根據(jù)家禽科學育種的需要,研制了 一種家禽等小動物用動態(tài)電子秤，并利用單片機89C51 對A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行處理，使電子秤的動態(tài)與靜態(tài)測試誤差僅為3g,達到設(shè)計要求.

雖然家禽動態(tài)秤很早就開始研究應用，但對其 快速和高準確度測量的實現(xiàn)至今仍是生產(chǎn)和科研的課 題.隨著科學技術(shù)的發(fā)展和生物醫(yī)學工程技術(shù)的應 用及家禽育種的需要，如今家禽等小動物的動態(tài)質(zhì) 量檢測已進人數(shù)字化，智能化時代.家禽動態(tài)數(shù)字化 測量關(guān)鍵是必須考慮和解決在檢測過程中，家禽的 活動引起的加速度對家禽本身質(zhì)量測量的影響.它 將檢測傳感器輸出信號上又疊加了一個交變脈沖分 ， 量,從而引起檢測值的誤差及讀數(shù)跳字不穩(wěn)定.為解決上述問題，在所研制小動物電子秤中采用硬件和 軟件數(shù)據(jù)處理等一些必要的技術(shù)措施與方法，使研 制成的家禽小動物電子秤具有很好的穩(wěn)定性及抗干 擾性.

1.主要技術(shù)指標

滿量程誤差：1/3 000 (靜態(tài)測量）

3/3000(動態(tài)測量）

顯示方式:4位數(shù)字

測量方式：

1）靜態(tài)測量自動跟蹤質(zhì)量的變化，適于靜態(tài) 物體質(zhì)量檢測.

2）動態(tài)測量具有數(shù)字濾波處理，結(jié)果鎖定， 適于小動物質(zhì)量檢測.其振動容限可由鍵盤設(shè)定.

測量范圍：1~3 000g

存貯功能:可將一批被測物質(zhì)量和鍵人的相應代 號存貯起來.

接口功能:具有RS — 232接口.

2.工作原理和主要部分設(shè)計

2.1實現(xiàn)動態(tài)質(zhì)量檢測的技術(shù)措施和工作原理

為了消除家禽的活動引起的加速度對家禽本身 質(zhì)量的影響，除在機械承載部分增加跟隨平衡機構(gòu) 外,針對家禽的活動使傳感器輸出信號產(chǎn)生了附加 的交變脈沖.為了獲得傳感器穩(wěn)定的輸出信號分 量.在電路設(shè)計上將傳感器的輸出信號施加了低通 濾波器.在單片機的數(shù)據(jù)運算處理上，對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)序 列采取搜索平穩(wěn)信號和濾波技術(shù)近一步處理.

電子秤的硬件構(gòu)成如圖1所示.其工作原理 為:當檢測時，由傳感器的橋路輸出約-75 ~75mV 的電信號.該信號加到差分放大低通濾波器上，得到 -1.5~1.5V的模擬電信號.經(jīng)單片機控制的A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換,得到與檢測質(zhì)量對應的數(shù)字量，再 經(jīng)單片機對其處理計算,變換成以g為量綱的BCD 碼，送8279芯片進行顯示，并可送RAM對測量結(jié) 果進行保存.

2.2傳感器的選擇

由于本電子秤在設(shè)計中，對振動的消除主要放 在電路的合理設(shè)計和數(shù)據(jù)處理上，所以，選擇的傳感 器應是反應速度快，無明顯滯后現(xiàn)象的傳感器,而電 阻應變片式傳感器與其他類型的傳感器相比具有以 上的特點.根據(jù)小動物電子秤的指標要求，選用的電阻應變片式傳感器的指標為:非線性誤差<0.1%F.S. 輸出電壓(每10 ℃)溫度系數(shù)<0.05%F.S，其電橋 組成方式為單片應變片。

2.3前置放大器及低通濾波器

前置放大器的噪聲及溫度漂移這兩項指標將直 接影響小動物電子秤的整機性能.采用第四代集成 運算放大器ICL7650組成差分輸人放大器.它具有 低噪聲、低漂移、自穩(wěn)零、髙共模抑制等特性.同時使 差分輸人放大器構(gòu)成一階低通濾波器.低通濾波器 的貢獻是使小動物對傳感器產(chǎn)生的間斷沖擊振動產(chǎn) 生的交變電壓濾除或減弱，以起到一定的“阻尼”作用.它的截止頻率該差分放大器的放大倍數(shù)為200.其電路如圖2所示。

2.4 A/D轉(zhuǎn)換器及單片機接口

根據(jù)本秤質(zhì)量檢測分辨率的要求及小動物質(zhì)量 檢測的特點，A/D轉(zhuǎn)換器選用7135 4 1/2 AD轉(zhuǎn)換 器.它是一種髙準確度、低功耗、轉(zhuǎn)換速度為3次/s 抗干擾能力強的雙積分型CMOS器件.在它與單片 機聯(lián)接的設(shè)計上，為了不更多擴展接口，直接使用單 片機上的I/O 口.使用了 7135作遠地轉(zhuǎn)換結(jié)果的雙 線傳輸方式，將7135的BUSY端接8031的P1.0 上，CLOCKIN與單片機的T。端一起聯(lián)到125kHz 的時鐘發(fā)生器上.它的工作原理為當單片機檢測到 BOSY端為髙時,起動定時器To, T。所賦的初值使得 計滿10001個脈沖后可產(chǎn)生溢出中斷，這時在中斷 服務程序中檢測BUSY;當其為低時，停止T0計 數(shù)，這時T。的計數(shù)值為A/D轉(zhuǎn)換的一次測量結(jié)果.

2.5軟件的設(shè)計

本電子秤單片機采用了具有4k FLASH的 89C51、RAM62256 —片，所有的程序都固化于FLASH中,RAM用來存JC保存多次質(zhì)量測量值等.其主程 序的主要功能有：系統(tǒng)初始化與初始工作狀態(tài)設(shè) 置，工作功能的判別、采樣數(shù)宇濾波、傳感器零點自 動跟蹤等.其主程序流程如圖3.

1)在數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理上,采用數(shù)字濾波技 術(shù)及尖脈沖剔除技術(shù)來消除小動物對檢測傳感器產(chǎn) 生的沖擊振動.其設(shè)計的基本思想是在動中取穩(wěn) 定.具體是對傳感器輸出的電信號在一段時間內(nèi)連 續(xù)取樣,計算出振動鑌度.如振動幅度滿足所設(shè)定的 振動容限的要求則進行平均處理顯示結(jié)果，否則要 進行新的取樣,直到在限定的次數(shù)內(nèi)滿足要求.如果 特殊情況下超出了限定的次數(shù)將給以提示，以便在 鍵盤上重新設(shè)定振動容限；

2)顯示結(jié)果鎖定，質(zhì)量檢測結(jié)果由單片機送入 顯示器顯示后,其顯示結(jié)果處于不變的保持狀態(tài)；

3)利用軟件程序來自動跟蹤傳感器零點的漂 移.由于溫漂和時漂的影響,傳感器的零點常常出現(xiàn) 漂移現(xiàn)象,如不采取措施將影響測量的準確性.在研 制的電子秤中采用了軟件自動跟蹤措施.其設(shè)計的 基本思想是，在程序上不斷對零質(zhì)童值進行采樣,跟 蹤其變化，重新設(shè)置變化的零點值.

3.實驗結(jié)果

研制成功的小動物電子秤在農(nóng)業(yè)部家禽育種中 心試用后,得到了預想的滿意結(jié)果.以下給出一組對 3000g以內(nèi)雞的質(zhì)量值.為了考核本秤對振動的阻 尼作用，其測量方法是:對同一只雞一次迫使雞如一 般靜物一樣使它對樣不產(chǎn)生振動；另一次是直接將 雞放在秤臺上,見表1.

4.結(jié)語

本電子秤采用，阻尼”濾波器和單片機數(shù)據(jù)處理 技術(shù)相結(jié)合，使其動態(tài)和靜態(tài)測試差值最大為3g, 保證了所研制的電子秤動態(tài)質(zhì)量測量的準確度，成 功的解決了小動物動態(tài)質(zhì)量檢測的問題.并能通過 RS-232接口與計算機連接成系統(tǒng),可對育種進行 系統(tǒng)測試和科學管理.本秤所采取的方法和措施同 樣適用于其他動態(tài)質(zhì)量檢測的情況。