электронные весы

Формула изобретения

Электронные весы, содержащие микроЭВМ, выходы и входы которой подключены через порты ввода и вывода к выходам аналого-цифрового преобразователя, грузоприемную платформу, тензометрический датчик, устройство нагружения, передающее силовое воздействие от грузоприемной платформы на тензометрический датчик, первый и второй входы моста тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора синусоидального сигнала, а измерительная диагональ моста тензометрического датчика подключена через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого подключен к третьему выходу генератора синусоидального сигнала, при этом выход фазового детектора подключен на вход повторителя и второй вход дифференциального усилителя, а выход повторителя соединен последовательно с делителем напряжения, фильтром высоких частот, дифференциальным усилителем и интегратором, выход интегратора подключен на первый вход аналого-цифрового преобразователя, отличающиеся тем, что в них введены регистр, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, первый, второй входы и выходы регистра через порты ввода/вывода подключены к микроЭВМ, при этом выходы регистра соединены с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом компаратора, выход последнего подключен к третьему входу регистра, первый вход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу компаратора, при этом аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью работы в режиме обработки разности величины сигналов, поступающих на первый и второй входы аналого-цифрового преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к автомобильным и товарным весам.

Известны весы (авт. св. СССР 1559255 кл. G 01 G 9/00), содержащие блок обработки, в который входит аналогоцифровой преобразователь АЦП, грузоприемную платформу, датчик и устройство нагружения, передающее силовое воздействие от грузоприемной платформы на датчик, схему корректировки и блок обработки.

Весы работают следующим образом.

При установке контрольного груза, соответствующего наибольшему пределу взвешивания, АЦП устанавливает точное значение (масштаб), затем другим контрольным грузом, соответствующим наименьшему пределу взвешивания, устанавливается нуль АЦП, после чего разгружают грузоприемную платформу, при этом показания будут больше нуля. Нулевое значение показаний устанавливается схемой корректировки с помощью блока обработки за счет изменения питания. В дальнейшем груз взвешивается с учетом скорректированного нуля и масштаба.

Недостатком данных весов является применение схем корректировки значений веса через контрольный груз, снижающее их быстродействие.

Известны электронные весы (патент США 4782904 кл. G 01 G 19/40 88.11.08), содержащие микро-ЭВМ, входы и выходы которой подключены через порты ввода вывода к выходам аналого-цифрового преобразователя, фильтр низкой частоты, грузоприемную платформу, тензометрический датчик, мост тензометрического датчика, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами генератора синусоидального сигнала, а измерительная диагональ подключена через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, а второй вход подключен к третьему выходу генератора синусоидального сигнала.

Электронные весы работают следующим образом.

При нагружении грузоприемной платформы значение веса передается через устройство нагружения на тензометрический датчик, напряжение питания которого подается с первого и второго выходов генератора синусоидального сигнала на первый и второй входы моста тензометрического датчика, а сигнал, пропорциональный значению веса, вырабатывается в измерительной диагонали и передается через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя и далее, на вход фазового детектора.

После детектирования фильтром низкой частоты (цифровым фильтром) выделяется значение несущей частоты, которая поступает на вход аналого-цифрового преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь передает через порты ввода-вывода полученные значения несущей частоты в микро-ЭВМ (запоминающее устройство).

При обработке используются выборки для получения сигнала, пропорционального среднему значению обрабатываемых величин.

Недостатком данных электронных весов является обработка (усреднение) большого числа весовых значений (выборки), значительно снижающая быстродействие электронных весов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является патент США 4804052 G 01 G 19/40, заявл. 30.11.87 опубл. 14.02.89.

Электронные весы, содержащие микро-ЭВМ, выходы и входы которой подключены через порты ввода и вывода к выходам аналого-цифрового преобразователя, грузоприемную платформу, тензометрические датчики, устройство нагружения, передающее силовое воздействие от грузоприемной платформы на тензометрические датчики, мост тензометрического датчика, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами генератора синусоидального сигнала, а измерительная диагональ подключена через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого подключен к третьему выходу генератора синусоидального сигнала, при этом выход фазового детектора подключен на вход повторителя и второй вход дифференциального усилителя, а выход повторителя соединен последовательно с делителем напряжения, фильтром высоких частот, дифференциальным усилителем и интегратором, выход же интегратора подключен на первый вход аналого-цифрового преобразователя.

Электронные весы работают следующим образом.

При нагружении грузоприемной платформы (автомобильных весов), через устройство нагружения усилие передается на тензометрические датчики, каждый из которых имеет свой автономный канал обработки, содержащий первый и второй входы моста тензометрического датчика, подключенные соответственно к первому и второму выходам генератора синусоидального сигнала, при этом измерительная диагональ моста тензометрического датчика подключается через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя и далее на вход фазового детектора. Преобразованный сигнал, адекватный усилию, передается через повторитель, делитель напряжения, дифференциальные усилители и интегратор на вход аналого-цифрового преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь передает полученные значения сигнала через порт ввода-вывода в микро-ЭВМ, где происходит дальнейшая обработка.

Недостатками данных весов являются:

низкое быстродействие из-за необходимости мультиплексирования каналов;

низкая точность из-за ограничений, связанных с разрядностью аналого-цифрового преобразователя.

Цель изобретения повышение быстродействия и точности весов.

Указанная цель достигается тем, что электронные весы содержат микро-ЭВМ, входы и выходы которой подключены через порты ввода и вывода к выходам аналого-цифрового преобразователя, грузоприемную платформу, тензометрический датчик, устройство нагружения, передающее силовое воздействие от грузоприемной платформы на тензометрический датчик. Первый и второй входы моста тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора синусоидального сигнала, а измерительная диагональ моста тензометрического датчика подключена через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого подключен к третьему выходу генератора синусоидального сигнала, при этом выход фазового детектора подключен на вход повторителя и второй вход дифференциального усилителя, а выход повторителя соединен последовательно с делителем напряжения, фильтром высоких частот, дифференциальным усилителем и интегратором, выход же интегратора подключен на первый вход аналого-цифрового преобразователя, причем первый и второй входы и выходы регистра через порт ввода-вывода подключены к микро-ЭВМ, при этом выходы регистра соединены с входами цифроаналогового преобразователя ЦАП, выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом компаратора, выход же последнего подключен к третьему входу регистра, а первый вход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу компаратора, при этом аналого-цифровой преобразователь работает в режиме обработки разности величин сигналов, поступающих на первый и второй входы аналого-цифрового преобразователя.

Отличительными признаками предложенных электронных весов являются регистр, цифроаналоговый преобразователь и компаратор.

Перечисленные устройства широко применяются в технических решениях по прямому назначению (Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. Энергия. 1980).

Соединение выходов регистра с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора, а выход последнего подключен к третьему входу регистра, позволяет получить дополнительный аналого-цифровой преобразователь (Янсен Й. Курс цифровой электроники Т.З. Сложные ИС для устройств передачи данных. М. Мир, 1987, с. 221).

Подключение первого и второго входов и выходов регистра через порт ввода-вывода к микро-ЭВМ позволяет производить обмен цифровой обработанной информацией.

Работа аналого-цифрового преобразователя в режиме обработки разности сигналов, поступающих на первый и второй входы, когда на второй вход подается сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя, позволяет через порты ввода-вывода производить соответствующие информационные обмены.

Перечисленные взаимосвязи позволяют с помощью микро-ЭВМ произвести выделение сигнала путем математической обработки результатов измерений с двух, по своей сути, аналого-цифровых преобразователей, что позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение обладает существенными отличиями.

Регистр выполнен на микросхеме К155ИР17, компаратор на микросхеме К554САЗ, цифроаналоговый преобразователь на микросхеме К1108ПА1 и аналого-цифровой преобразователь на микросхеме КР572ПВ2. Остальные элементы схемы выполнены на широко известных микросхемах и комплектующих.

Фиг. 1 блок-схема электронных весов; фиг.2 алгоритм работы электронных весов.

Электронные весы содержат: микро-ЭВМI, порт ввода-вывода 2, аналого-цифровой преобразователь 3, грузоприемную платформу 4, устройство нагружения 5, передающее силовое воздействие от грузоприемной платформы 4 на тензометрический датчик 6, имеющий тензорезисторы, включенные в тензометрический мост 7, который соединен с первым и вторым выходами генератора синусоидального сигнала 8, а измерительная диагональ моста тензометрического датчика 7 подключена через измерительный трансформатор 9 к входам измерительного усилителя 10, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 11, второй вход которого подключен к третьему выходу генератора синусоидального сигнала 8, повторитель напряжения 12, делитель напряжения 13, фильтр высоких частот 14, дифференциальный усилитель 15 и интегратор 16 соединены последовательно, причем ко второму (инверсному) входу дифференциального усилителя 15 подключен выход фазового детектора 11, а выход интегратора 16 соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 3 и вторым входом компаратора 17, регистр 18, первый, второй входы и выходы которого через порты ввода-вывода 19 и 20, соединены с микро-ЭВMI, цифроаналоговый преобразователь 21 входы которого подключены соответственно к выходам регистра 18, а выход к первому входу компаратора 17 и второму входу аналого-цифрового преобразователя 3.

Генератор синусоидальных сигналов 8 содержит кварцевый генератор 22, выход которого подключен к фильтру низких частот 23, выход же фильтра низких частот 23 соединен с третьим выходом генератора синусоидальных сигналов 8 и входом усилителя мощности 24, выходы которого подключены к первому и второму выходам генератора синусоидальных сигналов 8.

Микро-ЭВМ 1 содержит центральный процессор 25, ПЗУ 26, ОЗУ 27, панель управления 28, блок индикации 29, таймер 30, блок печати 31, соединенные через внутренний интерфейс, включающий шину управления 32, шину данных 33, шину адреса 34 и соответствующие порты ввода-вывода.

Электронные весы работают следующим образом.

В исходном состоянии грузоприемная платформа 4 через устройство нагружения 5 подгружает тензометрический датчик 6. Данное значение подгрузки тензометрического датчика 6 должно соответствовать нулевому значению веса.

После включения питания (фиг.2) происходит инициализация всех переменных и постоянных портов ввода-вывода и тестирование ОЗУ 27 и ПЗУ 26. По окончании инициализации идет обращение к блоку печати 31, который отпечатывает (шапку) заголовок "Электронные весы".

Затем идет подсказка через блок индикации 29 "Число?". Устанавливается текущее число, далее идет подсказка через блок индикации 29 "Месяц?". Устанавливается текущий месяц, при этом блок индикации выдает следующую подсказку "Год? ". Оператор устанавливает текущий год и далее текущее время, отсчитываемое таймером 30.

Каждый переход осуществляется через клавишу "ВК", панели управления 28.

После введения необходимых реквизитов, Микро-ЭВМ 1 переходит к подпрограмме "Прогрев", которая длится в течение 10 мин.

По истечении 10 мин блок индикации 29 выдает подсказку "Режим?". Для компенсации значения подгрузки (тары) тензометрического датчика 6 весом грузоприемной платформы 4, необходимо включить режим "Коррекция" (К?). При этом сигнал переменной частоты от генератора синусоидального сигнала 8 запитывает мост тензометрического датчика 7.

Тензометрический датчик 6 воспринимает первоначальную нагрузку и сигнал разбаланса тензометрического моста 7 в виде амплитудно-модулированного сигнала, поступающего на вход измерительного трансформатора 9 и далее на вход измерительного усилителя 10. После усиления измерительным усилителем 10, амплитудно-модулированный сигнал поступает на вход фазового детектора 11, демодулированный сигнал поступает на вход повторителя напряжения 12, который связан с делителем напряжения 13 и выходом фазового детектора 11, а также с инверсным входом дифференциального усилителя 15, на другой вход которого поступает сигнал с фильтра верхних частот 14. Частота среза фильтра верхних частот подбирается исходя из требований непроходимости рабочего диапазона для низкочастотной огибающей рабочего сигнала.

После прохождения сигналов происходит вычитание шумовых сигналов, и таким образом получаем низкочастотную огибающую с минимальными пульсациями. Далее, с выхода дифференциального усилителя 15, сигнал поступает на вход интегратора 16, который интегрирует пульсации и подает исходный сигнал на первый вход аналого-цифрового преобразователя 3 и на второй вход компаратора 17. Микро-ЭВМ 1, через порты ввода-вывода 19 и 20, по сигналу готовности (первый вход регистра 18), запускает в работу регистр 18 и на вход 2 (запуск регистра 18).

Таким образом происходит последовательное приближение (грубое) значения сигнала через соответствующие входы цифроаналогового преобразователя 21. В результате чего на выходах регистра 18 устанавливается код, значением приближенный к соответствующему входному сигналу, а на выходе цифроаналогового преобразователя 21 аналоговое значение сигнала, компаратор 17 захлопывает регистр 18. Аналоговое значение сигнала с выхода ЦАП 2 подается на второй вход аналого-цифрового преобразователя 3. Таким образом, на дифференциальные входы (первый и второй) аналого-цифрового преобразователя 3, работающего в режиме вычитания (разности) входных сигналов, подается входной сигнал и его "грубое" приближенное значение, т.е. измеряется разница между этими сигналами, что является дополнением к определенному "грубому" значению соответственно со знаком + или -.

Полученные значения "грубого" отсчета и дополнения к "грубому" значению через порты ввода-вывода 2,19 и 20 поступают в микро-ЭВМ 1 и обрабатываются соответствующим образом.

Расчетное количество делений, полученное таким образом на конкретных микросхемах, в которых опорное напряжение U_оп составляет для "грубого" значения 5,12 В, а для "дополнительного" 0,1 В, равно 51200 делений.

Блок индикации 29 выдает информацию о подгрузке тензометрического датчика 6 в исходном состоянии. Данное значение микро-ЭВМ 1 запоминает в ОЗУ27 и при последующих взвешиваниях это значение является нулевым, т.е. исходным.

После окончания режима "Коррекция", блок индикации 29 индицирует исходный нуль.

Электронные весы готовы к взвешиванию. Устанавливается режим "Весы". При нагружении электронных весов определенным весом происходят процессы, описанные выше в режиме "Коррекция". Микро-ЭВМ 1 обрабатывает поступающие значения информации с учетом исходного нуля, выдает информацию, соответствующую данному значению веса и отображает значение веса блоком индикации 29.

По сравнению с прототипом электронные весы обладают повышенными быстродействием и точностью за счет последовательной обработки сначала "грубого", а затем "дополнительного" значений сигналов.