一種數字稱重儀表的製作方法
2023-09-23 06:05:35
一種數字稱重儀表的製作方法
【專利摘要】本發明涉及稱重計量【技術領域】，尤其涉及一種數字稱重儀表，其包括主板、擴展板、顯示操作板及箱體，箱體用於固定安裝主板、擴展板和顯示操作板，主板通過第一排線接口與第二排線接口分別與擴展板、顯示操作板連接，主板包括MCU晶片、電源電路、外部鍵控電路、通訊接口電路和所述傳感器信號接入採集電路，MCU晶片處理傳感器信號接入採集電路傳入的信號，MCU晶片控制外部鍵控電路、通訊接口電路，第一排線口與第二排線口分別連接在電源電路的兩端，傳感器信號接入採集電路還連接有模擬電阻應變式傳感器和數字式稱重傳感器。本發明能夠處理模擬信號及數位訊號，同時也能夠無線數傳及有線數傳。
【專利說明】一種數字稱重儀表
【技術領域】
[0001]本發明涉及稱重計量【技術領域】，尤其涉及一種數字稱重儀表。
【背景技術】
[0002]根據稱重儀表接入稱重傳感器信號類型的不同，現有技術的稱重儀表分成兩大類:一類是模擬信號輸入的稱重儀表系統，即一隻或多隻模擬電阻應變式傳感器採用並聯組秤方式與稱重儀表連接，傳感器輸出的mV級模擬電信號通過稱重儀表內部電路進行AD採集、放大、整流、濾波等處理送顯或輸出；另一類是數位訊號輸入的稱重儀表系統，即一隻或多隻數字稱重傳感器通過RS485通訊方式與數字稱重儀表連接，數字傳感器內置AD採集電路經處理可以直接輸出RS485數位訊號，數字稱重儀表內部沒有AD採集電路，數字稱重儀表接入數字傳感器信號經過數字合算等處理送顯或輸出。
[0003]目前在稱重計量領域，上述模擬信號輸入的稱重儀表系統已經十分普及，而數位訊號輸入的稱重儀表系統在商貿場合的數字汽車衡、數字軌道衡中也得到了廣泛應用。數字稱重儀表的比較優勢主要體現在:全數字和算技術代替傳統的模擬和算技術，計量精度更高，故障判別直觀簡便，可以實現免加載標定(參數輸入法)、維護維修方便快捷成本低，抗幹擾能力更強等。採用數字式稱重儀表系統作為核心部件的數字電子秤已經成為今後衡器產品發展的主流。然而，在工業現場生產過程控制中的工藝電子秤卻少有數字稱重儀表系統的應用，原因主要如下:
[0004]1.現有的用於汽車衡、軌道衡等衡器的數字傳感器的型式和數字稱重儀表的型式及功能接口不能滿足工業現場電子秤對功能和可靠性的使用需要；同時現有用於數字電子秤的數字傳感器和數字儀表之間的通訊協議是保密的，限制了數字稱重儀表與數字傳感器的自由組合。
[0005]2.數字傳感器製作工藝繁複、投資大，加之用於工業現場工藝電子秤的稱重傳感器量程分布廣泛、型式種類繁多，難以低成本批量生產。
[0006]3.人們普遍認為工業現場工藝秤計量精度普遍要求不很高，採用數字電子秤會導致投資成本大幅提高。實際上，工業現場的稱重計量設備經常工作在高溫、粉塵、強電磁幹擾、衝擊振動等環境中，這些稱重計量設備的模擬稱重傳感器採集的信號(mV級模擬電壓信號)經常需要長距離傳輸才給到稱重儀表進行再次處理，信號極易受到幹擾從而導致設備系統可靠性降低、工作計量失準。同時，採用模擬式稱重傳感器的稱重計量設備還由於採用並聯組秤、模擬和算的方式，造成標定困難、故障判斷難和維修不便及維護成本高等諸多弊端。
[0007]現有稱重儀表經常需要與無線數傳模塊、接收顯示器等組成無線數傳稱重系統，稱重儀表採集處理獲得的稱量數據無線遠傳，接收顯示器接收該數據並進一步通訊輸出和控制。市場上現有的接收顯示器往往與稱重儀表在型式、功能接口等設計上相差極大，通用性差，造成使用維護不便及維護成本高等諸多弊端。現有稱重儀表通常都是就地按鍵操作，這樣難以滿足有些場合需要無線遠程稱重操作的需要。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於提出一種數字稱重儀表，能夠處理模擬信號及數位訊號，同時也能夠無線數傳及有線數傳。
[0009]為達此目的，本發明採用以下技術方案:
[0010]一種數字稱重儀表，包括主板、擴展板、顯示操作板及箱體，所述箱體用於固定安裝主板、擴展板和顯示操作板，所述主板通過第一排線接口與第二排線接口分別與擴展板、顯示操作板連接，所述主板包括MCU晶片、電源電路、外部鍵控電路、通訊接口電路、備用電源接口電路和所述傳感器信號接入採集電路，所述MCU晶片用於處理傳感器信號接入採集電路傳入的信號，所述MCU晶片用於控制外部鍵控電路、通訊接口電路，所述第一排線口與第二排線口分別連接在電源電路的兩端，所述傳感器信號接入採集電路還連接有模擬電阻應變式傳感器和數字式稱重傳感器。
[0011]優選的，所述通訊接口電路包括無線數傳埠和有線數傳埠。
[0012]優選的，所述擴展板包括第三排線口、編碼器信號採集接口電路、開關量輸出接口電路、模擬變送輸出接口電路、模擬量輸入接口電路及開關量輸入接口電路，各電路分別與第三排線口電連，所述第三排線口與第一排線口電連。
[0013]優選的，所述顯示操作板設有第四排線口，所述第四排線口分別於鍵盤、指示燈、顯示器電連，所述第四排線口與第二排線口電連。
[0014]優選的，所述顯示器包括LED點陣主顯示器和LED數碼管副顯示器。
[0015]優選的，所述主板上還連接有蜂鳴器和時鐘電路用以報警和顯示時間日期。
[0016]優選的，所述傳感器信號接入採集電路包括轉換開關、AD採集電路和RS485數字接口電路，所述轉換開關用於AD採集電路和RS485數字接口電路之間的轉換。
[0017]優選的，所述外部鍵控電路設置有撥碼開關用於切換操作方式。
[0018]優選的，所述主板I還包括備用電源接口電路16，所述備用電源接口電路16提供直流5V和直流12V電源，可以選擇為無線數傳電臺、微型印表機等外圍設備直接供電。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]本發明所述傳感器信號接入採集電路能夠接入模擬式和數字式傳感器，並對不同的傳感器信號進行傳輸處理；所述的主板的外部鍵控電路設置有撥碼開關，能夠方便選擇切換就地操作還是遠程遙控操作；所述通訊接口電路能夠實現無線數傳與有線數傳的轉換。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明具體實施例提供的數字稱重儀表的內部電路結構示意圖；
[0022]圖2是本發明具體實施例提供的數字稱重儀表的結構示意圖；
[0023]圖3是本發明具體實施例二提供的數字稱重儀表的操作板結構示意圖。
[0024]圖中:
[0025]1、主板；2、擴展板；3、操作板；4、箱體；5、第一排線口 ；6、第二排線口 ；7、第三排線口 ；8、第四排線口 ；11、電源電路；12、MCU晶片；13、傳感器信號接入採集電路；14、外部鍵控電路；15、通訊接口電路；16、備用電源接口電路；17、時鐘電路；18、蜂鳴器；131、轉換開關；132、AD採集電路；133、RS485數字接口電路；21、編碼器信號採集接口電路；22、開關量輸出接口電路；23、模擬變送輸出接口電路；24、開關量輸入接口電路；25、模擬量輸入接口電路；31、鍵盤；32、顯示器；33、指示燈；321、LED點陣主顯示器；322、LED數碼管副顯示器。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖並通過具體實施例來進一步說明本發明的技術方案。
[0027]實施例一
[0028]如圖1、2所示，本實施例提供了一種數字稱重儀表，包括主板1、擴展板2、顯示操作板3及箱體4，所述箱體4用於固定安裝主板1、擴展板2和顯示操作板3，主板I和擴展板2分別插裝在機箱4內部下層和上層卡槽內，主板I和擴展板2的輸入輸出端子排穿過機箱4後封板開孔對應引出並標識。
[0029]所述主板I通過第一排線接口 5與第二排線接口 6分別與擴展板2、顯示操作板3連接，所述主板包括MCU晶片12、電源電路11、外部鍵控電路14、通訊接口電路15和所述傳感器信號接入採集電路13，所述MCU晶片12用於處理傳感器信號接入採集電路13傳入的信號，所述MCU晶片12用於控制外部鍵控電路14、通訊接口電路15，所述第一排線口 5與第二排線口 6分別連接在電源電路11的兩端，所述傳感器信號接入採集電路13還連接有模擬電阻應變式傳感器和數字式稱重傳感器。
[0030]於本實施例中所述電源電路11是採用三端離線式脈寬調製器件(TOP224)和高頻變壓器組成的開關電源，高頻變壓器初級為220V交流輸入，次級共五路經整流穩壓後分別給主板1、擴展板2和顯示操作板3供電；所述的主板的MCU晶片12採用基於ARM內核32位微控制器或者採用AVR嵌入式RISC處理器。
[0031]於本實施例中所述通訊接口電路15包括兩路RS232通訊接口、兩路RS485通訊接口，兩路RS232通訊接口可以選擇設置與大屏幕顯示器、計算機、串行印表機連接通訊；兩路RS485通訊接口可以選擇設置與無線數傳電臺、RFID讀卡器連接通訊，或者選擇與上位機查詢方式進行數據交換。
[0032]所述傳感器信號接入採集電路13包括轉換開關131、AD採集電路132和RS485數字接口電路133，所述的主板I的傳感器信號接入採集電路13是通過轉換開關131進行選通的兩個相互獨立的電路，其中一個電路為AD採集電路132，採用ADS1232轉換器，它是具有雙通道模擬信號輸入的24位Σ-Λ橋式傳感器ADC，每個通道都可以驅動至少8隻350歐姆模擬式稱重傳感器，各通道信號分別處理後送往MCU;另一個電路為RS485數字接口電路133，該電路能夠接入數字稱重傳感器，信號處理後送往MCU晶片12。
[0033]實施例二
[0034]在實施例一的基礎上，如圖2所示，所述主板I上還連接有蜂鳴器18和時鐘電路17用以報警和顯示時間日期；所述擴展板2包括第三排線口 7、編碼器信號採集接口電路21、開關量輸出接口電路22、模擬變送輸出接口電路23、模擬量輸入接口電路25及開關量輸入接口電路24，各電路電連第三排線口 7，所述第三排線口 7與第一排線口 5電連；所述開關量輸出接口電路21設置四個DC5?24V繼電器，常開觸點和常閉觸點可選，可設計為定值控制輸出或者報警輸出；所述模擬變送輸出接口 23電路設置兩路相互隔離的4-20mA輸出，以實現數據遠傳；所述開關量輸入接口電路24能夠接入六路開關量信號；所述模擬量輸入接口電路25能夠接入一路4?20mA模擬量輸入信號。
[0035]所述編碼器信號採集接口電路21可以接入編碼器，對接入信號A相和B相轉換送往MCU進一步處理，從而識別編碼器連接設備的轉動方向(正轉或反轉)以及轉速達到測速的目的；能夠實現專門針對天車電子秤準確稱重計量的重量自動補償功能。在天車吊鉤升降期間，原纏繞在捲筒中的鋼絲繩放長或原在空中現要收回至捲筒中時會把鋼絲繩重量增加(放出狀態下)或減少(收回狀態下)到被稱物的重量中去，因而被安裝在定滑輪軸端的稱重傳感器所檢測，這個增加或減少的重量就是附加稱重誤差；附加稱重誤差產生的大小與捲筒的轉動圈數有關，而鋼絲繩作用到被稱物上的附加重量是增加還是減少與捲筒的轉動方向有關。為從根本上消除這一誤差，可以在捲筒軸端中心安裝一多圈旋轉編碼器來檢測捲筒的轉數及方向，將檢測信號通過電纜傳送給稱重儀表進行處理和補償。
[0036]稱重儀表軟體上具有鋼絲繩補償模式「關閉」或「啟動」選項和「內碼顯示方式」或「編碼器顯示方式」選項，旋轉編碼器每碼等效為實際多少鋼絲繩重量可以通過已經用砝碼或標準替代物標定過的稱重儀表上測得。測量鋼絲繩重量時，先關閉鋼絲繩補償模式、選定內碼顯示方式並取消零點跟蹤功能，在吊鉤下降或上升前在稱重儀表上按「置零」鍵使顯示器顯示零，然後讓吊鉤從最高點往下降，或從最低點往上升，稱重儀表顯示的就是下降時或上升時的鋼絲繩實際測得重量值。再將稱重儀表選定編碼器顯示方式，將吊鉤下降或上升在前述同樣高度位置上，從稱重儀表顯示器得到從最高點到最低點的編碼值，將測得鋼絲繩重量除以這個編碼值，就能通過計算得出單個編碼重量值，單個編碼重量值確定後，在稱重儀表上啟動編碼器補償模式後就能進行附加誤差的補償:當吊鉤上升鋼絲繩往捲筒中收起捲入時，作用到稱重傳感器的重量越來越小，為保持稱重儀表顯示值不變，根據編碼器測到的數據經內部運算進行加法補償；反之當吊鉤下降時鋼絲繩從捲筒中放出，作用到傳感器的重量越來越大，此時為了保持稱重儀表示值不變，根據編碼器測到的數據經內部運算進行減法補償。如此經過附加誤差補償的電子天車秤，克服了要求吊鉤必須處在等高位置的前提下進行稱重計量的局限性，很好地實現了稱重計量準確、方便和快捷。
[0037]於本實施例中，作為優選方案所述顯示操作板設有第四排線口 8，所述第四排線口8分別與鍵盤31、指示燈33、顯示器32電連，所述第四排線口 8與第二排線口 6電連；如圖3所示，所述顯示器32為雙窗口顯示器，以適應多任務多信息內容顯示，其中一個為LED點陣主顯示器321，另一個為LED數碼管副顯示器322 ;其中LED點陣主顯示器321為八位5*7點陣高亮紅色LED，顯示實時稱重數據，LED數碼管副顯示器322為六位高亮LED，可以選擇顯示時間、設定值、流量等信息；所述指示燈33用於狀態指示和報警指示，指示燈33數量為五個，分別進行運行、淨重、零位、穩定和報警等狀態指示；所述鍵盤31設置為多個輕觸薄膜按鍵，用於儀表參數設置、調校以及稱重操作，輕觸薄膜開關按鍵數量為六個，分別為菜單/退出鍵、確認/列印鍵、清除/向左鍵、去皮/向右鍵、累計/上翻鍵、置零/下翻鍵，用於參數設置、標定等操作。
[0038]優選的，所述外部鍵控電路14設置有撥碼開關用於切換操作方式；撥碼開關能夠方便選擇切換是就地操作還是遠程遙控操作，選擇就地操作模式時電路直接與顯示操作板3的鍵盤3.1接通，選擇遠程遙控操作模式時電路可以與外加的無線遙控開關接通。對於橋式起重機或鋁業多功能機組上安裝的電子秤，儀表就地操作往往極不方便，本實施例中選用帶遠程遙控操作模式時數字稱重儀表，鍵控電路14接入一個六鍵無線遙控開關，儀表操作人員就可遠離儀表端通過多鍵無線遙控器就可以方便對儀表遠程操作，包括參數設置、儀表標定調校、去皮清除清零累加列印等。
[0039]本實施例中還設置有繼電器輸出接口電路和開關量輸出接口電路22及開關量輸入接口電路24相連，可實現超載報警和安全控制功能。參見圖1，本發明的主板I上設置有SOdB以上的蜂鳴器18、顯示操作板3上設置有狀態及報警指示燈33、擴展板2上設置有開關量輸出接口電路22 (其中三個繼電器選擇為常閉觸點)，按照國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的GB12602-90《起重機械超載保護裝置安全技術規範》要求，橋式起重機、門式起重機等起重設備必須設計和安裝起重量限制器，其主要功能要求是預報警(額定起重量的90%發出聲光報警)、延時報警(額定起重量的105%持續發出聲光報警，延時3-5秒繼電器動作，切斷起升電源)和立即報警(額定起重量的130%繼電器立即動作，切斷起升電源)，起重量限制器的精度要求是顯示精度< 5% F.S，動作誤差< 3% F.S(滿負荷)。本實施例中的數字稱重儀表用於天車稱重計量時，既能夠實現準確稱重，還能夠實現前述起重量限制器的功能要求和精度要求，避免了再另行安裝起重量限制器引起的浪費。
[0040]於本實施例中，作為優選方案，所述主板I還包括備用電源接口電路16，所述備用電源接口電路16包括直流5V和直流12V電源接口，可以選擇為無線數傳電臺、微型印表機等外圍設備直接供電。
[0041]為了適應工業現場普遍的無線數傳應用方案，本發明的數字稱重儀表內部軟體設置有「稱重儀表模式」和「接收顯示器模式」，這樣就可以將兩臺儀表一個設置為稱重儀表模式(作稱重儀表用)、另一個設置為接收顯示器模式(作接收顯示器用)，通過與無線數傳電臺配套使用，從而組成無線數傳稱重系統，極大拓展了應用場合。
[0042]為方便用戶進行技術產品升級、減少技改投入和儘可能避免設備系統全新替換，本實施例中的通訊接口 15為RS232和RS485通訊接口，有多種通訊協議可選擇，包括通用的MODBUS RTU協議、梅特勒-託利多儀表通訊協議、上海耀華儀表通訊協議、寧波柯力儀表通訊協議等。客戶只需要更換舊有儀表並將更新的儀表通訊協議設置與原協議相同即可。
[0043]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內，本發明的要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種數字稱重儀表，包括主板(1)、擴展板(2)、顯示操作板(3)及箱體(4)，所述箱體(4)用於固定安裝主板(1)、擴展板(2)和顯示操作板(3)，所述主板(I)通過第一排線接口(5)與第二排線接口(6)分別與擴展板(2)、顯示操作板(3)連接，其特徵在於:所述主板(I)包括MCU晶片(12)、電源電路(11)、外部鍵控電路(14)、通訊接口電路(15)和所述傳感器信號接入採集電路(13);所述MCU晶片(12)用於處理傳感器信號接入採集電路(13)傳入的信號，所述MCU晶片(12)用於控制外部鍵控電路(14)、通訊接口電路(15)，所述第一排線口(5)與第二排線口(6)分別連接在電源電路(11)的兩端，所述傳感器信號接入採集電路(13)還連接有模擬電阻應變式傳感器和數字式稱重傳感器。
2.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述通訊接口電路(15)包括無線數傳埠和有線數傳埠。
3.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述擴展板(2)包括第三排線口(7)、編碼器信號採集接口電路(21)、開關量輸出接口電路(22)、模擬變送輸出接口電路(23)、模擬量輸入接口電路(25)及開關量輸入接口電路(24)，各電路分別與第三排線口(7)電連，所述第三排線口(7)與第一排線口(5)電連。
4.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述顯示操作板設有第四排線口(8)，所述第四排線口⑶分別於鍵盤(31)、指示燈(33)、顯示器(32)電連，所述第四排線口(8)與第二排線口(6)電連。
5.根據權利要求4所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述顯示器(32)包括LED點陣主顯示器(321)和LED數碼管副顯示器(322)。
6.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述主板(I)上還連接有蜂鳴器(18)和時鐘電路(17)用以報警和顯示時間日期。
7.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述傳感器信號接入採集電路(13)包括轉換開關(131)、AD採集電路(132)和RS485數字接口電路(133)，所述轉換開關(131)用於AD採集電路(132)和RS485數字接口電路(133)之間的轉換。
8.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述外部鍵控電路(14)設置有撥碼開關，用於切換操作方式。
9.根據權利要求1所述的數字稱重儀表，其特徵在於:所述主板I還包括備用電源接口電路16，所述備用電源接口電路16提供直流5V和直流12V電源，可以選擇為無線數傳電臺、微型印表機等外圍設備直接供電。
【文檔編號】G01G3/147GK104501920SQ201410781358
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】高樹紅, 朱新民, 高宇航, 高術軍, 王宏翔 申請人:承德市中瑞自動化工程有限公司