電子秤非線(xiàn)性自動(dòng)修正方法

傳統的電子計價(jià)秤多采用MCS-51系列單片機，體積大成本高，加之調校辦法多采用微調開(kāi)關(guān)，這種方法操作繁瑣，附加硬件多，特別在重力加速度差別比較大的地方，還要進(jìn)行重力加速度的修正，給生產(chǎn)制造帶來(lái)很大不便。本文以高性?xún)r(jià)比的單片機Z86E08為核心，通過(guò)與EEPROM接口進(jìn)行數據交換，用內碼自動(dòng)標定來(lái)修正誤差，提高了測量精度，降低了成本，簡(jiǎn)化了調校過(guò)程。

１ 電子秤系統的組成

電子秤系統由七部分組成（如圖１）。Z86E08單片機為18只引腳的８位OTP（ONE-TIME-PRO-GRAMMABLE）型單片機，是系統的核心部分。傳感器，放大器和A/D轉換電路組成了系統的重力測量電路。稱(chēng)重傳感器為應變式傳感器，經(jīng)過(guò)前置放大器OP07把輸入信號放大，又經(jīng)雙積分A/D轉換電路進(jìn)入單片機進(jìn)行數據處理。標定數據交換電路采用ATMEL公司的串行EEPROM24C01，其特點(diǎn)是基于I2C總線(xiàn)，數據一旦寫(xiě)入可長(cháng)年保存，標定數據保存在其中。鍵盤(pán)輸入電路由74HC138與二個(gè)輸入口組成16個(gè)鍵盤(pán)，液晶顯示驅動(dòng)電路選用NEC公司UPD7225集成電路，可驅動(dòng)16位8段液晶顯示。

２ 系統靜態(tài)誤差分析

測量系統按其誤差性質(zhì)分為系統誤差和隨機誤差。隨機誤差是服從大數統計規律的誤差。測量的精確度由系統誤差來(lái)表征。在這里只對系統誤差進(jìn)行討論。由以上分析可知與測量精度有關(guān)的電子秤測量系統組成如圖２所示，由四個(gè)串聯(lián)環(huán)節組成。設：δ1為傳感器的相對誤差，δ2為放大器相對誤差，δ3為A/D轉換電路的相對誤差，δ4為單片機數據處理相對誤差，則系統總的相對誤差 δ=δ1+δ2+δ3+δ4。對于理想系統δ=0，即δ1+δ2+δ3+δ4=0。由此可見(jiàn)只要調整δ４的相對誤差，使δ4=-(δ1+δ2+δ3)就可以消除系統的誤差，也就是說(shuō)可以通過(guò)單片機軟件處理進(jìn)行修正系統的相對誤差。

３ 非線(xiàn)性誤差修正方法

3.1 線(xiàn)性插值法

電子秤測量系統中，傳感器，放大器，A/D轉換電路總是存在非線(xiàn)性誤差。通過(guò)硬件很難達到要求，一般要通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現。如圖３所示，被測量為Ｘ，顯示輸出數值為Ｙ，用線(xiàn)性插值法可以實(shí)現實(shí)際曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)的擬合。線(xiàn)性插值的方法如下，把０到滿(mǎn)量程Xman平均分為n段（n的大小由系統測量的精度不同而定），每段ΔX=Xman/n，相對于輸出０到Yman也同樣分為n段，每段為ΔY=Ymax/n。此時(shí)

X1=ΔX,X2=2ΔX,X3=3ΔX,…Xn=nΔX。

Y1=ΔY,Y2=2ΔY,Y3=3ΔY…Yn=nΔY,

圖中Y1,Y2,Y3，…Yn為理論輸出值，Y1’，Y2’，Y3’…Yn’為相對于理論輸出值的實(shí)際測量值。

由此可以得出每段的修正值：

ｄ保存修正值a1,a2…an及相對應的每段分界點(diǎn)的數值Y1’，Y2’，…Yn’。以上四個(gè)步驟通過(guò)單片機軟件很容易實(shí)現。保存的數據可以通過(guò)外接的EEPROM加以保存，在掉電的情況下數據不會(huì )丟失。只需修正一次就可以進(jìn)行工作。在測試過(guò)程中利用公式：Y=Yn-1+an(Y’-Yn-1’)；Yn-1’＜Y’＜Yn’式中，Yn-1，an，Yn-1’在修正過(guò)程中為已知數，Y’為當前測量數值，通過(guò)比較判斷數值所在的區段，可以得到修正后的測量數值。在測量計算中，只用到比較判斷和加減乘除的運算，這在單片機中通過(guò)軟件能非常容易實(shí)現。值得注意的是n取值越大，修正的精度越高，但單片機的運算量增加，運算時(shí)間就越長(cháng)。

４ 實(shí)例

電子計價(jià)秤的測量范圍為0～15Kg，分度值為e=5g，按三級標準滿(mǎn)量程誤差小于3.05g即12.25g，如表１所示，從測量的結果可以看出滿(mǎn)量程絕對誤差為30g，必須進(jìn)行修正。取n=4，得出各分界點(diǎn)的數值Y1,Y2,Y3,Y4及各段的修正值a1,a2,a3,a4。把各點(diǎn)的修正值及數值保存在EEPROM中，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現。在測試階段，讀出EEPROM中的數據，利用公式就可以得出修正后的示值。

對于電子稱(chēng)重系統來(lái)說(shuō)，系統是對物體的質(zhì)量進(jìn)行測量，而測量的方法是通過(guò)重力來(lái)進(jìn)行的，由于重力加速度隨地區的不同對測量精度產(chǎn)生影響。如北京和杭州重力加速度分別為9.8015，9.7936。由于重力加速度不同產(chǎn)生的相對誤差為：

對于15kg的重力絕對誤差為2.099g，這在高精度測量中是不允許的。用自動(dòng)修正的方法可在不知道當地重力加速度的情況下在當地用砝碼進(jìn)行修正，因為自動(dòng)修正方法是綜合性的調校，把外部環(huán)境與內部因素條件一起進(jìn)行修正。