數字稱重模塊介紹與應用
作者： 合力為科技
來源： 合力為科技
發(fā)布時間：2020-08-21 18:06
數字稱重模塊就是一種將稱重傳感器信號進行模數轉換，集成完善的濾波、重量計算算法及UART/RS232/RS485接口的數字模塊。外部控制器通過UART接口與模塊通訊，配置數字模塊，不需要設計各種稱重算法，直接獲取重量值。廣泛用于家電稱重，工業(yè)稱重，消費電子，智能稱重場合。
一、數字化背景
隨著物聯網發(fā)展，智能家電及智能設備大量誕生，這些設備擁有越來越多的傳感器，如溫濕度傳感器、光線傳感器、電能計量傳感器、稱重傳感器、氣體傳感器等。集成更多的傳感器，設備能感知更多的環(huán)境參數，為設備提供更全面的智能控制依據。
大部分傳感器都需要實時測量，并且每類傳感器都涉及獨特的算法，面對如今產品更迭速度很快的狀況，系統集成方不會針對每種傳感器都進行開發(fā)，而是希望傳感器數字化，集成完善的算法、靈活的功能配置、通用的通訊接口。數字稱重模塊就是一種將稱重傳感器信號進行模數轉換，集成完善的濾波、重量計算算法及UART/RS232/RS485接口的數字模塊。外部控制器通過UART接口與模塊通訊，配置數字模塊，不需要設計各種稱重算法，直接獲取重量值。數字稱重模塊可以被配置成自動發(fā)送模式及省電模式，連接藍牙、WIFI、NB-IOT模塊，可以實現低功耗無線傳輸、物聯網稱重。
二、數字稱重模塊應用領域
數字稱重模塊集成信號采樣、信號處理、稱重算法，任何產品需要使用到稱重時，只需要將此模塊直接嵌入到產品中，只占用1個UART或RS232資源，不需要具備任何稱重設計經驗，立即實現稱重功能。同時還可以配置數字稱重模塊工作在不同的稱重模式，實現節(jié)能、自調整等智能稱重。據現有市場了解，數字稱重模塊主要應用在四個領域：
◆家電稱重：如冰箱、洗衣機、料理機、電磁爐等；
◆消費電子：如智能水杯、無人貨柜、寵物喂養(yǎng)器等；
◆電子秤：如無線快遞秤、智能電子秤、收銀秤、地磅等；
◆工業(yè)應用：如電梯、數字傳感器、自動分選機等；
三、數字稱重模塊介紹
1、數字稱重模塊硬件結構
數字稱重模塊主要功能包含模擬信號濾波電路、模數轉換(ADC)、MCU、通訊電路及穩(wěn)壓電源。電源電路為ADC、MCU、接口芯片提供電源；濾波電路消除夾雜在傳感器信號內的部分噪聲，抑制尖峰脈沖干擾、電磁干擾，使進入ADC芯片的信號相對干凈；24位高精度ADC將模擬信號轉換為數字信號；MCU對從ADC獲取的AD值進行軟件濾波，計算重量值；MCU通過RS485/RS232通訊接口傳輸重量數據，外部控制器通過此接口配置稱重模塊。部分數字稱重模塊會使用將ADC與MCU集成到一起的SOC稱重芯片，更大程度簡化稱重模塊的電路及模塊面積，更加方便于嵌入各類產品中。高精度ADC芯片有TI/Cirrus Logic/ADI/合力為，SOC稱重芯片有合力為H16。
2、數字稱重模塊軟件功能及性能
（1）數字稱重模塊主要功能分以下幾部分：標定功能，稱重功能，濾波參數配置，補償配置，通訊配置，規(guī)格配置，產品識別配置。
【標定功能】：集成單段、多段標定，自動標定、指令標定方式。
【稱重功能】：計算重量、置零（記憶或不記憶）、去皮、保持、動態(tài)功能。
【濾波參數配置】：算術平均、滑動平均、IIR濾波、一階濾波、限幅平均濾波、抗震濾波、卡爾曼濾波。
【補償配置】：溫度測量、溫度補償、量程線性補償、進回程補償、蠕變處理、重力加速度誤差。
【通訊配置】：傳輸格式、波特率。
【規(guī)格配置】：最大量程、最小分辨率、單位轉換、AD速率、ADC放大倍數、超載設置、跟蹤功能、省電功能，置零去皮范圍設置。
【產品識別配置】：模塊地址、唯一ID碼、版本號、校準次數。
（2）數字稱重模塊性能指標
下面介紹幾款數字稱重模塊的指標：HMS5001(使用稱重芯片H16)，HMS5101(使用ADC-HLW3070)，HMS5201(使用ADC-HLW3080)。
3、數字稱重模塊應用方式
數字稱重模塊可以單個使用，一般用RS485/RS232/UART-TTL通訊方式，視距離而定。也可以多個模塊使用，使用RS485通訊方式，但每個模塊都需要設置不一樣的地址。
（1）單模塊方式
產品只需要監(jiān)測單個傳感器的重量，可以使用單模塊方式，控制器與模塊的通訊方式可以使用RS485/RS232/UART。
校準方式：單模塊方式的有2種校準方式，可以先將傳感器與模塊校準重量之后，再裝配到產品中，主要針對產品體積比較大，校準需要用到很大的砝碼如100KG，成品校準不方便的應用場合，提前校準好傳感器與模塊，可以提高生產效率。也可以先將產品裝配好之后，再由控制器進行校準，主要針對產品體積較小，校準重量比較小的應用于場合，校準重量更加準確，因為小稱量的場合下，安裝手法與工藝對傳感器四角平衡影響更明顯一些。
單模塊方式主要應用于：無線快遞秤、數字稱重傳感器、智能電子秤、收銀秤，還有智能水杯、熱水壸、寵物自動飼養(yǎng)、升降梯等。
（2）多模塊方式
多模塊方式應用于兩種情況：第1種是監(jiān)測多個單獨稱重平臺的重量，一般應用于1個控制器控制多臺電子秤，統一記錄、統一監(jiān)控、統一操作。這種應用方式是單模塊方式的簡單級聯，校準方式與單模塊方式一樣。
此方式主要應用于：物料包裝、數字稱重傳感器、自動分選機、無人貨柜、智慧廚房臺面等。
第2種是監(jiān)測由多個傳感器組成一個稱重平臺的重量。多個傳感器支撐同一個稱重平臺，稱重平臺上的物體重量分散到平臺個面的多個傳感器，控制器需將多個傳感器的重量值累加起來才是平臺上的真實重量。
此方式只能選擇先校準再安裝。將數字稱重模塊應用于此場合，對比于傳統4個傳感器的模擬信號經過接線盒組合為一個模擬信號有比較多的優(yōu)點：模擬信號量沒有降低，精度更高；安裝或更換傳感器時，不需要調整四角平衡；數字稱重模塊與控制器的連接是數字信號，不影響稱重穩(wěn)定性。
此方式主要應用于：智能家電如洗衣機、電磁爐、冰箱、電飯煲、料理機，無人貨柜、地磅等場合。
四、數字稱重模塊發(fā)展
隨著物聯網的發(fā)展、智能家電的推廣，數字稱重模塊的應用將會越來越廣，而針對不同的應用場合，主導的特性將會不同：
◆智能家電：精度、抗干擾要求中等，對蠕變要求最高。
◆消費電子：低功耗、低成本、更通用簡易通訊協議，易于連接各種無線模塊。
◆電子秤、工業(yè)場合：高精度、低溫度漂移、高抗干擾性能。
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