本文讨论一种基于ARM结构的智能电子灌装秤设计方案，重点分析了硬件系统结构和软件 功能模块。试验证明这款电子秤具有灌装精度高、功能齐全、性价比高等优点,可广泛用于石油液化气等的自 动称重灌装。

本文讨论的智能电子秤，是作者受本地一家电 子秤厂家委托的研发项目，它是一种用于液化气灌 装的电子衡器。智能电子灌装秤可以自动识别钢瓶 规格型号，自动检斤去皮,可以自动记录每次灌装的 曰期时间、灌装量等信息,支持多种灌装方式,还应 有声光报警、密码保护、防爆、防作弊等功能。

一、电子称重关键技术

电子称重是将被测物体的质量通过称重传感器 转换为与之成正比的电信号,经由计算机处理后,再 以模拟或数字量的形式显示出来,如图1所示。从上 世纪50年代电子技术渗入到衡器的辅助测量装置 开始，电子称重技术发展突飞猛进,从最初的机电结 合型,到今天的全电子型,并向着智能化、综合型的 方向不断发展。电子称重技术的发展,始终与称重传 感器、计算机技术和抗干扰等关键技术紧密联系在 一起的。

称重传感器是电子称重系统的核心，从原理上 可以分为电容式、压磁式、光电式、电磁力式、磁极变形式、振动式和电阻应变式等。本文选用的是性价 比较高的电子应变式称重传感器，它是利用金属的 电阻应变效应将被测量转换为电量输出的一种传感器。

本文选用NXP公司的LPC2109作为系统核 心，它是一款基于ARM7TOMI-S的处理器，ARM是 Advanced RISC Machines的缩写。ARM处理器是由 英国ARM公司设计，再授权由合作公司生产的嵌 入式微处理器。ARM处理器具有体积小、功耗低、32 位/16位双指令集的特点,拥有众多合作伙伴，已经 占据了绝大部分32位、64位高端嵌入式处理器市 场，已成为移动通信、手持计算等嵌入式设备事实上 的工业标准。

抗干扰技术就是研究干扰的产生根源、干扰的 传播方式和避免被干扰的措施(对抗等问题。机电 一体化系统的设计中,既要避免被外界干扰,也要考 虑系统自身的内部相互干扰，同时还要防止对环境 的干扰污染。国家标准中规定了电子产品的电磁辐 射参数指标。电子秤的干扰因素包括电磁干扰、温 度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等。其中， 电磁干扰最为普遍。抗干扰措施,从硬件方面考虑， 可以采用屏蔽、隔离、滤波和接地等方法,从软件方 面考虑,主要有软件滤波、“陷阱”程序、“看门狗”等。

二、硬件系统设计方案

本文设计的电子灌装秤的系统总体结构如图2 所示,主要由LPC2109、称重电路、灌装控制电路、显 示电路、键盘接口电路和存储电路等组成。

在硬件系统设计方案中，统筹考虑功能、性能、 价格和抗干扰性等方面,处理器选用的是LPC2109, 它是一款基于ARM7TDMI-S的16/32位CPU,内置 8KSRAM和64KB高速Flash存储器，并配有I2C、 UART等接口，内置看门狗、实时时钟等。

称重电路由传感器和AD转换电路构成。传感 器采用的是中航电测的改进型铝合金单点式称重传 感器L6G-C3-200kg,性价比高，精度完全满足系统 要求。AD转换器件选用的是ADS1230,它是一个20位的AD转换器，内含一个 低噪声可编程增益放大器，可以有效解决传感器输 出信号极小不易测量的问题,做到精确测量。

在灌装控制电路中，由LPC2109输出控制信 号,经放大器放大后,控制继电器开关220V交流电 磁阀,从而实现液化气灌装的通断。

键盘接口电路中采用机械式键盘,共定义了 0- 9、小数点、启动、停止等共20个键,它们构成一个5 行4列的矩阵。

显示部分共用28个数码管、6个LED,用于显 示皮重、灌装方式、灌装日期与时间以及系统工作状 态等。

存储电路选用一片AT24C512B,用于存储系统 参数、灌装记录等。

通讯电路是使用LPC2109内置的UART接口 与上位PC机实现串行通讯。

三、软件系统设计方案

智能电子灌装秤的软件系统是在充分调研用户 需求的基础上,结合硬件设计,采用分层和模块化思 想设计并开发的。主要的软件模块包括系统初始化、 称重灌装、系统参数设置、灌装记录査看、键盘驱动、 显示驱动、AD转换驱动、通讯驱动等。

系统加电后，将进行初始化，主要完成 AT24C512B、ADS1230、显示中断等的初始化，完成 系统级变量、系统参数表和钢瓶数据等的初始化,初 始化完成后显示登录界面。系统初始化算法如图3 所示。

根据用户需求以及安全方面的考虑，电子秤在 使用前需要进行登录，用户只有在提供正确的口令后方能使用。登录成功后,进入系统主工作界面,也 就是称重灌装控制界面,在这个界面也可以选择其 他子功能。

液化气称重灌装的一般操作过程是，将钢瓶放 在称台上,接通液化气喷枪,用户选择灌装方式并设 置灌装量，然后按下启动键，电子秤登记皮重、打开 电磁阀控制灌装。称重灌装的算法逻辑如图4所示。

电子秤的称重部分，是由传感器、ADS1230和 LPC2109等共同构成。所以AD转换驱动就是对 ADS1230的接口编程,将其20位的串行数据变换为 系统内码值。使用ADS1230的一般过程是,先进行初 始化和校准,再读取数据。由于传感器输出的信号极 小,极易受到干扰,为此必须对ADS1230输出的数据 进行数字滤波才可以使用。算法逻辑如图5所示。为 有效防止干扰,实际应用中数字滤波采用的是中位值 平均滤波法。具体方法是,取N个AD结果,去除一个 极大值和一个极小值后,再求平均值。

四、性能分析

为分析电子秤的性能，对电子秤进行静态称重 实验和灌装称重实验。静态称重实验是用标准砝码 对电子秤进行称重实验，并与某传统灌装秤进行对 比,测试数据如表1所示。

灌装称重实验就是进行实际液化气灌装实验, 测试数据如表2所示。

从测试结果看，实际灌装误差最大不超过50g, 远低于《液化石油气充装站安全技术条件（GB + 17267-1998》等国家标准中的要求，满足用户需 要。

五、结论

基于本文设计方案实现的智能电子灌装秤,进 行了软硬件系统调试和称重、灌装测试,实测数据分 析表明本文设计实现的电子灌装秤工作稳定可靠， 各项功能、性能和精度均达到用户要求。