基于數(shù)字化管理功能的電子計(jì)價(jià)秤仿真設(shè)計(jì)*

孫業(yè)梅

(江蘇省淮安市計(jì)量測(cè)試所，淮安 223002)

0　引言

電子計(jì)價(jià)秤屬國(guó)家強(qiáng)檢計(jì)量器具，廣泛應(yīng)用于貿(mào)易結(jié)算和工業(yè)計(jì)量等各個(gè)領(lǐng)域[1]。如何對(duì)電子計(jì)價(jià)秤進(jìn)行有效管理，如何運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)手段提高管理水平是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題。為了能對(duì)電子計(jì)價(jià)秤實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，使電子計(jì)價(jià)秤具備數(shù)字化管理的功能,本文設(shè)計(jì)了一種能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理功能的電子計(jì)價(jià)秤，采用RF技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子計(jì)價(jià)秤的數(shù)字化管理[2]，并運(yùn)用PROTEUS軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真。

本設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤特征：一是采用STC89C52單片機(jī)芯片，因?yàn)樾酒哂形ㄒ坏腎D號(hào)，可解決更換芯片進(jìn)行稱重作弊的問題；二是采用了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比對(duì)技術(shù)，可解決改變傳感器激勵(lì)電壓進(jìn)行作弊的問題；三是利用上位機(jī)發(fā)送指令，動(dòng)態(tài)讀取程序代碼片斷，與管理系統(tǒng)中的代碼進(jìn)行比對(duì)，可解決修改程序進(jìn)行作弊的問題；四是利用無(wú)線收發(fā)技術(shù)可以向上位機(jī)(管理系統(tǒng))傳輸稱重作弊信息(時(shí)間、ID、重量、金額)。可對(duì)作弊信息進(jìn)行記錄。

1　電子計(jì)價(jià)秤方案設(shè)計(jì)

1.1　電路設(shè)計(jì)

電路原理框圖如圖1所示，由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路、由HX711芯片構(gòu)成的放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)(STC89C52)、無(wú)線收發(fā)電路、時(shí)鐘電路、顯示電路、語(yǔ)音提示電路、鍵盤、電源等組成。與傳統(tǒng)的電子計(jì)價(jià)秤電路相比，本電路增加了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電路和無(wú)線收發(fā)電路，使本設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤不僅具有稱重功能，而且具有防止稱重作弊和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理功能。

圖1　基于數(shù)字化管理的電子計(jì)價(jià)秤電路原理框圖

1.2　程序流程圖設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)電子計(jì)價(jià)秤主程序流程圖如圖2所示。

圖2　電子計(jì)價(jià)秤主程序流程圖

初始化子程序內(nèi)容包括單片機(jī)參數(shù)、顯示狀態(tài)、時(shí)鐘參數(shù)、無(wú)線收發(fā)模塊參數(shù)初始設(shè)置。鍵盤輸入和無(wú)線收發(fā)指令接收采用中斷方式。

顯示采用兩線I/O擴(kuò)展芯片CH425，CH425可動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)16只LED數(shù)碼管，通過(guò)二線串行接口與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。無(wú)線接收中斷收發(fā)服務(wù)程序流程圖如圖3所示。

圖3　無(wú)線接收中斷收發(fā)服務(wù)程序流程圖

2　電子計(jì)價(jià)秤數(shù)字化管理設(shè)計(jì)

2.1　數(shù)字化管理系統(tǒng)組成

電子計(jì)價(jià)秤數(shù)字化管理系統(tǒng)主要由電子計(jì)價(jià)秤、無(wú)線信號(hào)收發(fā)電路和計(jì)算機(jī)組成，如圖4所示。利用RF技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。管理系統(tǒng)中安裝電子計(jì)價(jià)秤管理軟件，在該軟件支撐下實(shí)現(xiàn)對(duì)電子計(jì)價(jià)秤的數(shù)字化管理。

圖4　電子計(jì)價(jià)秤數(shù)字化管理系統(tǒng)框圖

2.2　數(shù)字化管理系統(tǒng)指令格式與規(guī)定

數(shù)字化管理系統(tǒng)指令由同步頭、地址碼(2BIT)、數(shù)據(jù)類型(1BIT)、指令或數(shù)據(jù)(NBIT)組成，其格式如圖5所示。上位機(jī)與電子計(jì)價(jià)秤無(wú)線通訊指令代碼及功能規(guī)定如表1所示。

圖5　數(shù)字化管理系統(tǒng)指令格式

表1　數(shù)字化管理系統(tǒng)指令規(guī)定

3　基于PROTEUS軟件仿真設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)

3.1　HX711應(yīng)用仿真

仿真電路如圖6所示，放大倍數(shù)設(shè)置為64dB，A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置為24位， U1為HX711(雙通道、放大、A/D)， U2為電子計(jì)價(jià)秤中單片機(jī)，每0.1s讀一次A/B數(shù)據(jù)，用P2/P1/P0讀出的24位二進(jìn)制值，第一次顯示A通道值，第二次顯示B通道值。仿真驗(yàn)證單片機(jī)讀取重量和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)程序。仿真測(cè)試記錄見表2。

圖6　HX711程序仿真電路圖

表2　仿真讀取HX711中A、B通道數(shù)據(jù)記錄

3.2　數(shù)碼顯示仿真

仿真電路如圖7所示， U1為電子計(jì)價(jià)秤中單片機(jī)， U2為CH452(串口)，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)16只LED數(shù)碼管，數(shù)碼管采用共陽(yáng)極，前5只顯示是重量(kg)；中間5只顯示單價(jià)(元)；最后6只顯示金額(元)。本例重量設(shè)置為12.675kg，單價(jià)設(shè)置為329.40元/kg，金額=重量×單價(jià)=4175.15元。

圖7　串口輸出顯示數(shù)據(jù)仿真電路

3.3　金額計(jì)算程序仿真

仿真電路如圖8所示， U1為電子計(jì)價(jià)秤中單片機(jī)， U設(shè)為CH452(串口)。仿真過(guò)程：1)重量保持不變，鍵盤輸入單價(jià)，觀察輸出顯示；2)單價(jià)保持不變，將表2中的A通道數(shù)據(jù)輸入，觀察輸出顯示。顯示數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　計(jì)算程序數(shù)據(jù)表

圖8　金額計(jì)算程序仿真電路

3.4　作弊記錄程序仿真

利用圖6的HX711應(yīng)用仿真電路，實(shí)施仿真過(guò)程為：1)正常稱重；2)改變傳感器激勵(lì)電壓；3)修改程序；4)更換芯片。觀察單片機(jī)作弊記錄內(nèi)容，用P1顯示作弊信息。檢測(cè)的數(shù)據(jù)如表4所示。

3.5　數(shù)字化管理仿真

數(shù)字化管理仿真數(shù)據(jù)如表5所示，RF信號(hào)收、發(fā)波形如圖9所示。

表4　作弊信息檢測(cè)數(shù)據(jù)表

說(shuō)明：1)重量=(data-data0)K(data為HX711中讀取值，data0為修正值，K為比例系數(shù))。2)誤差=(實(shí)際重量/顯示重量)％，本次實(shí)際重量設(shè)置為200g

表5　數(shù)字化管理仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)

續(xù)表

圖9　RF信號(hào)收、發(fā)波形圖

4　仿真結(jié)果分析與結(jié)論

4.1　HX711應(yīng)用仿真分析

如表2所示，傳感器激勵(lì)電壓為5V時(shí)，產(chǎn)生的電壓值以3字節(jié)16進(jìn)制形式存儲(chǔ)在HX711中，讀取A通道值要27個(gè)脈沖信號(hào)，讀取B通道值要26個(gè)脈沖信號(hào)；讀出的值要經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理和計(jì)算。通過(guò)仿真，實(shí)際重量與HX711中讀取的重量值一致。讀取程序正確。

4.2　計(jì)算程序仿真分析

計(jì)算程序包括重量計(jì)算和金額計(jì)算。重量計(jì)算：W=(data-data0)K(W為顯示重量，data為HX711中讀取值，K為比例系數(shù)，data0為修正值)。本次仿真試驗(yàn)K=0.001746，data0=169640。金額計(jì)算：金額=W(顯示重量)×單價(jià)。以表3中第一行數(shù)據(jù)為例：W(重量)=(03765EH-169640)×0.001746=100g=0.100kg；金額=0.100×0.3=0.03元。從表3中可知計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際相符。

4.3　稱重作弊信息檢測(cè)記錄仿真分析

從表4可知，不管采用何種作弊方法，本設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤均能有效檢測(cè)到作弊信息，并能對(duì)作弊信息進(jìn)行記錄。作弊信息包括作弊時(shí)間、重量、金額、誤差、累計(jì)作弊次數(shù)等。

4.4　數(shù)字化管理仿真分析

從圖9可知，RF信號(hào)收、發(fā)程序能正常實(shí)現(xiàn)對(duì)RF信號(hào)的收、發(fā)功能。從表5仿真記錄數(shù)據(jù)可知，在上位機(jī)指令作用下，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間校對(duì)、程序代碼查訊、作弊信息管理、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定等功能，說(shuō)明本設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤具有數(shù)字化管理功能。

5　結(jié)論

通過(guò)對(duì)仿真測(cè)試的數(shù)據(jù)分析，該電子計(jì)價(jià)秤不但具有數(shù)字化管理功能，同時(shí)具有防止稱重作弊功能。在電子計(jì)價(jià)秤管理系統(tǒng)作用下，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電子計(jì)價(jià)秤的時(shí)間校對(duì)、程序代碼查訊、作弊信息管理、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、關(guān)鍵參數(shù)查詢。它的應(yīng)用和推廣，可大大提高電子計(jì)價(jià)秤的數(shù)字化管理水平。

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