基于PIC18F4580的糧食稱重系統設計

摘要：在糧食品質檢測分級過程中，為了測量樣品的含雜率和容積密度，設計了一種高精度稱重系統。以PIC18F4580為主控單元，采用四臂電橋式負荷傳感器，用AD7799進行模數轉換及傳感器微弱信號的放大。差動式輸入參考電壓減小電源低頻漂移時帶來的系統誤差。實際測試表明，系統測量重復誤差不超過0．005％，系統非線性度誤差小于0．007％，可以滿足糧食檢測過程的需求。
關鍵詞：PIC18F4580；AD7799；稱重；負荷傳感器

糧食含雜率及容積密度是檢測糧食品質的主要技術指標，不僅決定了糧食的等級和價格，還會直接影響其加工品質和食用品質。《GB／T 5494-2008糧油檢驗糧食、油料的雜質、不完善粒檢驗》和《GB／T 5498糧食、油料檢驗容重測定法》中規定稱重的精度要達到0．1 g，為了使糧食含雜率及容積密度測量儀器整體的性能達到國標要求，本文設計了基于PIC單片機的高精度稱重系統，該系統測量由雜質分離器分離出的大小雜的重量和容積密度測定器中糧食的重量，進而快速得到樣品的含雜率及容重等用于糧食分級的關鍵指標參數。

1 系統工作原理
高精度稱重系統的原理如圖1所示，在糧食含雜率及容積密度測量儀中，安裝在料筒下方的負荷傳感器將樣品重量轉換為電信號，電信號先經過一個無源低通濾波器以濾除線材引入的噪聲，再由AD7799自帶的儀表放大器對其進行放大并實現AD轉換。以PIC18F4580作為主控單元，通過SPI接口讀寫AD上的各個寄存器來控制AD進行采樣。人機界面用LCD液晶顯示采樣得到的數據，按鍵實現功能的輸入。USART模塊用來與上位機進行數據交互、調試和數據存儲。低噪聲電源用來驅動系統模擬部分及負荷傳感器，提供穩定的工作環境以降低系統采樣時電源帶來的噪聲。

2 系統硬件設計
2．1 PIC18F4580核心控制器
PIC18F4580是Microchip公司生產的8位FLASH微控器。片上自帶32 K編程空間、1 536 bytes的SRAM和256bytesEEPROM，同時具有mW級低功耗技術，睡眠模式下只消耗0．2μA的工作電流。片上自帶系統時鐘可達到32 MHz的處理速度，可完全替代外部晶振，簡化電路板設計。此外還帶有SPI，USART，TIMER等多種外設資源，將復雜的軟件命令操作改為對相關寄存器的賦值，簡化了設計進程。在軟件調試和編程方面，只需占用4個I／O引腳就可以完成程序的下載及在線調試，大大減少在底層硬件調試上花費的時間。
本設計中，PIC18F4580作為核心控制器連接了多個子模塊：1)三線SPI接口的AD采集模塊；2)USART串口模塊；3)用并口操作的12864液晶模塊：4)流程控制中用到的的8路擴展I／O口；5)程序下載及調試接口。實際電路原理圖中，芯片的引腳連接網絡的定義如圖2所示。