摘要：随着技术的不断发展，组合秤的应用越来越广泛，市场规模也逐渐扩大。本文首先简要介绍了什么是组合秤称量技术，然后从硬件、软件和测试三方面对组合秤称量技术的应用进行分析，希望能够为相关的工作提供一定的参考。
关键词：组合秤；称量技术；电路；芯片
引言
与传统的单体秤相比，组合秤精度更好、速度更快、称重效果更好。虽然组合秤在我国发展和应用的时间较短，但是随着技术的不断成熟和科研工作的不断深入，目前我国组合秤的发展前景十分广阔，为企业的发展提供了有力的支撑。
1.组合秤称量技术简介
典型的组合秤如图1所示，它的组成结构主要是上料盘、主振盘、传感器、集料斗和单片机。单片机是核心元件，它能够将传感器的模拟信号转为数字信号，然后对重量进行组合计算，之后发出控制指令。组合秤的工作步骤如下：送料→分料→缓冲→称重→组合计算→发送指令→开启料门→卸料。
图1组合秤
组合秤的称重技术应用了数学排列组合方面的知识，如果组合秤的集料斗数量较多，则需要先从n个集料斗中选择m个斗，确定组合后，从这m个集料斗中进行卸料，然后进行重新加料。与此同时，余下的集料斗也要进行组合，公式为Cm-mm，而之前的计算公式为Cnm。比如组合秤有a个集料斗，那么一个集料斗可以称出总重量的1/a，然后将所有的集料斗称重结果进行求和，才能得到总重量。总重量的标准差公式如下：σ=
σ1，其中σ1指的是物料标准差，M指的是物料的数量，也就是等于物料总重量除以每份物料的重量，采用这一公式，称重的偏差在-2σ～2σ之间，假设每份物料的重量为8g，标准差为0.3g，物料总重量为240g，那么每份的偏差等于
×0.3=1.64，这时如果再使用分量组合的方法，将其分为8份，每份的偏差就等于
×0.3=0.58，所以最终的偏差在-1.16～1.16之间。
2.组合秤称量技术的应用基础
本文以市场上常见的组合秤为例，技术指标如下：集料斗数量为16个，称重区间为[0.01,3]，单位为kg，精度为0.5g，料斗容量为18L。
2.1硬件
为了保证称量的精度，需要重视称重传感器的选择和设计。称重传感器中含有弹性体，它能够将力转为形变，然后由应变计再转为电阻的变化，但是由于电阻变化不明显，所以还需要借助转换电路将电阻变化转为电压变化，从而完成称重工作[1]。这里还涉及到电桥状态的问题，比如6个电阻，R1=R2=R3=R4=R5=R6=R，电源电压为UE，输出电压为U0，如果处于单臂工作状态，也就是只有一个电阻发挥作用，所以最后计算的电压要除以总电阻的个数，即U0=UE/6×△R/R。如果处于半桥工作状态，也就是三个电阻发挥作用，计算公式为U0=UE/2×△R/R。如果处于全桥工作状态，所有电阻都发挥作用，则计算公式为U0=UE×△R/R。因为传感器的信号较弱，所以需要使用变送器，在对传感器进行供电时，还能够调节输出量程，而且抗干扰能力强，不会受到周围环境以及噪音的影响。
在进行数据转换时，可以使用ADS158芯片，设置成16路单端输入，使用±5V电压供电，其中模拟部分采用+4V的电压，而数字部分采用+3.6V的电压。在转换数据时，可以采用自动扫描的方法，在寄存器中设置需要测量的通道，采样速率能够达到24ksps。当晶体振荡电路启动后，输入信号经过放大处理后，由AD转换器进行调制和滤波，最后由SPI接口进入单片机。需要注意的是，组合秤测量技术的应用效果与系统的CPU有直接的关系，所以在选择CPU时，要注重芯片的质量、速度以及价格等因素。在设计电源时，要避免电路之间发生干扰，所以需要单独进行供电，而且外界直流电压较大，所以需要经过芯片处理。
2.2软件
组合秤称量技术的有效应用除了做好硬件的选择和设计之外，还要重视软件系统方面的问题。比如操作界面整洁美观、操作步骤简单易行，而且整个称重过程应该实现自动化，并且向操作人员实时显示参数，便于发现组合秤的问题。因为在实际生产和运用过程中，人们主要有速度和精度两方面不同的要求，所以组合秤称量技术的计算分为高速型和高精度型两类。从速度方面考虑，在程序开始执行后，按照固定顺序展开计算，如果发现存在组合在误差范围内，那么就需要输出这一组合，然后再进行后续计算。因为这种计算方法涉及的计算量不大，能够在短时间内完成计算，所以保证了组合秤的称量速度[2]。从精度方面考虑，需要对所有的组合进行计算，并且对类似的组合或者结果相同的组合进行对比，然后输出偏差相对较小的组合，这种类型的计算结果与称重物体的实际重量基本一致，但是耗时较长，适合价格昂贵、数量稀少物体的称重，比如对一些名贵药材进行称重或者是对一些稀有矿石进行称重，
在对数据进行采集时，因为存在16路单独单端输入，所以我们按照IN0～IN16进行模拟，以INCOM为输入端，开始数据的传输，当引脚为高电平时，需要调整转换器的方向，防止数据传输工作陷入停滞状态。在读取数据时，可以直接进行读取，这时IN输入引脚的数据为000，并且需要从低位字节开始，依次读取中位字节和高位字节，其中输入电压的正负用0和1表示。
2.3测试
在对组合秤进行测试时，我们应该考虑测试条件对于结果的影响，将砝码放在集料斗中，对砝码进行称重时，可以改变砝码的重量，观察数据的变化。举个简单的例子，如果在称量过程中，组合秤不稳定，比如发生晃动，那么数据就会出现小范围的波动，进而影响结果的准确性。我们以1000g的砝码为例，将其放在集料斗上，然后观察不同时间点的称重示数，在8:00时，示数为999.87，误差为-0.13；在9:00时，示数为999.92，误差为-0.08；在10:00时，示数为1000.07，误差为+0.07；在11:00时，示数为999.95，误差为-0.05。可以发现，这种测试方法得到的结果符合精度要求。但是在实际操作过程中，工厂的振动以及噪音较大，会对组合秤产生很大的干扰，所以需要对组合秤各个模块进行隔离，单独供电，然后采用差分方式输出信号，并且使用高质量的屏蔽线作为导线。如果条件允许，也可以配置光电耦合器或者是连接去耦电容，吸收电路产生的能量。
结论
综上所述，组合秤称量技术在具体应用过程中，能够实现自动化，并且便于工作人员观察，同时测量精度高，能够很好地满足社会需求。但是需要注意的是，在具体的器件选择上以及硬软件设计上，仍然有很大的改进空间。相信在未来的发展中，组合秤称量技术能够继续创新，企业能够制造和生产出更高质量的组合秤，推动社会的进步。
参考文献
[1]祝智慧.组合秤控制系统的研究与设计[D].大连工业大学,2017.
[2]南朋涛.基于普洱饼茶定量需求的组合秤系统的研究[D].昆明理工大学,2017.
论文作者:黎坚峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：组合论文; 称重论文; 技术论文; 电压论文; 电阻论文; 物料论文; 精度论文; 《基层建设》2019年第13期论文;