一种具有故障识别功能的称重接线盒的制作方法

1.本发明属于质量计量领域，特别是一种具有故障识别功能的称重接线盒。


背景技术：

2.称重接线盒是一种将多个称重传感器的信号经调整后输出一路信号的装置。其分为模拟接线盒和数字接线盒。模拟接线盒是将多个称重传感器的信号并联后输出一路电压信号的装置。数字接线盒是将多个称重传感器信号经过数模转化后，通过串口通讯输出数字信号的一种装置。
3.称重接线盒广泛用于质量计量中。特别是一些大型衡器需要安装多个称重传感器完成计量，例如汽车衡、平台秤、料斗秤等衡器等需要安装4个甚至更多个称重传感器才能完成计量工作。为了上位机仪表能够处理称重信号，一般需要使用称重接线盒将多个称重传感器信号合成一路信号。因此称重接线盒是各种衡器不可缺少的设备。
4.现在目前使用的称重接线盒存在以下问题：1）无论是模拟称重接线盒还是数字称重接线盒都是将多路称重传感器信号通过并联方式合成为一路信号。数字称重接线盒将合成后的信号通过数模转化后再发送给上位机，而模拟称重接线盒则是直接将合成的电压信号发送至上位机。由于称重传感器的灵敏度等参数不同，因此每路称重传感器信号并联之前需调节接线盒上的电位器以调节每个称重传感器的电压输出值。但这种方式往往难以精确调整输入称重传感器的电压输，存在较大的误差，影响称量精度。
5.2）目前使用的称重接线盒工作方式在称重传感器信号合成之后就无法判断每只传感器的工作状态，如果某一只称重传感器发生故障上位机仪表也无法识别，仅仅反映为称重的重量发生了变换，因此就会产生错误的称重结果。
6.3）有人为了获得不当得利，在称重传感器上加装作弊电路，通过直接改变称重传感器输出电压的方式来改变称重重量，但是目前称重接线盒的工作方式无法判断是否存在作弊电路，给不法之徒可乘之机。
7.由于上述存在的缺陷，称重接线盒在衡器的使用过程中制约着称重精度的提高，同时难以及时发现称重传感器故障，往往会造成较大的经济损失。


技术实现要素：

8.本发明所解决的问题在于提供一种具有故障识别功能的称重接线盒，以提高称重设备的使用精度和可靠性。
9.实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有故障识别功能的称重接线盒，包括嵌入式处理模块和多个ad转换模块；所述ad转换模块包括：ad转换芯片，用于对称重传感器的数据进行数模转化；h桥电路，与传感器激励电源相连接，用于为称重传感器提供激励电源；
称重信号放大电路，与称重传感器的输出相连接，用于将称重传感器输出差分信号放大输出至ad转换芯片进行数模转化；激励电压放大电路，与称重传感器的激励电源相连接，用于将激励电源信号放大输出至ad转换芯片进行数模转化；嵌入式处理模块，用于依次读取每个ad转换模块转化后的数据上传至上位机，并接收上位机的故障识别指令进入故障识别模式：改变h桥输出的称重传感器激励电压的方向，比较改变前后差分信号是否是比例变化，判断称重传感器是否处于正常工作状态。
10.本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）本发明分别将称重传感器的信号进行数模转化，然后通过串口方式将称重传感器的数字信号发送至上位机，避免了使用电位器的方式调整传感器灵敏度，更加精确，有利于提高称重精度。
11.（2）本发明设计了一种故障识别方法，称重接线盒对每个输入的称重传感器进行故障识别，无论是称重传感器自身发生故障还是加装了作弊电路都作为称重传感器的故障，避免称重设备“带病”使用。
附图说明
12.图1为具有故障识别功能的称重接线盒的硬件图。
13.图2为 ad7176模块硬件图。
14.图3 称重接线盒工作流程图。
15.图4 称重接线盒故障识别流程图。
具体实施方式
16.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
17.结合图1，本实施例的一种具有故障识别功能的称重接线盒主要分为两部分。ad7176模块和stm32的嵌入式模块。本实施例的接线盒共有四块ad7176模块，可同时对四只传感器的称重信号进行数模转化和故障识别。
18.结合图2，四块ad7176模块通过spi接口与基于stm32的嵌入式模块相连接。ad7176模块与称重传感器相连接，主要由h桥电路、激励电源电路、称重信号放大电路、激励电压放大电路和ad7176芯片电路构成。
19.ad7176模块为称重传感器提供激励电源并将传感器的电压信号转换为数字信号，也可以对称重传感器的故障进行识别。
20.ad7176模块的工作过程为：h桥电路的主要作用是为传感器提供激励电源。h桥电路输入与传感器激励电源相连接，输出为称重传感器提供激励电源。同时h桥电路与ad7176芯片的gpio0和gpio1相连接，ad7176芯片电路通过设置ad7176芯片gpio 配置寄存器参数控制h桥电路输出传感器激励电源的大小和方向。
21.ad7176芯片gpio 配置寄存器可设置参数如下：设置寄存器值为0x000e时，即称重传感器sp=-4v;称重传感器sn= 4v设置寄存器值为0x000d时，即称重传感器sp= 4v;称重传感器sn=-4v
称重信号放大电路与称重传感器的输出相连接。主要作用是将称重传感器输出差分信号放大，以便ad7176进行数模转化。本发明的称重信号放大倍数设置为80.48。
22.ad7176芯片电路通过ani0通道和ani1通道采集传感器放大后的差分信号。根据初始化设置进行数模转化。
23.激励电压放大电路与称重传感器的激励电源相连接。主要作用是将激励电源信号放大，以便ad7176进行数模转化。本实施例的激励信号放大倍数为4.7倍。
24.同时ad7176芯片电路通过ani2通道和ani3通道采集激励电压放大后的差分信号。根据初始化设置进行数模转化。
25.ad7176模块将信号数模转化后，stm32嵌入式模块通过spi接口读取数据。
26.stm32的嵌入式模块的主要功能为依次读取每个ad7176模块转化后的数据，通过rs422串口上传至上位机，同时需要进行故障识别，其工作流程如图3所示。
27.1）通电初始，stm32嵌入式模块首先对ad7176模块进行初始化。通过spi接口初始化各个寄存器的来设置ad7176的工作方式，主要内容有：adc模式寄存器为 0xa00c设置ad7176为连续转化模式。
28.gpio寄存器为0x000d，设置传感器电源sp= 4v和sn=-4v。
29.配置寄存器为0x1000，设置ad7176为偏移二进制编码输出。
30.滤波配置寄存器为0x0014，设置adc输出速率为5次/秒。
31.2）启动adc转化，等待第一个ad7176模块adc转化结束，读取ani0和ani1的值，并将数据存入缓存。
32.3）开始下一个ad7176模块adc转化，重复2），直至四个ad7176模块都转化完毕。
33.4）将四个模块读取的数据通过rs422发送至上位机，并清空缓存，完成一次数据转化传输工作。
34.5）重复2）~4），连续进行数据的转化与发送。
35.在stm32嵌入式模块控制adc7176模块连续adc转化和数据传输的同时，上位机也可通过串口指令控制接线盒进入故障识别模式。故障识别的基本思想为：称重传感器受力不发生改变的情况下，改变称重传感器的激励电源电压值，则相应的称重传感器输出值也会成比例的发生变化；如果改变称重传感器激励电压的方向，即大小不变，正负极改变，则称重传感器输出值的方向也相应改变，同理输出值不变，正负极发生变化。
36.基于此基本思想，本发明的故障识别模式为通过设置ad7176的gpio寄存器的值改变h桥输出的称重传感器激励电压的方向，比较改变前后差分信号ani0、ani1和ani2、ani3的值是否是比例变化，据此可判断称重传感器是否处于正常工作状态，识别其自身故障或者是否存在作弊电路。
37.传感器故障识别的流程如图4所示，具体流程如下：1）故障识别流程是以中断方式进行的，stm32嵌入式模块串口收到上位机故障识别指令后，开始中断流程。首先将ad7176模块的寄存器参数进行初始化。主要内容为：adc模式寄存器设置为0xa01c，即设置ad7176为单次转换模式。
38.gpio寄存器设置为0x000d，即设置称重传感器激励电源sp= 4v和sn=-4v。
39.其他设置不变。
40.2）初始化结束后，开始adc数模转换，当转换结束后，首先读取传感器输出差分信号ani0和ani1的值，记作 s
value1
；读取ani2和ani3传感器激励电压的差分值，记作p
value1
。
41.3）改变ad7176模块寄存器参数设置。将gpio寄存器设置为0x000e，即称重传感器激励电源sp=-4v;传感器sn= 4v，其他设置不变。
42.4）gpio寄存器参数设置完成后，开始adc数模转换，当转换结束后，首先读取传感器输出差分信号ani0和ani1的值，记作s
value2
；读取ani2和ani3传感器激励电压的差分值，记作p
value2
。
43.5）对称重传感器的数据进行处理，判断故障类型。主要为：如果p
value1
p
value2
＞h1，则说明称重传感器的激励电源不稳定，即称重传感器激励电源存在故障。h1为激励阈值，本实施例中取100，根据传感器类型不同进行相应设定。
44.如果称重传感器的激励电源没有故障，即p
value1
p
value2
≤h1，则计算s
value1
s
value2
的值，若s
value1
s
value2
＞h2则说明称重传感器自身存在故障。若s
value1
s
value2
≤h2则说明称重传感器处于正常工作状态。h2为信号阈值，本实施例中取300，根据传感器类型不同进行相应设定。
45.6）通过串口向上位机发送相关故障识别信息。
46.本发明通过改变称重传感器激励电源电压方向的控制，实时检测称重传感器激励电压和称重传感器输出值能够及时发现称重传感器的故障，能够提高称重设备计量的可靠性和准确性。