从一个产品称重抽屉说起

DIYfashaoyou

        我所在的公司正在开发一个新产品：枪柜   简单说就是给那些派出所放枪和子弹用的柜子，具体的功能为：枪支、子弹实时监控，同时，取枪用枪中需要领导审批，对枪支数量，子弹数量，枪支使用时间，使用人员等等信息进行统筹管理的一个设备。
       我负责枪锁，子弹称重抽屉，子弹称重抽屉用电阻应变片式压力传感器，刚开始淘宝购买了几个传感器支架，然后自己做电路板，刚开始也对电子秤进行了大致的了解。目标是在10kg内做到1g的精确度，也就是说10kg内误差小于1g。
       刚开始方案用STM8+HX711。HX711是24位的AD芯片，桥式传感器专用，价格淘宝价格3元多，走量的话大概就是1元多。两路差分输入端，一路可以输入传感器的查分电压，一路可以检测电源电压。而且输出还是5V的TTL电平，类似于I2C接口，刚开始用这个芯片，做了两次电路板，软件同事说不稳定，，具体表现就是外壳震动或者是推拉抽屉都会造成AD读数和LED显示屏示数跳变。我测试电压输出纹波也在30mv以内，而且在使用过程中也出现过两次芯片烧坏的现象。考虑到稳定性就更换了下一个方案。
       这个方案用STM8+TI的ADS1230。TI的ADS1230是20位的AD芯片，淘宝价格9元多。重新做电路板，做了一批板子回来之后，同事在网上直接拷贝别人的ADS1230代码，然后测试发现误差还是挺大的。我调试中发现了拷贝的ADS1230代码时序有问题，更改之后，对于淘宝上购买的压力传感器可以精确到1g，然后进行小批量试产，先打样30快电路板，因为可以用的传感器挺多的，中航电测、华衡、广测；进行了简单的测试对比之后，发现中航电测的质量最好，价格最高，其次为华衡，最次为广测。然后购买30个华衡的传感器。同时，结构上也做了30套抽屉。
       小批试产，安装调试，出现了问题。之前软件同事的思维是：只进行一次传感器线性拟合，然后就直接将这个参数固定，软件不做更改，直接在程序初始化中读取每个托盘的毛重，然后存入EEPROM中。问题出现了，基本上所有的传感器示数都不准确，有些差距在10g还多。这样的话需要对每个抽屉进行线性拟合校准，调试代码计算拟合参数，这样工作量太大了，根本无法进行量产。软件同事说是我硬件的问题，我说软件也又可能有问题，因为之前ADS1230驱动代码的确是不能使用。
       然后就是解决问题，求助了群友“南京--杨”，这里感谢杨兄，半夜12点打电话交流。得知：1.每个仪表在出厂前都要进行校准操作，然后才能出厂，而不是一个线性参数通吃所有传感器；2.首先要确定示数跳变是不是由于电源纹波过大影响的，其次要确定传感器本身是否为线性的，如果不是线性的，就需要做线性拟合。
       这几天抽空做了如下实验：1.直接给传感器通电，测试差分输出电压，因为万用表只能测到0.Xmv，所以这个实验基本上没有意义，只能表明传感器没有损坏。2.把我电路板的12V进入转5V输出电源IC去掉，然后直接用铅酸电池外接AMS1117-5.0来供电，放上各个重量砝码，记录AD输出数值，同时把电源IC焊接上去，12V电源适配器供电，同样做记录AD输出数值，发现AD数值的确有变化，但是也不至于误差在10g多；3.拿不同的电路板，对应同一个压力传感器测试AD转换数值，这样发现AD读出来的毛重和对应砝码的数值都不一样，这个先不管，进行标定，去两个参数，额定量程的30%重量对应的AD数值和额定量程80%重量对应的AD数值，分别求出来两个数值的线性度，然后求平均，测试发现三块电路板虽然拟合参数不完全相同，但是基本上都是在第三位小数上变化，同时都能满足10kg内1g的精确度；4.同一块电路板，对应不同的传感器，做跟3同样的实验方法。
         我把实验数据跟软件同事去看，然后他没办法，只能按照我说的去修改代码，测试，基本上这个问题得到解决，每个抽屉都进行标定，然后测试误差都能控制在10kg正负1g，从这件事情中，总结三点：
        1.尽量对自己所要做的东西熟悉，现有一个基本的认识，没有这类产品的话，也要熟悉其同类型产品。比如说：我做的是子弹抽屉，本质上来讲就是一个电子秤，就要去熟悉电子秤的基本功能，注意事项，参数处理以及一些调试方法等等；
         2.从网上拷贝的代码要认真去调试，同事做东西的思想就是能用即可，从来不考虑优化，也不追求完美，只是目前能有，有新的要求或者是BUG再进行更改。殊不知，别人的东西并不一定适合自己。
        3.出现问题要积极想办法去解决，求助他人也好或者是自我分析也好。同时也要有自己的分析办法，出现问题，要先考虑这个模块跟那些模块相连接，会有那些因素影响，罗列这些因素，一一排除。比如所：AD转换，电压(电流)，程序，输入端，甚至于PCB布局布线都会影响。

易阳

不错啊。 支持原创好文！！！

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总结的很不错，赞一个！遇到问题就应该想各种方法去解决，积极的态度！！

南京-杨

顶个   这思路就是电子秤的大体思路  凡是做此类的毕设都可以参考此文

llzmoon

目测楼主是处女座啊！

any_012

产品软件和硬件分开来开发有什么好处？

DIYfashaoyou

llzmoon 发表于 2015-6-8 10:00
目测楼主是处女座啊！

目测不准确，是射手座的！

DIYfashaoyou

any_012 发表于 2015-6-8 16:50
产品软件和硬件分开来开发有什么好处？

各司其职，做好本职工作！软件做好软件的工作，硬件做好硬件的工作！

南京-杨

DIYfashaoyou 发表于 2015-6-8 21:51
我后续测试发现亮点：1.不同的电路板对应同一个传感器读出来的毛重不一样；2.一个传感器放一个重物放置一 ...

由于 用的传感器的原理是变阻的 非常传统  所以应该有个常识：同一重量下 采集到的点  在某个值 范围波动 。
硬件方面：电路好坏 决定 AD值的波动范围 也就是说 电路好 波动小点 电路不好 波动大点，总之 波动是存在的。
软件方面：
方案一 不一定纠结于某个定值  完全可以划分量程也就是等分  。举个例子：你量程0~5kg，你划分N个等分（根据实际的精度，在我认为就是每个等分的宽度就是波动的范围）  每当你测一个重物时，你就直接判断你所采到的AD值 在哪个等分  就能知道重量了
方案二  假如纠结于某定值（必须通过AD值 直接得出重量） 多采几次，求均方根啥的 得出离散度 然后尝试着得出一个AD直接  最后求个系数