動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1、動(dòng)態(tài)稱重系2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及性能拒標(biāo)統(tǒng)總體設(shè)計(jì)匸業(yè)豹態(tài)稱重系統(tǒng)由嵌入式稱車儀農(nóng)、稱車來感器及機(jī)械稱垂臺(tái)面組成。當(dāng)物料被踴加到稱重臺(tái)血時(shí)，安裝在臺(tái)面下的稱更傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為徹弱電信號(hào)，傳遞給嵌入式稱重儀表，由欷蛋儀表完成也俏號(hào)的戰(zhàn)大、濾波"摸蠶轉(zhuǎn)換.以及宜時(shí)數(shù)捋赴理，同時(shí)烙處理過的數(shù)摭通過工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)傳給梵他設(shè)備.完成數(shù)據(jù)的顯示記嫩、報(bào)表打印及實(shí)時(shí)監(jiān)捋等工作圖2為動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖稱乖傳感器稱乖傳感器數(shù)據(jù)釆集嵌入式稱重儀表®2-1動(dòng)態(tài)稱亜系址體系給構(gòu)圖2AA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)實(shí)際工程項(xiàng)冃的總體規(guī)劃時(shí)，首先要冇一個(gè)好的設(shè)計(jì)思想及止確的設(shè)計(jì)原囲h依此為依據(jù)”經(jīng)過詳

2、盡的需求分析.綜A平衡條統(tǒng)中各功能訊件的性能使系統(tǒng)的性能達(dá)到攝優(yōu)*在進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱麵儀表的息林St計(jì)過程中，采取了以下設(shè)計(jì)原則h(1) 系統(tǒng)的構(gòu)成要只有一定的先進(jìn)性但同時(shí)也要葦慮到現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)的町行性*(2) 系統(tǒng)的提作性能要好，實(shí)用性耍強(qiáng)：(3) 系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠+便于檢測與堆修匸(4) 系統(tǒng)通用性好換件、軼件均詡有一定的擴(kuò)展余地*利于用戶的二按開發(fā)I(5) 具有好的性能價(jià)格比"2A2系統(tǒng)的性能指標(biāo)根據(jù)以上的設(shè)計(jì)原則，經(jīng)過大量的調(diào)研和市場調(diào)査，結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)外工業(yè)稱重儀表性能指標(biāo)充分征求了用戶意見.井根期現(xiàn)場工作的需求*擬定了以下的主要技術(shù)性能指標(biāo)：(1) 通訊接口2路串行通訊接口，包括1

3、路RS-232接口和I路RS-485接口；1路以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊，使儀表可以與工業(yè)以太網(wǎng)相連，可以通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)對稱重系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、數(shù)據(jù)共享、配置、設(shè)定、檢測和維護(hù)等操作；1路USBHOST接口和1路USBDEVICE接LU(2) 圖形操作界面采用彩色LCD及觸摸屏，實(shí)現(xiàn)完整的圖形操作界面(GUI),操作簡單、(3) 菲態(tài)稱重精度靜態(tài)稱重精度不低于0.】(4) 抗干擾性能振幅2mm,頻率3Hz以上振動(dòng)環(huán)境下稱量精度不低于0.5%。(5) 響應(yīng)速度階躍信號(hào)響應(yīng)時(shí)間(動(dòng)態(tài)稱量誤差小于3%時(shí))小于200ms。(6) 電壓范圍AC：220V(土】0%-15%>,50Hz；2.2系

4、統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌入式動(dòng)態(tài)稱重儀表的硬件部分主要由嵌入式微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊和LCD顯示、觸摸屏等人機(jī)接口等模塊組成軟件部分主要包括嵌入式操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸以及系統(tǒng)設(shè)賈等模塊.嵌入式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的硬件與軟件組成如圖2-2所示。嵌入式操作系統(tǒng)軟件硬件圖2-2做入式動(dòng)態(tài)稱重儀表的組處在硬件設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)采用功能較強(qiáng)的32位條入式處理器及其硬件平臺(tái),建立實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，使稱乖系統(tǒng)開發(fā)更容易，便于維護(hù)，提島開發(fā)效率、便于系統(tǒng)的升級(jí)和移植。處理器的運(yùn)算能力可以滿足動(dòng)念稱重的數(shù)抵處理的要求。人機(jī)交B部分使用高密度點(diǎn)陣LCD顯示器及觸模屏，建立圖形用戶

5、界血,包含漢字字庫、繪圖控件、展本繪圖函數(shù)等.屣于圖形用戶界面設(shè)計(jì)人性化的人機(jī)交互界而，各項(xiàng)操作直觀、簡潔，笹種操作提示符均可山中文顯示.同時(shí)圖形化的操作界面使用戶可以拋開說明書進(jìn)行操作，方便用戶使用。通訊模塊實(shí)現(xiàn)各沖通信接口，包括USB接口、串行通信接口和網(wǎng)絡(luò)接口。通過網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化稱審儀表功能，應(yīng)用嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(webserver),町以通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)對稱璽系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、數(shù)據(jù)共寧、配國、設(shè)定、檢測和維護(hù)等操作.在PC機(jī)上能建“個(gè)虛擬儀表終端，對實(shí)際稱重儀表進(jìn)行檢測)能將虛擬儀表終端中配迓的參數(shù)通過Internet網(wǎng)絡(luò)下我到實(shí)際儀農(nóng)終端上。現(xiàn)場數(shù)施輸入/輸出模塊用來輸入銜岀各種工業(yè)

6、信號(hào)，包括模擬輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字駅輸入模塊和數(shù)字呈輸出模塊。在左成系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)軟件的方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的軟件劃分為以下層次和模塊：(1) 系統(tǒng)層，包括操作系統(tǒng)的移植配置、硬件驅(qū)動(dòng)程序；(2) 人機(jī)交互的軟件模塊、圖形界面層；(3) 數(shù)據(jù)采集和處理模塊：(4) 數(shù)據(jù)通訊模塊。為滿足動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的要求，需要一個(gè)實(shí)時(shí)性能好、穩(wěn)定性高、啟動(dòng)速度快的操作系統(tǒng)平臺(tái)。選用“C/OS-I!作為操作系統(tǒng)，“C/OS.II實(shí)時(shí)性好，啟動(dòng)時(shí)間短，但其功能不如Linux強(qiáng)大，需要增加網(wǎng)絡(luò)等功能模塊。而Linux操作系統(tǒng)功能強(qiáng)大，各個(gè)功能模塊可以配置和剪裁，但其啟動(dòng)時(shí)間長，實(shí)時(shí)性相對較差，

7、不能滿足本系統(tǒng)的需要。數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)主嬰內(nèi)容是，采集稱重傳感器的測呈數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)濾波與數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重。作為工業(yè)稱重儀表，應(yīng)充分考慮到工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，特別注璽抗于擾性能的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都應(yīng)為提崗抗干擾性能而采取相應(yīng)拮施.保證儀表在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行數(shù)字濾波，來克服人的現(xiàn)場干擾，數(shù)據(jù)處理可以采用動(dòng)態(tài)稱電中的一些方法.采樣頻率耍求不小于120次/秒，并在采樣的間隔完成數(shù)據(jù)處理，達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。數(shù)據(jù)通訊模塊的設(shè)計(jì)巫滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求，增加對工業(yè)現(xiàn)場總線的支持。主嬰包括串口通信和TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn).詢者是工業(yè)現(xiàn)場總線接口，能與現(xiàn)場總線協(xié)議組

8、網(wǎng)通訊，通過RS485傳輸；后者用來完成自診斷并通過Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)、設(shè)置等功能.222系統(tǒng)碩件設(shè)計(jì)方案便件設(shè)計(jì)是圍繞著嵌入式動(dòng)態(tài)稱璽系統(tǒng)的功能進(jìn)廳設(shè)計(jì)的，是各通訊接口、圖形用戶接口和動(dòng)態(tài)稱重算法實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ).系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，上要設(shè)計(jì)包括：微處理器、模擬屋輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、RS>485和RS-232通訊模塊.以太網(wǎng)接口等電路。硬件系統(tǒng)采用核心板和底板結(jié)合的方式。圖2-3系統(tǒng)峽件結(jié)構(gòu)圖核心板的結(jié)構(gòu)如圖24所示，核心板電路是微處理器工作的最小系統(tǒng)，是系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)通訊的核心破件部分，主耍包括S3C2410,以及相應(yīng)的復(fù)位電路和系

9、統(tǒng)的時(shí)鐘電路，存儲(chǔ)系統(tǒng)和JTAG電路.其中存儲(chǔ)系統(tǒng)山SDRAM、NORFlash和NANDFlash電路組成。圖24ARM9核心硬件結(jié)構(gòu)底板電路主要由以下幾個(gè)部分組成：(1) AfD轉(zhuǎn)換電路：測屍稱取傳感器的模擬信號(hào)，采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器件CS5532對該模擬量進(jìn)行測雖。(2) D/A輸出電路：用于產(chǎn)生模擬控制信號(hào)，采用D/A轉(zhuǎn)換器件DAC8532.(3) 數(shù)字雖輸入輸出電路：可以作為稱棗系統(tǒng)與現(xiàn)場其它設(shè)備的數(shù)字量拎制網(wǎng)道使用.采用光電耦合器件隔離輸入輸出線路，消陰電磁干擾串行通訊電路：串行通訊電路主要包括RS-485通訊電路和RS-232電虬在電路設(shè)計(jì)上采用MAX485、MAX232芯片進(jìn)

10、行電平轉(zhuǎn)換，其中MAX485電路需要光耦隔離.RS-485通訊電路用F系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的通訊，RS-232主雯用來配置系統(tǒng)參數(shù)。(5) 以太網(wǎng)接口電路：采用CS8900A系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口芯片，該部分主要由以入網(wǎng)披口部分和以太網(wǎng)拎制部分構(gòu)成.以太網(wǎng)接口部分完成稱重系統(tǒng)與以太網(wǎng)找II電路的功能，控制器對所有模塊均有控制作用，使整個(gè)接口電路能協(xié)調(diào)冊配合人;續(xù)電路完成以太網(wǎng)的收發(fā)功能。(6) USB接口路：主要用來連接打印機(jī)打印數(shù)據(jù)，也可以和各種手持設(shè)簽進(jìn)行通信，用來設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)或采集數(shù)據(jù).(7) 觸摸屏和鍵盤電路：是用戶和系統(tǒng)進(jìn)行交互的接口，是圖形操作界血的碩件基礎(chǔ).用戶町以通過鍵盤和觸模屏設(shè)置各種參數(shù)

11、，同時(shí)在觸模屏上顯示用戶需要的信息。2.23系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，稱重系統(tǒng)中采用嵌入式操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)軟件具有多任務(wù)能力和模塊可剪裁功能，在執(zhí)行效率、程序代碼暈、通訊處理能力等方面何明顯優(yōu)勢.在完成微處理務(wù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、通訊接口及觸摸屏接口等硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上.編寫啟動(dòng)代碼和底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)和T.移植“C/0S-I1嵌入式操作系統(tǒng)。在移植嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別移檢i配迓“C/GUI圖形用戶界面及嵌入式TCP/IP協(xié)議棧Lwip.最后編寫應(yīng)用稈序，丈現(xiàn)丼個(gè)模塊的具體功能，主要包括圖形操作界面、TCP/IP通訊、串行通訊、數(shù)據(jù)處理(FIR濾波和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償)

12、等模塊.系統(tǒng)軟件組成如圖25。FIR濾波動(dòng)態(tài)補(bǔ)償串行通訊TCP/IP通訊uC/GUI圖形界而uC/OS】I操作系統(tǒng)中斷處理程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)代碼圖25系統(tǒng)軼件組成軟件部分的設(shè)計(jì)主要有：(1) 硬件系統(tǒng)啟動(dòng)代碼的實(shí)現(xiàn).啟動(dòng)代碼杲系統(tǒng)上電復(fù)位后最先執(zhí)行的部分，完成對于系統(tǒng)的初始化丁作，采用基于ARM核的匯編語言編寫.它主耍實(shí)現(xiàn)向呈表定義、堆棧初始化、系統(tǒng)變量的初始化、中斷系統(tǒng)初始化、I/O初始化、外圍初始化、地址映射等操作.(2) “C/0SJ1嵌入式操作系統(tǒng)的移槓。/zC/OS-II的移植主要任務(wù)是重新編弓與處理器和編譯器相關(guān)的代碼，這些代碼包括：與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型的重定義、開關(guān)中斷的代碼

13、、堆棧的增長方向、任務(wù)堆戰(zhàn)初始化函數(shù)、任務(wù)切換函數(shù)等等。*(3) 圖形操作界血.主要包括“C/GUI的移槓，稱審系統(tǒng)各個(gè)界而的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，及健盤處理等功能。(4) 數(shù)據(jù)處理：包括模擬雖采集和開關(guān)星采集，模擬雖采集主要指啟動(dòng)CS5532進(jìn)行模擬雖到數(shù)字盤的轉(zhuǎn)換.檢測到轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重算法，即FIR濾波算法和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法的實(shí)現(xiàn)。(5) 串行通信：串口驅(qū)動(dòng)模塊完成對串【的操作，實(shí)現(xiàn)對串口的初始化，包括數(shù)據(jù)位、停止位、波特率設(shè)置，初始化向址中斷控制器，向上層提供垂木的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，上層可調(diào)用讀寫函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。TCP通信：這部分主要完成的功能有，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)芯片CS8900A