一种快速高精度的称重仪及其检测方法与流程

本发明涉及一种称重设备，特别是一种快速高精度的称重仪及其检测方法。

背景技术：

现有的高速秤、组合秤等高速计量称重设备的检测被测物体的重量信号的方式基本均采用专用的称重芯片，如tiadi7190cs5532等，称重传感器连接必须连接相应的专用的称重芯片，通过这些专用的称重芯片对称重信号直接进行转换，由于输入信号是由传感器直接输出，传感器输出的信号非常微弱，因此在干扰方面存在比较明显的缺陷，表现在数据采集不稳定、零漂、重复性差等缺陷。

同时，各类专用的称重芯片一般只针对被测物体为特定的材料进行设计，专用的称重芯片内设置有固定且具体的参数，此参数则影响了输入信号在称重芯片中增益、滤波的处理，例如一般的称重芯片在对输入信号处的增益时使用有限制的(2的n次方)软件放大，每款专用的称重芯片对应特定材料对应，测量不同材料的重量，需要相应配置对应的称重设备，导致其应用范围受到极大的限制，在实际操作中测量速度缓慢，使得处理的数据结果无法满足高速、高精度高稳定性的要求。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种快速高精度的称重仪及其检测方法。

本发明采用的技术方案是：

一种快速高精度的称重仪，包括至少一个用于检测被测物体重量信号的电桥式的称重传感器、至少一个电源模块、至少一个低通滤波器、至少一个信号放大器、主控模块、通讯输出端，电源模块对接入的外部电源进行变换以为称重传感器、主控模块供电，称重传感器、低通滤波器、信号放大器、主控模块依次电性连接，该主控模块通过通讯输出端向外部设备输出经过低通滤波以及信号放大后的重量信号。

所述称重传感器、低通滤波器、信号放大器包括有三组，每组称重传感器、低通滤波器、信号放大器对应依次连接并且每组的信号放大器与主控模块电性连接以将重量信号输入到主控模块中。

所述电源模块包括降压电路以及恒流源电路，所述降压电路的输入端与外部电源电性连接，并且将输入的电压降压处理后为主控模块供电，同时降压电路的输出端与恒流源电路的输入端电性连接，恒流源电路用于调制恒定电流以为称重传感器供电。

所述恒流源电路包括比较器u5，该比较器u5的输入端与降压电路的输出端电性连接，该比较器u5的输出端与称重传感器电性连接，该比较器u5的反馈端与比较器u5的输出端电性连接以保持电流的恒定。

所述主控模块包括主控芯片、分别与主控芯片、信号放大器电性连接的a/d转换电路、储存有用于指导主控芯片对输入的重量信号进行处理的若干种滤波函数模式的存储模块，该主控芯片分别与存储模块、通讯输出端电性连接。

所述主控模块还包括用于选取存储模块中滤波函数模式的选择模块，该选择模块与主控芯片电性连接。

一种快速高精度的称重仪的检测方法，包括至少一个用于检测被测物体重量信号的电桥式的称重传感器、至少一个电源模块、至少一个低通滤波器、至少一个信号放大器、主控模块、通讯输出端，电源模块为称重传感器、主控模块供电，称重传感器、低通滤波器、信号放大器、主控模块、通讯输出端依次电性连接，称重传感器检测被测物体重量信号，输入到低通滤波器进行硬件滤波处理以及输入到信号放大器进行信号放大处理后输出到主控模块中，主控模块对输入的重量信号进行软件滤波处理后通过通讯输出端向外部设备输出。

所述称重传感器、低通滤波器、信号放大器包括有三组，每组称重传感器、低通滤波器、信号放大器对应依次连接并且每组的信号放大器与主控模块电性连接以将重量信号输入到主控模块中，主控模块接收每组信号放大器传输来的重量信号并且对每组的重量信号进行软件滤波处理，再将经过软件滤波处理后的重量信号通过通讯输出端向外部设备输出。

所述主控模块包括主控芯片、分别与主控芯片、信号放大器电性连接的a/d转换电路、储存有用于指导主控芯片对输入的重量信号进行处理的若干种滤波函数模式的存储模块、选取存储模块中滤波函数模式的选择模块，该主控芯片分别与存储模块、选择模块、通讯输出端电性连接，选择模块发送选取信号到主控芯片选取存储模块中的滤波函数模式，主控芯片接收重量信号并且以选取的滤波函数模式对重量信号进行软件滤波处理，再将经过软件滤波处理后的重量信号通过通讯输出端向外部设备输出。

所述滤波函数模式包括巴特沃斯低通滤波模式和/或中位值滤波模式和/或算术平均滤波模式和/或递推平均滤波模式和/或中位值平均滤波模式和/或一阶滞后滤波模式和/或加权递推平均滤波模式和/或消抖滤波模式和/或低通数字滤波模式。

本发明的有益效果：

本发明称重仪，电源模块、称重传感器、低通滤波器、信号放大器、主控模块依次电性连接，称重传感器采用电桥式传感器，检测被测物体的重量信号，将微弱的重量信号经过低通滤波器的滤波处理，并且经过信号放大器的放大，使得重量信号更快速、精准地输入到主控模块中进行处理，当有多组信号输入时，有利于主控模块进行判断处理。

此处的电源模块中包括恒流源电路为称重传感器供电，避免了外部电源的波动或干扰而导致的称重传感器输入错误数据。

在检测方法中，存储模块中储存有若干种滤波函数模式，本设计先对称重传感器输入的重量信号进行硬件滤波处理，输入到主控芯片后根据滤波函数模式再对重量信号进行软件滤波处理，使得最终输出的重量结果更加稳定可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明称重仪的原理图。

图2是本发明主控模块的电路图。

图3是本发明电源模块的电路图。

图4是本发明称重传感器、低通滤波器、信号放大器的电路图。

图5是本发明称重仪检测流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明称重仪，包括至少一个用于检测被测物体重量信号的电桥式的称重传感器1、至少一个电源模块2、至少一个低通滤波器3、至少一个信号放大器4、主控模块5、通讯输出端6，电源模块2对接入的外部电源进行变换以为称重传感器1、主控模块5供电，称重传感器1、低通滤波器3、信号放大器4、主控模块5依次电性连接，该主控模块5通过通讯输出端6向外部设备输出经过低通滤波以及信号放大后的重量信号，此处通讯输出端6可以向显示屏等外部设备输送重量信息。

其中，本设计可以采用由一个称重传感器1、一个低通滤波器3、一个信号放大器4组成一组信号输入，本设计的优选实施方式可以是称重传感器1、低通滤波器3、信号放大器4包括有三组，每组称重传感器1、低通滤波器3、信号放大器4对应依次连接并且每组的信号放大器4与主控模块5电性连接以将重量信号输入到主控模块5中，本设计可以一次性对多组被测物体进行称量，称量更快速，可以大大降低成本，缩小设备的体积。

电源模块2、称重传感器1、低通滤波器3、信号放大器4、主控模块5依次电性连接，称重传感器1采用惠斯通电桥式传感器，检测被测物体的重量信号，将微弱的重量信号经过低通滤波器3的滤波处理，并且经过信号放大器4的放大，使得重量信号更快速、精准地输入到主控模块5中进行处理，当有多组信号输入时，有利于主控模块5进行判断处理。

在电源模块2上，如图3所示，电源模块2包括降压电路21以及恒流源电路22，所述降压电路21的输入端与外部电源电性连接，并且将输入的电压降压处理后为主控模块5供电，同时降压电路21的输出端与恒流源电路22的输入端电性连接，恒流源电路22用于调制恒定电流以为称重传感器1供电，此处的电源模块2中包括恒流源电路22为称重传感器1供电，避免了外部电源的波动或干扰而导致的称重传感器1输入错误数据。

此处的降压电路21可采用降压芯片实现，本设计降压电路21外接9v电压，将9v电压降到5v电压后输入到恒流源电路22，同时载将5v电压降到3.3v为主控模块5供电，恒流源电路22包括比较器u5，该比较器u5的输入端与降压电路21的输出端电性连接，该比较器u5的输出端与称重传感器1电性连接，该比较器u5的反馈端与比较器u5的输出端电性连接以保持电流的恒定，此处的5v输入恒流源电路22前还可以用稳压管d1进行稳压。

如图4所示，称重传感器1(惠斯通电桥式)工作原理是当传感器外部受力或发生形变时，其电桥因外部压力或形变发生阻值变化，这种阻值的变化导致电桥不再平衡，当电桥外部因恒流源电路22激励，将会产生一个输出电压。vo＝irg，vo是输出电压，i是电流，rg为电桥电阻改变量。

通过上述公式可知，输出电压与供电电压没有任何关系，因此i是恒定值，所以输出电压与电阻改变量成严格的正比关系。

低通滤波器3通过电容r10、r11、c14、c15过滤外部干燥的噪声，使用lc低通滤波电路，主要用于传感器输出信号的滤波，滤除高频干扰成分使称重传感器1输入到信号放大器4的信号为真实信号，使外部干扰信号对信号的影响降到最低，信号放大器4通过硬件ad620或ad623等仪表级精密放大，仪表级低噪声精密运放，用于将传感器输出的微弱的电压信号进行放大，放大倍数可以根据传感器的参数进行设计，选用不同的精密反馈电阻，使放大增益达到最佳值，其中本设计优选可使其满量程输出达到2v，同时避免了使用称重专用芯片的增益限制为2的n次方的软件放大，使得结果更精确。

如图1所示，主控模块5包括主控芯片51、分别与主控芯片51、信号放大器4电性连接的a/d转换电路52、储存有用于指导主控芯片51对输入的重量信号进行处理的若干种滤波函数模式的存储模块53，该主控芯片51分别与存储模块53、通讯输出端6电性连接。

主控模块51还包括用于选取存储模块53中滤波函数模式的选择模块54，该选择模块54与主控芯片51电性连接，此处的选择模块54可以是提供用户进行操控的功能按键。

主控模块51还包括用于选取存储模块53中滤波函数模式的选择模块54，该选择模块54与主控芯片51电性连接。

本设计的检测方法如下：如图5所示，称重传感器1检测被测物体重量信号，输入到低通滤波器3进行硬件滤波处理以及输入到信号放大器4进行信号放大处理后输出到主控模块5中，主控模块5对输入的重量信号进行软件滤波处理后通过通讯输出端6向外部设备输出。

倘若有多组的输入，每组称重传感器1、低通滤波器3、信号放大器4对应依次连接并且每组的信号放大器4与主控模块5电性连接以将重量信号输入到主控模块5中，主控模块5通过不同的串口分别接收每组信号放大器4传输来的重量信号并且对每组的重量信号进行软件滤波处理，再将经过软件滤波处理后的重量信号通过通讯输出端6向外部设备输出。

用户可以通过选择模块54发送选取信号到主控芯片51选取存储模块53中的滤波函数模式，主控芯片51接收重量信号并且以选取的滤波函数模式对重量信号进行软件滤波处理，再将经过软件滤波处理后的重量信号通过通讯输出端6向外部设备输出。

本设计的滤波函数模式包括巴特沃斯低通滤波模式和/或中位值滤波模式和/或算术平均滤波模式和/或递推平均滤波模式和/或中位值平均滤波模式和/或一阶滞后滤波模式和/或加权递推平均滤波模式和/或消抖滤波模式和/或低通数字滤波模式。

其中，中位值滤波模式为：连续采样n次(n取奇数)，把n次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。

算术平均滤波模式为：连续取n个采样值进行平均运算，n值较大时，信号平滑度较高，但灵敏度较低；n值较小时，信号平滑度较低，但灵敏度较高。

递推平均滤波模式为：把连续取n个采样值看成一个队列，队列的长度固定为n，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据(先进先出),把队列中的n个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。

中位值平均滤波模式为：相当于中位值滤波+算术平均滤波，连续采样n个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算n-2个数据的算术平均值。

一阶滞后滤波模式为：取a＝0-1，本次滤波结果＝(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。

加权递推平均滤波模式：对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权，通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大，给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低。

消抖滤波模式为：设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较，如果采样值＝当前有效值，则计数器清零，如果采样值大于或小于当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否大于或等于上限n(溢出)，如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。

低通数字滤波模式为：一阶滞后滤波，第n次采样后滤波结果输出值是(1-a)乘第n次采样值加a乘上次滤波结果输出值。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。