基于PIC18F4580的粮食称重系统设计

摘要：在粮食品质检测分级过程中，为了测量样品的含杂率和容积密度，设计了一种高精度称重系统。以PIC18F4580为主控单元，采用四臂电桥式负荷传感器，用AD7799进行模数转换及传感器微弱信号的放大。差动式输入参考电压减小电源低频漂移时带来的系统误差。实际测试表明，系统测量重复误差不超过0．005％，系统非线性度误差小于0．007％，可以满足粮食检测过程的需求。
关键词：PIC18F4580；AD7799；称重；负荷传感器

粮食含杂率及容积密度是检测粮食品质的主要技术指标，不仅决定了粮食的等级和价格，还会直接影响其加工品质和食用品质。《GB／T 5494-2008粮油检验粮食、油料的杂质、不完善粒检验》和《GB／T 5498粮食、油料检验容重测定法》中规定称重的精度要达到0．1 g，为了使粮食含杂率及容积密度测量仪器整体的性能达到国标要求，本文设计了基于PIC单片机的高精度称重系统，该系统测量由杂质分离器分离出的大小杂的重量和容积密度测定器中粮食的重量，进而快速得到样品的含杂率及容重等用于粮食分级的关键指标参数。

1 系统工作原理
高精度称重系统的原理如图1所示，在粮食含杂率及容积密度测量仪中，安装在料筒下方的负荷传感器将样品重量转换为电信号，电信号先经过一个无源低通滤波器以滤除线材引入的噪声，再由AD7799自带的仪表放大器对其进行放大并实现AD转换。以PIC18F4580作为主控单元，通过SPI接口读写AD上的各个寄存器来控制AD进行采样。人机界面用LCD液晶显示采样得到的数据，按键实现功能的输入。USART模块用来与上位机进行数据交互、调试和数据存储。低噪声电源用来驱动系统模拟部分及负荷传感器，提供稳定的工作环境以降低系统采样时电源带来的噪声。

2 系统硬件设计
2．1 PIC18F4580核心控制器
PIC18F4580是Microchip公司生产的8位FLASH微控器。片上自带32 K编程空间、1 536 bytes的SRAM和256bytesEEPROM，同时具有mW级低功耗技术，睡眠模式下只消耗0．2μA的工作电流。片上自带系统时钟可达到32 MHz的处理速度，可完全替代外部晶振，简化电路板设计。此外还带有SPI，USART，TIMER等多种外设资源，将复杂的软件命令操作改为对相关寄存器的赋值，简化了设计进程。在软件调试和编程方面，只需占用4个I／O引脚就可以完成程序的下载及在线调试，大大减少在底层硬件调试上花费的时间。
本设计中，PIC18F4580作为核心控制器连接了多个子模块：1)三线SPI接口的AD采集模块；2)USART串口模块；3)用并口操作的12864液晶模块：4)流程控制中用到的的8路扩展I／O口；5)程序下载及调试接口。实际电路原理图中，芯片的引脚连接网络的定义如图2所示。