数字称重模块介绍与应用
作者： 庄和闲科技
来源： 庄和闲科技
发布时间：2020-08-21 18:06
数字称重模块就是一种将称重传感器信号进行模数转换，集成完善的滤波、重量计算算法及UART/RS232/RS485接口的数字模块。外部控制器通过UART接口与模块通讯 ，配置数字模块，不需要设计各种称重算法，直接获取重量值。广泛用于家电称重，工业称重，消费电子 ，智能称重场合。
一 、数字化背景
随着物联网发展 ，智能家电及智能设备大量诞生 ，这些设备拥有越来越多的传感器，如温湿度传感器、光线传感器 、电能计量传感器 、称重传感器、气体传感器等。集成更多的传感器 ，设备能感知更多的环境参数 ，为设备提供更全面的智能控制依据 。
大部分传感器都需要实时测量，并且每类传感器都涉及独特的算法，面对如今产品更迭速度很快的状况 ，系统集成方不会针对每种传感器都进行开发，而是希望传感器数字化 ，集成完善的算法、灵活的功能配置 、通用的通讯接口。数字称重模块就是一种将称重传感器信号进行模数转换，集成完善的滤波、重量计算算法及UART/RS232/RS485接口的数字模块。外部控制器通过UART接口与模块通讯 ，配置数字模块，不需要设计各种称重算法，直接获取重量值。数字称重模块可以被配置成自动发送模式及省电模式，连接蓝牙、WIFI 、NB-IOT模块 ，可以实现低功耗无线传输、物联网称重。
二 、数字称重模块应用领域
数字称重模块集成信号采样、信号处理、称重算法 ，任何产品需要使用到称重时，只需要将此模块直接嵌入到产品中，只占用1个UART或RS232资源，不需要具备任何称重设计经验 ，立即实现称重功能。同时还可以配置数字称重模块工作在不同的称重模式 ，实现节能、自调整等智能称重。据现有市场了解 ，数字称重模块主要应用在四个领域 ：
◆家电称重：如冰箱 、洗衣机、料理机、电磁炉等；
◆消费电子：如智能水杯、无人货柜、宠物喂养器等；
◆电子秤 ：如无线快递秤、智能电子秤 、收银秤、地磅等；
◆工业应用 ：如电梯、数字传感器、自动分选机等；
三、数字称重模块介绍
1、数字称重模块硬件结构
数字称重模块主要功能包含模拟信号滤波电路、模数转换(ADC)、MCU、通讯电路及稳压电源。电源电路为ADC、MCU 、接口芯片提供电源；滤波电路消除夹杂在传感器信号内的部分噪声，抑制尖峰脉冲干扰、电磁干扰，使进入ADC芯片的信号相对干净 ；24位高精度ADC将模拟信号转换为数字信号；MCU对从ADC获取的AD值进行软件滤波，计算重量值；MCU通过RS485/RS232通讯接口传输重量数据 ，外部控制器通过此接口配置称重模块。部分数字称重模块会使用将ADC与MCU集成到一起的SOC称重芯片 ，更大程度简化称重模块的电路及模块面积，更加方便于嵌入各类产品中。高精度ADC芯片有TI/Cirrus Logic/ADI/庄和闲，SOC称重芯片有庄和闲H16。
2、数字称重模块软件功能及性能
（1）数字称重模块主要功能分以下几部分 ：标定功能 ，称重功能，滤波参数配置，补偿配置，通讯配置，规格配置 ，产品识别配置。
【标定功能】 ：集成单段、多段标定，自动标定、指令标定方式。
【称重功能】 ：计算重量、置零（记忆或不记忆） 、去皮 、保持 、动态功能。
【滤波参数配置】：算术平均、滑动平均 、IIR滤波、一阶滤波、限幅平均滤波、抗震滤波 、卡尔曼滤波。
【补偿配置】：温度测量 、温度补偿、量程线性补偿、进回程补偿、蠕变处理 、重力加速度误差 。
【通讯配置】：传输格式、波特率 。
【规格配置】 ：最大量程、最小分辨率、单位转换 、AD速率 、ADC放大倍数 、超载设置 、跟踪功能、省电功能，置零去皮范围设置 。
【产品识别配置】：模块地址、唯一ID码、版本号、校准次数。
（2）数字称重模块性能指标
下面介绍几款数字称重模块的指标 ：HMS5001(使用称重芯片H16)，HMS5101(使用ADC-HLW3070)，HMS5201(使用ADC-HLW3080)。
3、数字称重模块应用方式
数字称重模块可以单个使用，一般用RS485/RS232/UART-TTL通讯方式，视距离而定。也可以多个模块使用，使用RS485通讯方式，但每个模块都需要设置不一样的地址。
（1）单模块方式
产品只需要监测单个传感器的重量 ，可以使用单模块方式，控制器与模块的通讯方式可以使用RS485/RS232/UART。
校准方式 ：单模块方式的有2种校准方式 ，可以先将传感器与模块校准重量之后，再装配到产品中 ，主要针对产品体积比较大 ，校准需要用到很大的砝码如100KG，成品校准不方便的应用场合，提前校准好传感器与模块，可以提高生产效率。也可以先将产品装配好之后 ，再由控制器进行校准，主要针对产品体积较小，校准重量比较小的应用于场合，校准重量更加准确，因为小称量的场合下，安装手法与工艺对传感器四角平衡影响更明显一些 。
单模块方式主要应用于：无线快递秤、数字称重传感器、智能电子秤、收银秤 ，还有智能水杯 、热水壸 、宠物自动饲养 、升降梯等 。
（2）多模块方式
多模块方式应用于两种情况：第1种是监测多个单独称重平台的重量 ，一般应用于1个控制器控制多台电子秤，统一记录、统一监控 、统一操作。这种应用方式是单模块方式的简单级联 ，校准方式与单模块方式一样。
此方式主要应用于 ：物料包装 、数字称重传感器、自动分选机、无人货柜、智慧厨房台面等 。
第2种是监测由多个传感器组成一个称重平台的重量 。多个传感器支撑同一个称重平台，称重平台上的物体重量分散到平台个面的多个传感器，控制器需将多个传感器的重量值累加起来才是平台上的真实重量。
此方式只能选择先校准再安装。将数字称重模块应用于此场合，对比于传统4个传感器的模拟信号经过接线盒组合为一个模拟信号有比较多的优点：模拟信号量没有降低，精度更高 ；安装或更换传感器时，不需要调整四角平衡；数字称重模块与控制器的连接是数字信号，不影响称重稳定性 。
此方式主要应用于：智能家电如洗衣机、电磁炉、冰箱、电饭煲、料理机，无人货柜、地磅等场合。
四 、数字称重模块发展
随着物联网的发展 、智能家电的推广，数字称重模块的应用将会越来越广，而针对不同的应用场合 ，主导的特性将会不同：
◆智能家电：精度、抗干扰要求中等 ，对蠕变要求最高。
◆消费电子 ：低功耗、低成本 、更通用简易通讯协议，易于连接各种无线模块。
◆电子秤 、工业场合：高精度 、低温度漂移、高抗干扰性能。
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