电子秤非线性自动修正方法

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:621

作者：杭州市浙江工程学院机电一体化教研室（310033）段红来源：《电子技术应用》

电子秤非线性自动修正方法

摘要：对电子计价秤系统的误差进行分析，采用z8单片机技术，用线性插值方法，总结出一种方便、准确、有效的非线性修正方法。

关键词：电子秤单片机 eeprom 自动修正方法

传统的电子计价秤多采用mcs-51系列单片机，体积大成本高，加之调校办法多采用微调开关，这种方法操作繁琐，附加硬件多，特别在重力加速度差别比较大的地方，还要进行重力加速度的修正，给生产制造带来很大不便。本文以高性价比的单片机z86e08为核心，通过与eeprom接口进行数据交换，用内码自动标定来修正误差，提高了测量精度，降低了成本，简化了调校过程。

１电子秤系统的组成

电子秤系统由七部分组成（如图１）。z86e08单片机为18只引脚的８位otp（one-time-pro-grammable）型单片机，是系统的核心部分。传感器，放大器和a/d转换电路组成了系统的重力测量电路。称重传感器为应变式传感器，经过前置放大器op07把输入信号放大，又经双积分a/d转换电路进入单片机进行数据处理。标定数据交换电路采用atmel公司的串行eeprom24c01，其特点是基于i2c总线，数据一旦写入可长年保存，标定数据保存在其中。键盘输入电路由74hc138与二个输入口组成16个键盘，液晶显示驱动电路选用nec公司upd7225集成电路，可驱动16位8段液晶显示。

２系统静态误差分析

测量系统按其误差性质分为系统误差和随机误差。随机误差是服从大数统计规律的误差。测量的精确度由系统误差来表征。在这里只对系统误差进行讨论。由以上分析可知与测量精度有关的电子秤测量系统组成如图２所示，由四个串联环节组成。设：δ1为传感器的相对误差，δ2为放大器相对误差，δ3为a/d转换电路的相对误差，δ4为单片机数据处理相对误差，则系统总的相对误差 δ=δ1+δ2+δ3+δ4。对于理想系统δ=0，即δ1+δ2+δ3+δ4=0。由此可见只要调整δ４的相对误差，使δ4=-(δ1+δ2+δ3)就可以消除系统的误差，也就是说可以通过单片机软件处理进行修正系统的相对误差。

３非线性误差修正方法

3.1 线性插值法

电子秤测量系统中，传感器，放大器，a/d转换电路总是存在非线性误差。通过硬件很难达到要求，一般要通过软件来实现。如图３所示，被测量为ｘ，显示输出数值为ｙ，用线性插值法可以实现实际曲线与理论曲线的拟合。线性插值的方法如下，把０到满量程xman平均分为n段（n的大小由系统测量的精度不同而定），每段δx=xman/n，相对于输出０到yman也同样分为n段，每段为δy=ymax/n。此时

x1=δx,x2=2δx,x3=3δx,…xn=nδx。

y1=δy,y2=2δy,y3=3δy…yn=nδy,

图中y1,y2,y3，…yn为理论输出值，y1’，y2’，y3’…yn’为相对于理论输出值的实际测量值。

由此可以得出每段的修正值：

这样一来就可以得出修正后任一点的值

y=yn-1+a2(yn’-ｙｎyn-1’)；(yn-1’＜y’＜yn’)　

其中，ｙ为修正以后的测量值，yn-1为对应于xn-1点处的理论值，且yx-1=(n-1)δy,y’为任一点的实际测量值。这样一来就实现了分段线性插值，可以根据不同的精度要求选取ｎ的大小。

３．２自动修正方法的实现

根据以上分析可以看出用线性插值法结合单片机技术可以实现自动修正。方法如下：

ａ　根据精度及测量范围要求，平均分为ｎ段，则每段的值为δy=yman/n，每段分界点的理论数值为y1=δy,y2=2δy,…yn=nδy。

ｂ　测量每段分界点的数值y1’，y2’，y3’，…yn’。