基于PIC18F4580的糧食稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在糧食品質(zhì)檢測分級過程中，為了測量樣品的含雜率和容積密度，設(shè)計(jì)了一種高精度稱重系統(tǒng)。以PIC18F4580為主控單元，采用四臂電橋式負(fù)荷傳感器，用AD7799進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及傳感器微弱信號的放大。差動(dòng)式輸入?yún)⒖茧妷簻p小電源低頻漂移時(shí)帶來的系統(tǒng)誤差。實(shí)際測試表明，系統(tǒng)測量重復(fù)誤差不超過0．005％，系統(tǒng)非線性度誤差小于0．007％，可以滿足糧食檢測過程的需求。
關(guān)鍵詞：PIC18F4580；AD7799；稱重；負(fù)荷傳感器

糧食含雜率及容積密度是檢測糧食品質(zhì)的主要技術(shù)指標(biāo)，不僅決定了糧食的等級和價(jià)格，還會(huì)直接影響其加工品質(zhì)和食用品質(zhì)。《GB／T 5494-2008糧油檢驗(yàn)糧食、油料的雜質(zhì)、不完善粒檢驗(yàn)》和《GB／T 5498糧食、油料檢驗(yàn)容重測定法》中規(guī)定稱重的精度要達(dá)到0．1 g，為了使糧食含雜率及容積密度測量儀器整體的性能達(dá)到國標(biāo)要求，本文設(shè)計(jì)了基于PIC單片機(jī)的高精度稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)測量由雜質(zhì)分離器分離出的大小雜的重量和容積密度測定器中糧食的重量，進(jìn)而快速得到樣品的含雜率及容重等用于糧食分級的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)。

1 系統(tǒng)工作原理
高精度稱重系統(tǒng)的原理如圖1所示，在糧食含雜率及容積密度測量儀中，安裝在料筒下方的負(fù)荷傳感器將樣品重量轉(zhuǎn)換為電信號，電信號先經(jīng)過一個(gè)無源低通濾波器以濾除線材引入的噪聲，再由AD7799自帶的儀表放大器對其進(jìn)行放大并實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。以PIC18F4580作為主控單元，通過SPI接口讀寫AD上的各個(gè)寄存器來控制AD進(jìn)行采樣。人機(jī)界面用LCD液晶顯示采樣得到的數(shù)據(jù)，按鍵實(shí)現(xiàn)功能的輸入。USART模塊用來與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、調(diào)試和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。低噪聲電源用來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模擬部分及負(fù)荷傳感器，提供穩(wěn)定的工作環(huán)境以降低系統(tǒng)采樣時(shí)電源帶來的噪聲。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 PIC18F4580核心控制器
PIC18F4580是Microchip公司生產(chǎn)的8位FLASH微控器。片上自帶32 K編程空間、1 536 bytes的SRAM和256bytesEEPROM，同時(shí)具有mW級低功耗技術(shù)，睡眠模式下只消耗0．2μA的工作電流。片上自帶系統(tǒng)時(shí)鐘可達(dá)到32 MHz的處理速度，可完全替代外部晶振，簡化電路板設(shè)計(jì)。此外還帶有SPI，USART，TIMER等多種外設(shè)資源，將復(fù)雜的軟件命令操作改為對相關(guān)寄存器的賦值，簡化了設(shè)計(jì)進(jìn)程。在軟件調(diào)試和編程方面，只需占用4個(gè)I／O引腳就可以完成程序的下載及在線調(diào)試，大大減少在底層硬件調(diào)試上花費(fèi)的時(shí)間。
本設(shè)計(jì)中，PIC18F4580作為核心控制器連接了多個(gè)子模塊：1)三線SPI接口的AD采集模塊；2)USART串口模塊；3)用并口操作的12864液晶模塊：4)流程控制中用到的的8路擴(kuò)展I／O口；5)程序下載及調(diào)試接口。實(shí)際電路原理圖中，芯片的引腳連接網(wǎng)絡(luò)的定義如圖2所示。