一种称重指示器 【技术领域】
本发明涉及电路领域，具体涉及一种称重指示器。
背景技术
目前市场上的称重指示器由称重传感器、电子放大电路、模拟-数字转换电路、数据处理电路和显示重量的显示器等部分组成，传感器接线时由于温差电势的影响，会造成零点不稳定，从而使得测量精确度不高，传感器激励电压没有过流保护，可靠性差。另外现有称重指示器还存在产品体积大，各模块之间用并行总线传输数据，使整机的线路复杂，成本高等缺点，而且不能显示汉字，人机界面差。
【发明内容】
本发明的一个目的在于提供一种更加精确可靠的称重指示器，能够克服以上缺点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种称重指示器，包括单片机，称重传感器与AD转换电路连接，AD转换电路通过第一总线与单片机连接，单片机通过第一总线与字库连接，单片机还通过第二总线与存储单元连接，单片机通过显示器接口与显示器连接，单片机通过键盘接口与键盘连接，单片机还与电源模块连接，其特征在于该AD转换电路包括与称重传感器连接的模数转换电路，称重传感器的输出端与该模数转换电路的模拟输入端连接，该模数转换电路与第一总线连接，称重传感器与交流激励电路连接，交流激励电路与交流激励驱动电路连接，该交流激励驱动电路与模数转换电路连接，该交流激励驱动电路与过流保护电路连接，该过流保护电路与重启动电路连接，重启动电路与单片机IO口线连接，过流保护电路与交流激励电路连接。
单片机还通过热敏打印机接口与仪表内置热敏打印机连接。单片机还与外接打印机接口和通信接口连接，便于与外接打印机连接，同时可以将数据通过通信接口进行异地传送。
本发明的优点在于采用过流保护电路对交流激励电路的输出进行采样处理后反馈给交流激励驱动电路，从而实现对传感器交流激励电源的可靠保护，避免了因外部故障造成的仪表损坏。重启动电路提供了在外部电路瞬间故障的情况下，系统自动恢复工作的可能性，使系统更加稳定。电源切换电路在交流供电时能完全切断直流电源，避免了直流电源的消耗。在直流供电时，交直流转换电路的反馈电路没有电流通过，避免了直流电源的额外消耗，延长了直流电源的工作时间。采用了交流激励的称重传感器供桥电源和相应的AD转换器，消除了传感器接线的温差电势的影响，零点非常稳定。采用了ARM7系列单片机作为中央处理单元，计算速度快，接口功能强大。采用字符图形显示模块和LED数码管的混合显示方式，操作直观方便，人机界面友好。
【附图说明】
图1为本发明的电路框图
图2为AD转换电路的电路框图
图3为AD转换电路的电路图
图4为电源切换电路的电路框图
图5为电源切换电路的电路图
图6为显示器的电路框图
图7为显示器的电路图
图8为键盘接口电路的电路图
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
一种称重指示器，包括单片机3，称重传感器1与AD转换电路2连接，AD转换电路2通过第一总线即SPI总线18与单片机3连接，单片机3通过第一总线18与字库4连接，单片机3还通过第二总线即I2C总线19与存储单元7连接，单片机3通过显示器接口9与显示器8连接，单片机3通过键盘接口10与键盘11连接，单片机3还与电源模块20连接，其特征在于该AD转换电路2包括与称重传感器1连接的模数转换电路22，称重传感器1的输出端与该模数转换电路22的模拟输入端连接，该模数转换电路22与第一总线18连接，称重传感器1与交流激励电路23连接，交流激励电路23与交流激励驱动电路24连接，该交流激励驱动电路24与模数转换电路22连接，该交流激励驱动电路24与过流保护电路25连接，该过流保护电路25与重启动电路26连接，重启动电路26与单片机3的IO口线连接，过流保护电路25与交流激励电路23连接。在本发明中，存储单元7为EEPROM。
如图3所示，交流激励电路23为：第一场效应管Q5的源极与电源连接，第一场效应管Q5的漏极与第二场效应管Q6的漏极连接，第二场效应管Q6的源极与过流保护电路25的输入端即采样电阻R35的一端连接，第三场效应管Q4的源极与电源连接，第三场效应管Q4的漏极和第四场效应管Q3的漏极连接，第四场效应管的源极与过流保护电路5的输入端即采样电阻R35的一端连接，第一场效应管Q5和第二场效应管Q6的连接处为激励电源的一个输出端，与称重传感器1的一个输入端连接，第三场效应管Q4和第四场效应管Q3的连接处为激励电源的另一个输出端，与称重传感器1的另一输入端连接，该四个场效应管的栅极与交流激励驱动电路24连接。
交流激励驱动电路24的电路为：第一与非门U7A的一个输入端与模数转换电路22的ACX端连接，第一与非门U7A的另一输入端与过流保护电路25的输出端连接，第一与非门U7A的输出端与第一场效应管Q5的控制端连接，第二与非门U7B与第一与非门U7A并联连接，第三与非门U7C的一个输入端与模数转换电路2的ACX端连接，第三与非门U7C的另一输入端与过流保护电路5的输出端连接，第三与非门U7C地输出端与第三场效应管Q4的栅极连接，第四与非门U7D与第三与非门U7C并联连接，第四场效应管Q3的栅极与模数转换电路2的ACX端连接，第二场效应管Q6的栅极与模数转换电路2的ACX端连接。在该实施例中，第一与非门U7A与第二与非门U7B并联以提高驱动能力，第一与非门U7C与第二与非门U7D并联以提高驱动能力。
过流保护电路25的电路为：该过流保护电路25的输入端即为采样电阻R35的一端，采样电阻R35的另一端接地，该过流保护电路5的输入端还通过电阻R36与第一比较器U5B的正输入端连接，第一比较器U5B的正输入端还通过电容C36接地，第一比较器U5B的负输入端通过电阻R44接电源，第一比较器U5B的负输入端同时通过电阻R45接地，第一比较器U5B的负输入端还通过串联连接的电容C34和电阻R43接电源，第一比较器U5B的输出端与第一比较器U5B的正输入端之间连接有反馈电阻R41，第一比较器U5B的输出端还与第二比较器U5A的负输入端连接，第二比较器U5A的正输入端通过电阻R33接电源，第二比较器U5A的正输入端还通过电阻R40接地，第二比较器U5A的输出端通过第八电阻R34接电源，第一比较器U5B的输出端还通过第九电阻R37接电源，第二比较器U5A的输出端即为该过流保护电路25的输出端。
重启动电路26的电路为：第一总线18的重启信号端CAL-E与电容C37的一端连接，电容C37的另一端与二极管D13的正极连接，二极管D13的负极接地，电容C37的另一端还通过电阻R46与第一比较器U5B的正输入端连接。
模数转换电路22通过交流激励驱动电路24使得交流激励电路23的第一场效应管Q5、第四场效应管Q3或第三场效应管Q4、第二场效应管Q6分时导通，形成交流方波形式的传感器激励电压；传感器激励电流流过过流保护电路5的采样电阻R35。电路上电开始工作时，由于电容C34和C36使得第一比较器U5B的输出端保持在低电平，第二比较器U5A的输出端保持在高电平，这时与非门U7A～U7D的输出受模数转换电路22的控制按正常状态工作。当传感器激励电路过流或出现短路故障时，过流保护电路25的采样电阻R35两端的电压降超过电阻R44和电阻R45的分压值，第一比较器U5B翻转，U5B的输出端出现高电平，使得第二比较器U5A翻转。U5A的输出端为低电平，使得交流激励驱动电路24的四个与非门U7A～U7D的输出端锁定在高电平，使得交流激励电路23中的第三场效应管Q4和Q5立即截止，切断了称重传感器1的激励电源，防止电路中各器件损坏。第一比较器U5B输出端出现的高电平通过反馈电阻R41加在第一比较器U5B的正输入端，使得比较器一直维持在翻转状态。
在单片机的控制下，重启信号端CAL-E加上一个负脉冲电压，通过重启动电路26的电容C37和第一电阻R46耦合到过流保护电路25的第一比较器U5B的正输入端，可以使第一比较器U5B恢复正常状态，二极管D13为电容C37提供了放电通道。可以在单片机中设定单片机再启动次数，使得系统在稳定故障的状态下维持在保护状态。
AD转换电路2采用过流保护电路对交流激励电路的输出进行采样处理后反馈给交流激励驱动电路，从而实现对传感器交流激励电源的可靠保护，避免了因外部故障造成的仪表损坏。重启动电路提供了在外部电路瞬间故障的情况下，系统自动恢复工作的可能性，使系统更加稳定。
从图4可以看出，电源模块包括交流电源接口15，直流电源接口17，交流电源接口15和直流电源接口17通过电源切换电路16与单片机3连接。其中如图4所示，电源切换电路包括稳压器42，该直流电源接口17与稳压器42的第一输入端连接，稳压器42的输出端与稳压输出端48连接，交流电源接口15与交直流转换电路44的输入端连接，交直流转换电路44的第一输出端与稳压输出端48连接，交直流转换电路44的第二输出端与交流电源检测电路45的输入端连接，交流电源检测电路45的输出端与直流电源控制电路46的第一输入端连接，直流电源控制电路46的第二输入端与单片机连接，直流电源控制电路46的输出端与稳压器42的控制端连接。交流电源接口15和直流电源接口17的自动切换实现了市电和电池供电的自动切换，方便用户使用，延长了备用电池的使用时间。稳压输出端48输出电压供整个称重指示器各元件使用。
如图5所示，交直流转换电路44包括交直流转换模块49和反馈模块40，交直流转换模块49的第一输入端与交流电源接口43连接，该交直流转换模块49的输出端与稳压输出端48连接，交直流转换模块49内包括一个变压器B1，变压器B1的次级输出端与交流电源检测电路5的输入端连接，交流电源检测电路45的输出端与反馈模块40的输入端连接，反馈模块的输出端与交直流转换模块的第二输入端连接。其中交直流转换模块49和反馈模块40均为现有技术，在此不再赘述。其中U15的型号为TL431。
交流电源检测电路45的电路为：交直流转换模块49的变压器B1次级输出端与第一二极管D27的正极连接，第一二极管D27的负极与电容C77的一端连接，电容C77的另一端接地，第一二极管D27的负极即为交流电源检测电路45的输出端，与稳压输出端48的AC-ON端口连接。
直流电源控制电路46的电路为：稳压二极管D28的负极与交流电源检测电路45的输出端连接，稳压二极管D28的正极通过第一电阻R128与第一三极管Q11的基极连接，第一三极管Q11的发射极接地，第一极管Q11的集电极与稳压器42的控制端连接，第一三极管Q11的基极还与第二电阻R129的一端连接，第二电阻R129的另一端与第二三极管Q12的集电极连接，第二三极管Q12的发射极接地，第二三极管Q12的集电极还通过第五电阻与稳压器42的输入端连接，第二三极管Q12的基极与第三电阻R125的一端连接，第三电阻R125的另一端与第四电阻R131的一端连接，第四电阻R131的另一端与单片机3的DC-ON端口连接，单片机3的DC-ON端口通过第五电阻R132接地，第一三极管Q11的基极还与第二二极管D25的正极连接，第二二极管D25的负极与单片机3的ON/OFF端口连接，稳压器2的输出端通过第六电阻R121和第一电容C81与第二三极管Q12的基极连接，第六电阻R121和第一电容C81的连接点还与第三二极管D26的正极连接，第三二极管D26的负极与单片机3的ON/OFF端口连接。
其中稳压器2为带关断控制的LDO线性稳压器为核心的直流供电稳压电路，该技术为现有技术，在此不再赘述。交直流转换电路4的交直流转换模块和反馈模块也为现有技术，在此不再赘述。
单片机3的ON/OFF端口为按键控制开电源信号，对地短路为开电源，单片机3的DC-ON端口为单片机控制直流电源的开关信号，高电平为开，低电平为关。
用直流供电时，因为交流电源检测电路45提供的AC-ON信号电压为零，交直流转换电路44的反馈模块没有电流通过，直流电源无额外的电流消耗。交流电源供电时，交流电源检测电路45输出的AC-ON信号为高电平，经直流电源控制电路46的稳压二极管D28和电阻R128使三极管Q11导通，将稳压器42关断，直流电源停止工作。
图6～图7示出了显示器8的电路框图和电路图。本发明的显示器采用LCD点阵模块和LED数码管组成双显示，其中LCD模块可以显示汉字信息，LED数码管显示称重数据。显示器8包括LED模块35，LCD模块32，LED驱动电路34的输出端与LED模块35输入端连接，LED驱动电路34的输入端与译码电路33的输出端连接，译码电路33的输入端与显示器接口9连接，LCD模块32的输入端与显示器接口9连接。显示器接口9的电源端通过稳压电源36与LCD模块32的电源端连接。如图7所示，译码电路33包括第一或门U5C，显示器接口9的LCD-WR端和LCD-RD端及该第一或门U5C的输入端连接，该第一或门U5C的输出端和LED驱动电路34的STB端连接，显示器接口9的D0端和D1端分别与LED驱动电路34的DIO端和CLK端连接。根据本发明的另一实施例，显示器接口9的D0端与第二或门的输入端连接，第二或门的输出端与LED驱动电路34的DIO端连接，显示器接口9的D1端与第三或门的输入端连接，第三或门的输出端与LED驱动电路34的CLK端连接。
在该方案中，LCD模块32采用原来的电路，用LCD-CS作为模块的选通信号，因为在LCD模块32的驱动信号时序中，LCD-WR和LCD-RD不能同时为低电平，因此用LCD-WR和LCD-RD同时为低电平的状态作为LED驱动电路34的选通信号LED-CS，防止驱动两个模块的信号互相干扰。
显示器接口9可以同时驱动LCD模块和LED模块，接口通用性强，该方法的限制条件是LCD-WR和LCD-RD信号应用单片机通用IO引脚仿真产生，而不能用标准的单片机控制总线信号。LED和LCM模块共用接口的方法，用同一主板实现了产品系列化，既可以驱动单一的LCD点阵显示模块，也可以驱动由LCD点阵显示模块和LED数码管组成的显示板。
在图7中，J1采用接口插座，U1采用SPX11117M3-3.3，U4和U3采用3位数码管，U2采用CS1694，U5C采用74HCT32。
图8为键盘接口的电路图。该键盘接口包括接口电路和键盘矩阵，接口电路设有n根引线，每根引线分别通过电阻接表示键无效的地电平或高电平，其特征在于键盘矩阵包括多个按键，每个按键标识为Kij，其中i表示列，j表示行，i＝0～n-2，j＝1～n-1，i＜j。其中第i列的按键的一端均与第i根引线串联连接，第j行的按键的另一端均与第j根引线串联连接。如图所示，该8条引线的键盘矩阵包括28个按键，每个按键表示Kij，其中i＝0～6，j＝1～7，i＜j。第0列按键的一端均与第一根引线P0.0连接，第1列按键的一端均与第二根引线P0.1连接，第2列按键的一端均与第三根引线P0.2连接，第3列按键的一端均与第四根引线P0.3连接，第4列按键的一端均与第五根引线P0.4连接，第5列按键的一端均与第六根引线P0.5连接，第6列按键的一端均与第七根引线P0.6连接，第7列按键的一端与第八根引线P0.7连接，第1排按键的另一端与第二根引线P0.1连接，第2排按键的另一端均与第三根引线P0.2连接，第3排按键的另一端均与第四根引线P0.3连接，第4排按键的另一端均与第五根引线P0.4连接，第5排按键的另一端均与第六根引线P0.5连接，第6排按键的另一端均与第七根引线P0.6连接，第7排按键的另一端均与第八根引线P0.7连接。
单片机依次使用其中一根引线为输出引脚并驱动为有效电平，同时使其它引线为输入端，再检测这些引线的电平是否有效，即可判断出哪一按键闭合。由于任一时刻，仅有一个引线为输出状态，故可省去隔离电路而不会造成短路损坏。用该方法，单片机的n个IO引脚最多可连接n×(n-1)/2个按键。
称重指示器通过传感器接口1与应变式称重传感器(图中未画出)连接。称重指示器通过AD转换电路2向称重传感器提供带有过流和短路保护的交流激励电源，称重传感器输出与激励电压和重物重量的乘积成正比的信号电压。信号电压通过以激励电压为参考电压的AD转换电路2转换成仅与重量成正比的数字信号，通过SPI总线18输入到单片机(CPU)3，单片机3通过数学处理计算出真实的重量，重量数据通过LED和LCM模块共用的显示器接口9送入LED和LCM模块显示器组件8显示出来。重量数据也可以通过I2C总线19送入EEPROM数据存储器7存储起来，在需要的时刻可以再取出来。重量数据也可以通过热敏打印机接口6和热敏打印机5打印出来，或通过外接打印机接口12和外接打印机(图中未画出)打印。重量数据还可以通过通讯接口13与上位机或其它设备(图中未画出)连接，传输重量数据或接收控制指令。单片机3通过键盘接口10与键盘11连接，操作人员通过键盘控制称重显示器的工作。称重显示器可以使用交流电网通过AC电源接口15和AC-DC转换电路14供电，也可以使用外接直流电源通过DC电源接口17供电，两路供电通过专利技术的电源切换电路16控制，使DC接口的外接后备电池的消耗降低到最小。