一種電子秤節省功耗的電路系統及方法與流程

2024-03-03 13:38:15 1

本發明屬於電子秤技術領域，特別涉及一種用於電子秤節省功耗的的裝置及方法。

背景技術：

隨著電子秤的快速發展，為了節約能源，提高電子秤的使用壽命和效率，市面上出現了許多採用低功耗技術的電子秤。目前電子秤實現低功耗的典型做法是：

(1)選用阻抗較高的稱重傳感器，降低激勵電流；

(2)降低稱重傳感器激勵電壓；

(3)通過微處理器間歇開啟、關閉稱重傳感器的激勵源；

(4)選用功耗低的模數轉換晶片和微處理器。

雖然上述方法可以有效降低電子秤的功耗，但也存在一些不足之處，例如：降低稱重傳感器的激勵電壓會導致輸入信號變小，影響系統的信噪比，因此激勵電壓不能設置太低；通過微處理器間歇開啟、關閉稱重傳感器的激勵源會增加微處理器的資源開銷，加大軟體開發難度等等。

一般降低傳感器功耗的做法是：通過微處理器間歇開啟、關閉傳感器的激勵源，調整合適的(開/關激勵源)佔空比，在降低功耗的同時不影響稱重的響應速度。但這種做法會增加微處理器的資源開銷，增加微處理器的功耗，同時也加大了軟體開發難度。

技術實現要素：

基於此，因此本發明的首要目地是提供一種電子秤節省功耗的電路系統及方法，該電路系統及方法能夠在電子秤空閒狀態下不產生微處理器資源開銷，同時降低傳感器功耗，並簡化處理流程。

本發明的另一個目地在於提供一種電子秤節省功耗的電路系統及方法，該電路系統及方法能夠充分利用現有的微處理器資源，避免降低系統信噪比以及產生微處理器資源開銷，達到提升電子秤續航能力、節省能耗的效果。

經研究發現，目前電子秤的功耗主要來源於稱重傳感器。舉例：假如激勵電壓為5V，350ohm稱重傳感器的激勵電流可達14.3mA，而一般測量控制單元(模數轉換晶片、微處理器、存儲器)的功耗不超過5mA。而在實際應用中，電子秤大部分時間處於空秤閒置狀態，而傳感器的激勵電壓是一直開啟的，相當於傳感器的功耗被浪費掉了。如果可以大幅度降低傳感器的功耗，將可以有效地提升電子秤的續航能力。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種電子秤節省功耗的電路系統，其特徵在於該電路系統是在電子秤的模數轉換晶片裡增加一個激勵源控制單元，所述激勵源控制單元連接於模數轉換單元，且所述激勵源控制單元通過開關連接於稱重傳感器，電子秤通過激勵源控制單元自動完成稱重傳感器激勵源的間歇開啟、關閉，失調漂移調整以及超閥值喚醒微處理器操作。因此能夠在空秤閒置狀態下，不產生微處理器資源開銷的同時降低傳感器功耗。

所述激勵源控制單元還能通過中斷喚醒微處理器。

進一步，所述激勵源控制單元包括有激勵源控制開關和計時控制單元，激勵源控制開關連接稱重傳感器，而計時控制單元連接模數轉換單元。

進一步，所述激勵源控制單元還包括有比較單元和運算單元，運算單元接於模數轉換單元，比較單元則通過中斷喚醒信號喚醒微處理器。

更進一步，所述激勵源控制單元還包括有控制單元，運算單元接於模數轉換單元，並接於比較單元，比較單元又接於控制單元。

一種電子秤節省功耗的方法，其特徵在於該方法的步驟為：

101、電子秤歸零後，微處理器開啟定時器進行計時，當累計時間達到Δt後電子秤進入空閒狀態，Δt為電子秤從工作狀態變為空閒狀態的時間閥值；

如果期間電子秤執行其它操作，微處理器則對Δt清零。

102、進入空閒狀態後，微處理器把當前系統零點x、喚醒閥值Δx以及失調漂移調整值Δy(Δy≤Δx)寫入激勵源控制單元，然後設置激勵源的佔空比參數(aT/bT)，並使能激勵源控制單元；

其中T為模數轉換晶片的轉換周期，由模數轉換單元決定；a、b為正整數，a為激勵源關閉時間，b為周期總時間，(b-a)為激勵源開啟時間；

103、微處理器進入休眠狀態，以節省功耗；

104、激勵源控制單元關閉激勵源，經過aT後開啟激勵源並使能模數轉換單元；

t＝0時刻，激勵源控制單元關閉傳感器激勵源，t＝aT時刻，激勵源控制單元開啟傳感器激勵源並使能模數轉換單元，然後讀取當前模數轉換值y。

進一步，模數轉換單元對模數轉換值y進行判斷，並執行相應的操作；具體地說：

如果模數轉換值y<x+Δx，則表示電子秤沒有放置物品，激勵源控制單元則經過(b-a)T後關閉激勵源，然後進入下一個循環。

如果模數轉換值y<x+Δy，則視作系統的失調漂移，此時激勵源控制單元每個周期自動調整一次系統零點x＝y，其中y取bT時刻的模數轉換值。

如果模數轉換值y≥x+Δx，則表示電子秤此時放置了物品。激勵源控制單元通過外部中斷喚醒微處理器，微處理器讀取當前的系統零點x並調整軟體裡的系統零點，防止失調漂移產生的測量誤差。

105、微處理器被喚醒並調節系統零點後，清零激勵源控制單元的所有參數並關閉激勵源控制單元，然後進入正常稱重模式。

本發明所實現的系統及方法只需在模數轉換晶片增加激勵源控制單元，電子秤通過激勵源控制單元自動完成傳感器激勵源的間歇開啟、關閉，失調漂移調整以及超閥值喚醒微處理器操作，這樣可以不產生微處理器資源開銷的同時降低運行功耗，簡化軟體處理工作。

電子秤可以通過本發明節省傳感器、模數轉換晶片以及微處理器的功耗，達到提升其續航能力、節省能耗的目的。

附圖說明

圖1是本發明所實施的電路系統結構框圖。

圖2是本發明所實施激勵源控制單元局部1的結構示意圖。

圖3是本發明所實施激勵源控制單元局部2的結構示意圖。

圖4是本發明所實施激勵源控制單元局部3的結構示意圖。

圖5是本發明所實施節省功耗的方法的控制流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參照圖1所示，本發明所實施的電路系統，主要是電子秤的模數轉換晶片裡增加一個激勵源控制單元。所述激勵源控制單元連接於模數轉換單元，且所述激勵源控制單元通過開關連接於稱重傳感器，電子秤通過激勵源控制單元自動完成傳感器激勵源的間歇開啟、關閉，失調漂移調整以及超閥值喚醒微處理器操作。因此，在空秤閒置狀態下，不產生微處理器資源開銷的同時降低傳感器功耗。

所述激勵源控制單元還能通過中斷喚醒微處理器。

本電路系統所實施的激勵源控制單元的電路請參照圖2～4所示。

圖2所示，激勵源控制單元包括有激勵源控制開關和計時控制單元，激勵源控制開關連接稱重傳感器，而計時控制單元連接模數轉換單元。稱重傳感器的激勵源由計時控制單元來控制激勵源控制開關的斷開、閉合，計時控制單元由使能信號En來控制。

當En＝0時，計時控制單元停止計時並保持激勵源控制開關閉合；當En＝1時，計時控制單元從0開始計時，其中t1＝0～a表示激勵源控制開關處於斷開狀態，t2＝a～b表示激勵源控制開關處於閉合狀態。

模數轉換單元每個轉換周期(1T)都會翻轉電平，計時控制單元接收到電平翻轉信號後累加計數器(t＝t+1)。當t超過b時數值重新變為0。

圖3所示，激勵源控制單元還包括有比較單元和運算單元，運算單元接於模數轉換單元，比較單元則通過中斷喚醒信號喚醒微處理器。計時控制單元處於t2＝a～b期間，使能運算單元A(Cs＝1)。運算單元A根據當前模數轉換值y與系統零點x、喚醒閥值Δx來計算AD內碼是否超出範圍：z＝|y-x|-Δx。

如果比較單元A中z≥0，則表明AD內碼超出範圍。此時比較單元A會產生一個下降沿中斷，喚醒系統的微處理器。

圖4所示，激勵源控制單元還包括有控制單元、比較單元和運算單元，運算單元接於模數轉換單元，並接於比較單元，比較單元又接於控制單元。計時控制單元處於t2＝a～b期間，使能運算單元B(Cs＝1)。運算單元B根據當前模數轉換值y與系統零點x、失調漂移閥值Δy來判斷系統是否處於失調漂移：z＝|y-x|-Δy。

如果比較單元B中z≥0，表明系統處於加載物品中，控制單元B不進行失調漂移調整操作。如果z<0，則視作系統的失調漂移，控制單元B每個周期自動調整一次系統零點x＝y，其中y取bT時刻的模數轉換值。

因此，電子秤在空閒狀態下不產生微處理器資源開銷，以及降低傳感器功耗，其具體的實現過程如圖5所示為：

S101、電子秤歸零後，微處理器開啟定時器開始計時，當累計時間達到Δt後電子秤進入空閒狀態，Δt為電子秤從工作狀態變為空閒狀態的時間閥值。如果期間電子秤執行其它操作，微處理器則對Δt清零。

S102、電子秤進入空閒狀態後，微處理器把系統零點x、喚醒閥值Δx以及失調漂移調整值Δy(Δy≤Δx)寫入激勵源控制單元。

S103、設置激勵源的佔空比參數(aT、bT)，並使能激勵源控制單元(En＝1)。其中T為模數轉換晶片的轉換周期，由模數轉換單元決定；a、b為正整數，a為激勵源關閉時間，b為周期總時間，(b-a)為激勵源開啟時間。

S104、上述操作完畢後，微處理器進入休眠狀態，節省功耗。

S105、t＝0時刻，激勵源控制單元關閉傳感器激勵源。

S106、t＝aT時刻，激勵源控制單元開啟傳感器激勵源並使能模數轉換單元，然後讀取當前模數轉換值y。

S107、如果模數轉換值y<x+Δy(Δy≤Δx)，則視作系統的失調漂移。激勵源控制單元每個周期自動調整一次系統零點x＝y，其中y取bT時刻的模數轉換值。

S108、如果模數轉換值y<x+Δx，則表示電子秤沒有放置物品。激勵源控制單元則經過(b-a)T後自動關閉激勵源和模數轉換單元，然後進入下一個循環。

S109、如果模數轉換值y≥x+Δx，則表示電子秤此時放置了物品。激勵源控制單元通過下降沿中斷喚醒微處理器，微處理器讀取當前的系統零點x並調整軟體裡的系統零點，防止失調漂移產生的測量誤差。

S110、微處理器被喚醒並調節系統零點後，微處理器清零激勵源控制單元的所有參數並關閉激勵源控制單元，然後進入正常稱重模式。

本發明所實現的系統及方法只需在模數轉換晶片增加激勵源控制單元，電子秤通過激勵源控制單元自動完成傳感器激勵源的間歇開啟、關閉，失調漂移調整以及超閥值喚醒微處理器操作，這樣可以不產生微處理器資源開銷的同時降低運行功耗，簡化軟體處理工作。

電子秤可以通過本發明節省傳感器、模數轉換晶片以及微處理器的功耗，達到提升其續航能力、節省能耗的目的。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。