基于DSP的稱重系統中濾波器的實現

摘要：利用電容稱重傳感器測量載荷時，真實載荷信號非常微弱，如果不進行有效的濾波處理，會導致稱重結果的不準確。文章對傳感器輸出電壓進行了分析研究，用MATLAB仿真軟件分析了濾波算法的性能，提出了基于數字處理芯片TMS320VC5416的濾波方案。試驗結果表明：系統設計達到了預期的要求。
關鍵詞：電容傳感器；車輛；稱重；濾波器；DSP

用電容稱重裝置測量載荷，由于工作環境惡劣，會使電容稱重傳感器的輸出結果存在很多干擾，而電容稱重傳感器的真實載荷信號非常微弱，這樣會使真實的載荷信號淹沒在于擾信號中，如果不進行有效的濾波處理，就會導致稱重結果的不準確。因此，濾波器設計是車輛電容稱重裝置中的關鍵技術之一，它直接關系到測量的精度。通過數據采集卡將信號調理電路的模擬電壓值轉變為數字量，存儲到計算機中，利用MATLAB仿真軟件對濾波算法的性能進行分析，并將數字濾波算法程序下載到DSP芯片TMS320VC5416中，配合整個電容稱重裝置對車輛載荷稱重的分析。

1 系統總體方案設計
文中采用了以DSP芯片TMS320VC5416為核心的系統方案。測試系統如圖1所示。從結構上說系統包括4部分：電容稱重傳感器、信號調理電路、USB數據采集卡、數據處理電路。

電容稱重傳感器可以將車輛前后軸重量的變化轉變為電容量的變化。信號調理電路選用了具有消除雜散電容影響能力的四相檢測電荷轉移式微電容測量線路。通過數據采集卡可以把信號凋理電路的模擬電壓值轉變為數字量，通過USB數據總線與計算機進行通信，將采集到的含有電壓信息的數字量信息存儲到計算機中，借助于計算機中面向對象的數據采集軟件和文中的數字濾波器，可以將結果進行分析、計算、曲線擬合和繪圖。

2 系統硬件設計
本系統以DSP為核心，組成一個集信號采集、處理為一身的電容稱重系統。系統硬件電路由模／數轉換電路、復位電路、電源電路等組成。如圖2所示。

模／數轉換電路將采集到的實時信號變為數字信號以供濾波器進行處理。電源模塊提供系統工作所需的各種電壓，如I／O電壓、內核電壓等等。本系統中采用了較低工作頻率的DSP復位時鐘模式。JTAG接口供數字信號處理芯片下載程序以進行調試。