硬件系統設計方案中，統籌考慮功能、性能、 價格和抗干擾性等方面,處理器選用的是LPC2109, 它是一款基于ARM7TDMI-S的16/32位CPU,內置 8KSRAM和64KB高速Flash存儲器，并配有I2C、 UART等接口，內置看門狗、實時時鐘等。

稱重電路由傳感器和AD轉換電路構成。傳感 器采用的是中航電測的改進型鋁合金單點式稱重傳 感器L6G-C3-200kg,性價比高，精度完全滿足系統 要求。AD轉換器件選用的是ADS1230,它是一個20位的AD轉換器，內含一個 低噪聲可編程增益放大器，可以有效解決傳感器輸 出信號極小不易測量的問題,做到精確測量。

在灌裝控制電路中，由LPC2109輸出控制信 號,經放大器放大后,控制繼電器開關220V交流電 磁閥,從而實現液化氣灌裝的通斷。

鍵盤接口電路中采用機械式鍵盤,共定義了 0- 9、小數點、啟動、停止等共20個鍵,它們構成一個5 行4列的矩陣。

顯示部分共用28個數碼管、6個LED,用于顯 示皮重、灌裝方式、灌裝日期與時間以及系統工作狀 態等。

存儲電路選用一片AT24C512B,用于存儲系統 參數、灌裝記錄等。

通訊電路是使用LPC2109內置的UART接口 與上位PC機實現串行通訊。

三、軟件系統設計方案

智能電子灌裝秤的軟件系統是在充分調研用戶 需求的基礎上,結合硬件設計,采用分層和模塊化思 想設計并開發的。主要的軟件模塊包括系統初始化、 稱重灌裝、系統參數設置、灌裝記錄査看、鍵盤驅動、 顯示驅動、AD轉換驅動、通訊驅動等。

系統加電后，將進行初始化，主要完成 AT24C512B、ADS1230、顯示中斷等的初始化，完成 系統級變量、系統參數表和鋼瓶數據等的初始化,初 始化完成后顯示登錄界面。系統初始化算法如圖3 所示。

根據用戶需求以及安全方面的考慮，電子秤在 使用前需要進行登錄，用戶只有在提供正確的口令后方能使用。登錄成功后,進入系統主工作界面,也 就是稱重灌裝控制界面,在這個界面也可以選擇其 他子功能。

液化氣稱重灌裝的一般操作過程是，將鋼瓶放 在稱臺上,接通液化氣噴槍,用戶選擇灌裝方式并設 置灌裝量，然后按下啟動鍵，電子秤登記皮重、打開 電磁閥控制灌裝。稱重灌裝的算法邏輯如圖4所示。

電子秤的稱重部分，是由傳感器、ADS1230和 LPC2109等共同構成。所以AD轉換驅動就是對 ADS1230的接口編程,將其20位的串行數據變換為 系統內碼值。使用ADS1230的一般過程是,先進行初 始化和校準,再讀取數據。由于傳感器輸出的信號極 小,極易受到干擾,為此必須對ADS1230輸出的數據 進行數字濾波才可以使用。算法邏輯如圖5所示。為 有效防止干擾,實際應用中數字濾波采用的是中位值 平均濾波法。具體方法是,取N個AD結果,去除一個 極大值和一個極小值后,再求平均值。

四、性能分析

為分析電子秤的性能，對電子秤進行靜態稱重 實驗和灌裝稱重實驗。靜態稱重實驗是用標準砝碼 對電子秤進行稱重實驗，并與某傳統灌裝秤進行對 比,測試數據如表1所示。

灌裝稱重實驗就是進行實際液化氣灌裝實驗, 測試數據如表2所示。

從測試結果看，實際灌裝誤差最大不超過50g, 遠低于《液化石油氣充裝站安全技術條件（GB + 17267-1998》等國家標準中的要求，滿足用戶需 要。

五、結論

基于本文設計方案實現的智能電子灌裝秤,進 行了軟硬件系統調試和稱重、灌裝測試,實測數據分 析表明本文設計實現的電子灌裝秤工作穩定可靠， 各項功能、性能和精度均達到用戶要求。