本實用新型屬于大型礦用汽車衡的動態(tài)稱重系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于FPGA的動態(tài)稱重裝置。

背景技術(shù)：

在汽車衡市場中,有很多種稱重系統(tǒng)，基本分為靜態(tài)汽車衡和動態(tài)汽車衡，靜態(tài)汽車衡是指車停止在稱臺上，等待稱重完成，打印磅單；動態(tài)汽車衡就是汽車在運行的過程中完成稱重，直接打印磅單，并且通過網(wǎng)絡(luò)傳到企業(yè)的計量系統(tǒng)中。如果采用靜態(tài)汽車衡，必須車停下來，等待稱重完成，這種停止和起動過程，對于大型礦用汽車來說，勢必浪費很多油，造成不必要的浪費。

近年來，企業(yè)的大型礦用汽車已經(jīng)普遍，例如TR100礦用汽車的自重70噸，總載重量160噸，對于這種大型礦用汽車的稱重系統(tǒng)一般都引進(jìn)國外的懸掛式稱重設(shè)備，或者是通過人為估量和數(shù)車數(shù)，進(jìn)行計量每天的載物量，估算出每天的生產(chǎn)量和工作量，給企業(yè)的生產(chǎn)計劃等帶來一定的不便。

目前，大多數(shù)汽車衡的稱重儀表都采用串口通訊，隨著計算機(jī)的飛速發(fā)展，串口已經(jīng)很少用了。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于FPGA的動態(tài)稱重裝置通過FPGA實時讀取稱重傳感器的稱重數(shù)據(jù)，通過USB20D模塊與稱重計算機(jī)的USB接口通訊，使數(shù)據(jù)快速傳入到稱重計算機(jī)，由稱重計算機(jī)進(jìn)行分析和處理，實現(xiàn)礦用汽車行駛過程中的動態(tài)稱重功能，提高了稱重精度，減少了大型礦用汽車因采用靜態(tài)稱重帶來的起停時油的浪費。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種基于FPGA的動態(tài)稱重裝置，包括差動放大及濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA和USB20D模塊，差動放大及濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA和USB20D模塊依次相連接，稱重傳感器的稱重信號連接到差動放大及濾波電路，形成模擬電壓信號后，送到A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)FPGA芯片處理成DMA數(shù)據(jù)包，通過USB20D模塊輸出DMA數(shù)據(jù)，差動放大及濾波電路采用第一級差動放大、連續(xù)三級放大和兩級濾波，把放大的模擬電壓信號送到A/D轉(zhuǎn)換電路中。

進(jìn)一步的，A/D轉(zhuǎn)換電路采用16位的轉(zhuǎn)換器件AD976，F(xiàn)PGA采用EP1C6T144C8芯片。

本實用新型的有益效果是：

1、采集速度高：基于FPGA的動態(tài)稱重裝置的采集速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不加FPGA的稱重裝置，解決了當(dāng)車速快對稱重數(shù)據(jù)的精度產(chǎn)生影響的問題。

2、模數(shù)轉(zhuǎn)換精度高：采用16位的AD976模數(shù)轉(zhuǎn)換器，保證了模擬量的高速、精確轉(zhuǎn)換，為稱重精度提供了基礎(chǔ)。

3、數(shù)據(jù)傳輸快：應(yīng)用了USB20D中的DMA數(shù)據(jù)傳輸，保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。

4、硬件電路簡單：選用FPGA后，在FPGA內(nèi)部可以設(shè)置AD采集模塊USB20D接口模塊、數(shù)字濾波模塊、先進(jìn)先出寄存器模塊等，使外部電路的元器件數(shù)量減少，線路板設(shè)計簡單。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實用新型的原理框圖；

圖2是本實用新型的差動放大及濾波電路原理圖；。

圖3是本實用新型的A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖；

圖4是本實用新型的FPGA原理圖；

圖5是本實用新型的USB20D模塊原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

見附圖1,基于FPGA的動態(tài)稱重裝置，該裝置包括差動放大及濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA和USB20D模塊，差動放大及濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA和USB20D模塊依次相連接，稱重傳感器的稱重信號連接到差動放大及濾波電路，形成模擬電壓信號后，送到A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)FPGA芯片處理成DMA數(shù)據(jù)包，通過USB20D模塊輸出DMA數(shù)據(jù)。

該裝置是以FPGA為核心進(jìn)行采集和處理，其中稱重信號通過差動放大及濾波電路后變成模擬電壓信號，由A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號,送到FPGA芯片中，F(xiàn)PGA芯片能實現(xiàn)實時、快速采集數(shù)據(jù)，并按照USB20D模塊的DMA數(shù)據(jù)格式寫入到USB20D模塊中,以便通過USB接口把DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒Q重計算機(jī)中，實現(xiàn)采集汽車的重量變化信號的快速反應(yīng)轉(zhuǎn)換過程的裝置。

見附圖2,所述的差動放大及濾波電路采用第一級差動放大、連續(xù)三級放大和兩級濾波，把放大的模擬電壓信號送到A/D轉(zhuǎn)換電路中。第一級差動放大采用的放大器是2562，連續(xù)三級放大中二級放大器采用AD707，三級和四級放大器采用AD708，稱重傳感器的稱重信號S+與S-分別經(jīng)過R1和R2的電阻，連接到U1和U2放大器的3腳正向輸入端，U1放大器的2腳負(fù)向輸入端與5腳相連，并連接到R3與C9并聯(lián)的一端，R3與C9并聯(lián)的另一端連接到U1放大器的6腳輸出端，同樣U2放大器的2腳負(fù)向輸入端與5腳相連，并連接到R4與C10并聯(lián)的一端，R4與C9并聯(lián)的另一端連接到U2放大器的6腳輸出端；U1和U2放大器的輸出端分別連接R5和R6電阻后，連接到U3二級放大器的2腳負(fù)向輸入端和3腳的正向輸入端，U3的2腳還連接著電阻R7和電容C11，電阻R7和電容C11并聯(lián)后，連接到U3的6腳輸出端；經(jīng)過R8電阻后連接到U4A三級放大器的2腳負(fù)向輸入端，同時連接到電阻R10和電容C12，R10和C12并聯(lián)后連接到U4A的6腳輸出端；經(jīng)過電阻R11，連接到U4B四級放大器的6腳負(fù)向輸入端，同時連接R13和C15，R13和C15并聯(lián)后，連接到U4B的7腳輸出端；同時在U4A三級放大器的2腳接有對地電容C13與3腳接的對地電阻R9，形成了一級濾波；在U4B四級放大器的6腳接有對地電容C14與5腳接的對地電阻R12，形成了二級濾波。

由于稱重傳感器的稱重信號是±20mV的模擬信號，所以放大電路中的電阻采用精密電阻，每個放大器選用精密穩(wěn)定集成運算器，受溫度影響小的，雙電源工作，輸入阻抗高，保證稱重信號為負(fù)時也能進(jìn)行放大，同時可以保證放大信號的穩(wěn)定，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)字信號的穩(wěn)定，提高稱重儀的稱重精度。

見附圖3,所述的A/D轉(zhuǎn)換電路采用16位的轉(zhuǎn)換器件AD976。差動放大及濾波電路輸出的電壓信號AIN經(jīng)過一個200歐姆的電阻，連接到AD976的輸入端VIN(AD976的1腳)，模擬地AG作為REF的地參考點，REF是AD976內(nèi)部的2.5V參考電源，CAP為緩沖輸出參考端，與AG2之間連接一個2.2uF電容，D7-D0為數(shù)據(jù)輸出低8位，D15-D8為數(shù)字輸出高8位，BUSY為AD轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的指示端，R/C為讀數(shù)/轉(zhuǎn)換控制端，BYTE為控制高8位輸出或者低8位輸出，CS為片選信號，這些管腳都連接到FPGA上，F(xiàn)PGA根據(jù)AD976的讀數(shù)據(jù)時序圖，進(jìn)行讀取AD976的數(shù)據(jù)。

A/D轉(zhuǎn)換電路連接到差動放大和濾波電路輸出的模擬電壓信號，轉(zhuǎn)換成16位的并行信號送到FPGA中。AD976是+5V單電源供電，具有高速、高精度、高分辨率、低功耗的逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部有2.5V參考電壓源，采樣速率為100kSPS，并且是并行傳送數(shù)據(jù)，保證稱重儀快速采集和轉(zhuǎn)換信號，傳輸?shù)紽PGA芯片中，快速處理，實現(xiàn)動態(tài)稱重。

見附圖4,所述的FPGA采用EP1C6T144C8芯片。FPGA通過編程，配置好與外部AD976的管腳連接，以及與USB20D的管腳連接，包括時鐘分頻模塊PLL、延時器模塊div_sim、AD采集模塊read_ad、數(shù)字濾波模塊read_ad8、數(shù)據(jù)寫入單元模塊DataWrite_Unit、先進(jìn)先出模塊OutputFIFO&InputFIFO和USB接口模塊USB20D_interface。

FPGA是本系統(tǒng)的核心部分，它實時采集A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)字濾波，濾掉一些不正常的干擾信號，在FPGA中設(shè)置一個先進(jìn)先出寄存器，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲和暫存，保證先存入的數(shù)據(jù)先被USB20D模塊讀出，實現(xiàn)了快速存儲和快速傳送。

見附圖5,所述的USB20D模塊作為裝置的一個單元，采用USB20D模塊的DMA方式，進(jìn)行高速傳輸數(shù)據(jù)，通過編寫FPGA硬件程序和上位機(jī)軟件程序，來實現(xiàn)動態(tài)稱重功能，硬件程序主要協(xié)調(diào)A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器和USB接口的控制。

本裝置主要應(yīng)用在動態(tài)稱重系統(tǒng)，動態(tài)稱重系統(tǒng)主要由稱重計算機(jī)、基于FPGA的動態(tài)稱重裝置、讀卡器、天線、大屏幕和稱臺(稱臺下面裝有稱重傳感器)組成，此系統(tǒng)具有車號自動識別、動態(tài)稱重計量、本地大屏幕顯示信息和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)等功能；車號自動識別功能是在每臺汽車上安裝相應(yīng)車號的RFID自動識別標(biāo)簽，當(dāng)汽車運行到讀卡器的天線處，自動讀取RFID自動識別標(biāo)簽的卡號(每個標(biāo)簽對應(yīng)一個車號)，同時把讀卡成功的信號，作為稱重開始的信號；動態(tài)稱重計量功能是當(dāng)車號自動識別成功后，汽車在速度允許范圍內(nèi)動態(tài)駛過稱臺，稱重計算機(jī)實時采集動態(tài)稱重儀的稱重數(shù)據(jù)，實時算出汽車的重量，在稱重計算機(jī)的稱重軟件界面中實時顯示稱重信號曲線，形象、直觀顯示了汽車稱重整個過程；本地大屏幕顯示功能是當(dāng)?shù)V用汽車完全離開稱重稱臺后，在本地LED大屏幕上顯示稱重的車號和重量，便于司機(jī)及時了解所拉貨物的重量，代替了原來的打印磅單；網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)功能是當(dāng)稱重完成后，稱重計算機(jī)實時把時間、車號、重量通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上，為數(shù)字化管理打下了堅實的基礎(chǔ)，便于生產(chǎn)管理。

以上所述的本實用新型實施方式，并不構(gòu)成對本實用新型保護(hù)范圍的限定,任何在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。