数字式汽车衡安装与调试

1数字式汽车衡安装与调试第一节数字汽车衡的特点随着电子测量技术和微电子技术的发展，开始于上世纪90年代的数字式称重技术得到强势发展，应用数字式称重技术的数字式汽车衡已成为电子汽车衡技术发展中先进水平的的代表和未来电子汽车衡技术发展的必然趋势。数字汽车衡有着模拟汽车衡无法比拟的优势：1、测量精度高数字式称重仪表直接处理数字信号，摆脱了模拟式称重仪表存在“敏感区”的缺陷，仪表的抗干扰性和现场适应能力得到很大程度的提升，高精度计量的能力大大加强，为高计量精度称重系统的实现提供了可能。2、抗干扰能力强由于A/D转换直接在传感器内部完成，传感器直接输出数字信号，克服了以往模拟传感器微小模拟信号传输中易受干扰的特点，增强了系统的抗干扰能力，提高了信号的分辨率和稳定性。3、智能化数字汽车衡仪表在故障检测，现场准确判定故障传感器、安装调试中自动角差修正、化线性修正和单个传感器测量值检测等方面更加简洁、方便和人性化。4、测量适应性强数字仪表对汽车衡现场的使用环境、传感器灵敏度的要求比模拟汽车衡低，信号处理的范围要比模拟汽车衡大等。5、防作弊纯数字信号的传输和处理，杜绝了当前通过改变模拟信号实现计量作弊的可能。数字汽车衡技术实质上是模拟汽车衡仪表技术向模拟传感器技术领域的一种技术延伸，是模拟汽车衡仪表中A/D转换技术应用到传统模拟传感器技术领域中的成功典范。高度专业化、技术性能好的数字汽车衡仪表技术和AD转换（数字化）技术是数字汽车衡的“灵魂”，也是选择和成功应用数字汽车衡技术的先决条件。上海耀华称重系统有限公司推出的XK3190-DS1、DS2数字汽车衡仪表和数字式传感器专用A/D（数字化）模块DS-A1，正是专业化和雄厚技术实力结合的成果。本着“专做仪表，做好仪表”的专业化理念，耀华公司凭借十几年在模拟仪表领域的开发经验，尤其是A/D转换技术方面积累的丰富经验开发出的XK3190-DS1、XK3190-DS2数字式仪表和专用于数字式传感器中的A/D（数字化）模块DS-A1等数字式系列产品，以其A/D技术先进、计量准确度高、抗干扰能力强、现场应用稳定可靠、安装调试方便、性价比高等优点，已成为业内数字化汽车衡推广的主流产品。2第二节数字汽车衡的构成数字式汽车衡的组成：图1数字式汽车衡组成如图1所示，数字式汽车衡主要由数字式传感器、数字式接线盒以及数字式汽车衡仪表组成。2.1数字式传感器数字式传感器的概念是与输出模拟信号的模拟传感器相对而言的，数字式传感器是指可输出数字信号的传感器。现阶段使用的数字式传感器大体构成如下：模拟传感器＋AD转换电路＋控制单元＋数据通讯接口（如图2所示）图2数字式传感器2.1.1数字式传感器工作原理1）传感器的毫伏信号从应变计输出后，直接到放大器的前端。模拟段的信号专用3导线长度只有很短的8毫米，最大限度的保证导线不会引入误差和电磁信号干扰。2）模拟信号经过超低噪音精密仪表放大器放大后送至A/D转换器。A/D转换采用较高精度的转换器，保证模拟段的信号几乎没有任何损耗和引入任何干扰，确保信号转换无误差。3）数字传感器的核心处理器CPU（控制单元）对A/D转换器输出的数据进行计算和处理。主要是对各种环境参数变化引起的弱小误差进行计算和修正，其中包括：零点修正、线性修正、灵敏度温度修正、重力加速度修正、滞后补偿、蠕变补偿、零点跟踪等。4）CPU把处理好的数据通过RS485接口输出。RS485信号能实现工业级通讯，最远通讯距离可达1.2Km，可在恶劣的电磁干扰背景环境下可靠工作。2.1.2数字式传感器的特点数字式传感器与模拟传感器相比，具有以下特点：1）抗干扰能力强，稳定性好：输出数字信号，克服了模拟传感器由于小信号而带来的抗干扰能力差的问题。2）信号传输距离远：数字传感器常规都采样数字通讯传输方式进行数据传输，容易实现远距离的传输。3）高测量精度和分辨率：由于采用数字方式，客服了模拟传感器在高精度细分测量时细小信号无法正确良好传输的缺陷，实现了模拟式传感器无法实现的细分精度。4）可多路测量，每个传感器单独访问和直接读数。2.1.3数字传感器的接口数字式传感器与数字仪表之间的信号传输一般都采用命令式数字通讯方式来进行，如RS232、RS485等，其中以RS485方式最多。RS485通讯的特点是传输距离远，通讯可靠性高，可以实现以总线为基础的多设备网络方式通讯等特点。RS485通常有半双工和全双工两种工作方式，如图3所示。（a）半双工（b）全双工图3RS485的工作模式从图3中所示可以看出，半双工方式通讯双方采用一组信号线进行数据交换，一4方（A或B）发送时另一方（B或A）只能接收，不能双方同时发送数据或接收数据。而全双工方式的通讯双方通过两组信号线分别做为数据发送和接收，通讯双方在发送数据的同时均可接收数据。半双工方式的主要特点是连接简单，成本低；但通讯的速度以及可靠性比全双工方式差，尤其总线上挂接的设备多时尤为明显。全双工方式避免了上述缺点，但接线复杂，成本偏高。以上两种通讯方式在数字式传感器中均有用到。采用半双工方式的数字传感器通常被称为四线制（两根信号线加两根电源线）数字传感器，采用全双工方式的数字传感器通常被称为六线制（四根信号线加两根电源线）数字传感器。四线制数字传感器和六线制数字传感器的引线定义如图4所示。图4四线制和六线制数字传感器的引线定义目前市面上大多数类型的数字传感器为四线制数字传感器，只有托利多、HBM、苏州仅一以及采用上海耀华数字模块的数字传感器等中高档数字传感器为六线制数字传感器。六线制传感器由于其全双工的工作模式决定了性能和可靠性等方面优于四线制数字传感器，现场适应能力远比四线制数字传感器强。2.1.4数字传感器的选择数字传感器的选择一般根据以下几个指标：1）数字传感器的线制：推荐选择六线制。2）数字传感器的最大输出码：宜大不宜小。一般选择在50万码以上，推荐选择100万码或以上。数字传感器码值的大小决定了其组成系统所能达到的精度以及各项计量指标，码值越大越容易实现高准确度的调校和测量，这一点与要求模拟仪表的AD码越大越好的道理一样。现在市面上以3万到10万码的数字传感器居多，现场应用的结果均表现出计量精度、角差等不理想。3）数字传感器的功耗：越小越好。功耗决定了数字传感器的工作稳定性以及总线传输距离。功耗小可使信号衰减小，供传感器的电源损耗低，有利于传感器稳定工作，长距离信号传输。现在市面常见的数字传感器功耗一般都在36mA以上（包括托利多、HBM、苏州仅一、柯力以及博达等），采用耀华DS-A1数字化模块的数字传感器功耗在25～26mA。54）端口防护能力：应选择有防护、防护功能多、防护功能可靠的数字传感器。数字传感器由于A/D转换功能和通讯功能等电子电路模块在模拟传感器中的植入，传感器接口的电源有了严格的极性要求、更高的信号端口抗静电、防浪涌等要求。所以必须选择有端口防护和防护功能多的数字传感器。建议至少应有电源反接保护、端口抗静电保护。5）数字模块安装位置选择：宜内置（嵌入式）不宜外置（背包式）。数字模块内置可有效避免模拟信号受干扰以及环境温度等因素的影响，杜绝硬件作弊，而外置式由于仍旧存在较长的模拟信号传输线路，易受干扰和环境因素影响，防硬件作弊能力差。6）传感器参数安全可靠性：数字传感器内存储有诸如地址编号、传感器校准参数、修正参数、数据格式等诸多参数，一旦丢失或遭到破坏，数字传感器就会工作不正常甚至“瘫痪”。2.1.5上海耀华DS-A1数字化模块DS-A1是一款用于模拟传感器数字化的AD转换模块，方便实现将模拟传感器升级为高性能数字传感器。采用DS-A1构成的数字传感器特色：1）采用最新的AD转换技术，构成的数字传感器可以输出稳定的100万码。2）采用可靠的数据存储技术，彻底解决数字传感器参数被破坏或丢失的问题。3）接口ESD防护，大大降低接口的损害率。4）电源反接保护，防止因接线错误损坏数字传感器。5）优异的抗干扰性能：模块本身良好的电磁兼容性能，决定了数字传感器的抗干扰性能。DS-A1及构成的数字传感器主要技术参数：最高灵敏度：0.5uV(典型值)最大输出码：100万非线性修正：四段非线性修正通讯方式：DSA1：全双工RS485。构成的数字传感器：6线制波特率：9600(偶校验)最大信号传输距离：1200m模块地址范围：00～31工作电源：DC5.4V~15V自身功耗：DSA1：10.5mA(典型值)构成的数字传感器：25～26mAESD防护：数字接口20KV(HMB)模拟接口6KV(HMB)62.2数字式接线盒数字式接线盒是数字式汽车衡仪表连接数字传感器的专用接线盒，是将多个数字传感器并接成传感器接口总线的一种接线板。数字式接线盒只起接线作用，没有模拟接线盒的信号调节功能。所以数字式接线盒内一般没有信号调节的电位器，这也是数字式接线盒与模拟式接线盒的最大区别。数字式接线盒通常可分为四线制和六线制两种。四线制数字接线盒主要用于连接四线制数字传感器；六线制数字接线盒通常应用在六线制传感器的接线，也可用在四线制数字传感器的接线上。2.3数字汽车衡仪表数字式汽车衡仪表直接处理数字传感器输出的数字信号，即可与每个传感器单独进行数据交换，也可批量处理所有传感器输出的信号。根据所配数字传感器的接口通讯工作方式，数字汽车衡仪表分四线制和六线制两种；由于数字汽车衡仪表跟数字传感器以数据通讯方式进行信号传输，所以根据兼容数据通讯协议的种类及数量，又分为专用数字式汽车衡仪表和通用数字式汽车衡仪表。耀华的XK3190-DS1/DS2仪表属通用数字式汽车衡仪表，且传感器接口RS485半双工和全双工方式（四线制、六线制）均兼容。DS1数字式汽车衡仪表的特点：①DS1是一款通用数字仪表：除连接耀华协议（中航电测、广州电测、宁波本原、宁波夏冰等厂家）的数字传感器外，还可兼容HBM（AD104C协议）、苏州仅一等厂家自定协议的数字传感器。②DS1可连接RS485全双工（6线制）的数字传感器，也可以连RS485半双工（4线制）方式的数字传感器。③具有安全可靠的传感器端口防护功能：a．电源抗浪涌防护。b．高达15KV的静电防护。c．具有防雷击保护。④强接口驱动能力；标准产品可直接连接16个数字式传感器。接口最大输出电流可达400mA电压DC11.3V。⑤丰富实用的数字式调试功能：a．具有自动识别和手动设置传感器的类型、数量、安装位置的功能。b．数字传感器地址修改、查看的功能。c．具有数字传感器受力是否均匀的检查功能。d．自动、手动角差修正的功能。e．多段线性修正的功能。f．具有手动线性修正的功能。g．具有分度值切换的功能。7第三节数字式汽车衡的信号线路联接方法数字式汽车衡由于以数字信号为处理核心，数字式传感器输出数字信号与仪表之间进行的数据通信，仪表与传感器之间的联接相对模拟汽车衡有很大的区别。3.1数字传感器与接线盒的联接前面说过，数字传感器分四线制和六线制两种方式，下面分别说明一下两种制式传感器连线接入数字接线盒的方法。3.1.1四线制数字传感器接入接线盒四线制传感器一般使用四线制接线盒。数字传感器与接线盒连接按“同名接线端相连”的原则进行联接，即传感器电源V+接接线盒中的V+，传感器V-接接线盒V-，信号正（T+/R+）接接线盒的信号正（T+/R+），信号负（T-/R-）接接线盒的信号负（T-/R-），如图5所示：图5四线制数字传感器接入接线盒（四线制接线盒）3.1.2六线制数字传感器接入接线盒六线制数字传感器与接线盒连接也是按照“同名接线端相连”的原则进行联接，即传感器与接线盒之间电源V+接V+，V-接V-，信号发送正（T+）接信号发送正（T+），信号发送负（T-）接信号发送负（T-），信号接收正（R+）接信号接收正（R+），信号接收负（R-）接信号接收负（T-），如图6所示：前面讲过六线制的数字接线盒也可以用于连接四线制的数字传感器。接入方法为：电源V+、V-依旧按照“同名端相连”的原则；信号线接入时，可从六线制数字接线盒的四个信号线端子中任选两个做为信号线连接端子进行接线，其余的传感器包括信