本文介紹一種防作弊電子計(jì)價(jià)秤設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),針對(duì)容易作弊的稱重傳感 器輸出信號(hào)電路、信號(hào)放大器電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D)電路,給出了硬件、軟件的防作 弊的具體解決方法。
1.引言
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電子計(jì)價(jià)秤作為 計(jì)量器具廣泛用于商貿(mào)領(lǐng)域。同時(shí)電子計(jì)價(jià)秤也 成了某些黑心商販、不法分子牟取暴利的工具,他們通過(guò)特殊的手段對(duì)電子計(jì)價(jià)秤內(nèi)部進(jìn)行非法 改裝、加裝電路開關(guān)、遙控裝置等作弊手段,以 達(dá)到缺斤少兩的目的,嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者的利益;這一問(wèn)題不解決,不僅會(huì)助長(zhǎng)社會(huì)弄虛作假的歪 風(fēng)邪氣,而且對(duì)我國(guó)的質(zhì)量體系和誠(chéng)信體系勢(shì)必 產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊。為了解決傳統(tǒng)電子計(jì)價(jià)秤防作 弊設(shè)計(jì)方面的不足,本文從技術(shù)上給出一種電子 計(jì)價(jià)秤防作弊方法,從電子計(jì)價(jià)秤的硬件、軟件 上整體防作弊,將從源頭上打擊作弊現(xiàn)象,樹立 消費(fèi)者對(duì)計(jì)量器具的信心,具有較好的社會(huì)效益。
2.電子計(jì)價(jià)秤工作原理及框圖
一般電子計(jì)價(jià)秤均由稱重傳感器信號(hào)電路、信號(hào)放大器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路(包括模擬放大、濾波(有些是集成于A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部)、A/D轉(zhuǎn)換 器)、單片機(jī)、鍵盤、數(shù)字顯示器及穩(wěn)壓電路等組 成,如圖1所示。
電子計(jì)價(jià)秤的工作原理:稱重傳感器在受重 力作用后產(chǎn)生一個(gè)與該重力成正比的毫伏級(jí)模擬 電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大,濾波后送至模數(shù) (A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào),最后由 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,接收并處理鍵盤輸入的操 作命令,同時(shí)將處理結(jié)果輸出到數(shù)字顯示器進(jìn)行 稱量顯示。
3.影響電子計(jì)價(jià)秤準(zhǔn)確度的主要電路
從電子計(jì)價(jià)秤工作原理可以看出,容易影響 電子計(jì)價(jià)秤準(zhǔn)確度的主要有三部分電路,第一是 稱重傳感器信號(hào)電路,第二是信號(hào)放大器電路, 第三是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 (A/D) 電路。
3.1稱重傳感器信號(hào)電路 目前市場(chǎng)上的電子計(jì)價(jià)秤使用稱重傳感器一般是電阻應(yīng)變片式傳感器,傳感器輸出的信號(hào)大 小是根據(jù)傳感器上加載的重量負(fù)荷的大小和傳感 器的供橋電壓。因此,只要改變傳感器輸出電阻 或改變傳感器的供橋電壓,就能改變傳感器的輸 出信號(hào)大小,即改變了電子計(jì)價(jià)秤的數(shù)字顯示器 上顯示稱重值的大小。
3.2信號(hào)放大器電路
因稱重傳感器輸出信號(hào)是毫伏級(jí)模擬電壓信 號(hào),該信號(hào)需要經(jīng)放大后才能送至模數(shù)(A/D轉(zhuǎn) 換器處理,當(dāng)改變放大器電路的反饋電阻便能改 變放大器的增益(即放大倍數(shù)),從而改變輸出信 號(hào)的幅度,即改變了電子計(jì)價(jià)秤的數(shù)字顯示器上 顯示稱重值的大小。
3.3模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D電路 該電路有一個(gè)基準(zhǔn)電壓(即參考電壓),基準(zhǔn) 電壓決定了模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D的轉(zhuǎn)換靈敏度。 當(dāng)改變參考電壓便能改變模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D靈 敏度,從而改變了電子計(jì)價(jià)秤的數(shù)字顯示器上顯 示稱重值的大小。
4.作弊手段及電路原理
常見(jiàn)的技術(shù)作弊手段,是對(duì)電子計(jì)價(jià)秤內(nèi)部 的稱重傳感器輸出信號(hào)電路、信號(hào)放大器電路、 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等電路,進(jìn)行非法改裝、加 裝電路開關(guān)、遙控裝置等,具有較強(qiáng)隱蔽性的作 弊手法,從而達(dá)到缺斤少兩的目的。
稱重傳感器信號(hào)電路,作弊手段有在該電路中串入電阻或并入電阻,改變傳感器的供橋電壓, 即提高稱重傳感器的供橋電壓,使稱重傳感器輸 出信號(hào)增加,從而導(dǎo)致電子計(jì)價(jià)秤的顯示重量比 實(shí)際重量多。
信號(hào)放大器電路,作弊手段是增大信號(hào)放大 器電路的反饋電阻,減少反饋量,提高放大比, 從而導(dǎo)致電子計(jì)價(jià)秤的顯示重量比實(shí)際重量多。
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換_電路,作弊手段是減小 該電路的基準(zhǔn)電壓,使得模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D靈 敏度增大,從而導(dǎo)致電子計(jì)價(jià)秤的顯示重量比實(shí) 際重量多。
5.硬件的設(shè)計(jì)
針對(duì)容易影響電子計(jì)價(jià)秤準(zhǔn)確度的三部分電 路,在硬件設(shè)計(jì)上進(jìn)行了改進(jìn)。第一在稱重傳感 器信號(hào)電路中,增加了稱重傳感器的輸出電阻和 供橋電壓檢測(cè)電路,采取了對(duì)輸出電阻和供橋電 壓與出廠前被記錄單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行比 較措施。第二在信號(hào)放大器電路上,采用內(nèi)部帶 有放大器的雙通道A/D芯片,取消了外部信號(hào)放 大電路,杜絕了放大電路的增益被人為改變。第 三在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換_電路中,增加A/D芯片 參考電壓檢測(cè)電路。采取了對(duì)參考電壓與出廠前 被記錄單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)措施,電 路如圖2所示。
電路采用帶放大器的雙通道A/D的CS5532芯 片和電子開關(guān)CD4066芯片等元器件,組成了對(duì)稱 重傳感器輸出電阻、供橋電壓、A/D芯片的參考電 壓檢測(cè)電路。
CS5532芯片是美國(guó)Cirrus Logic公司推出的雙 通道24位高集成度的A-1模數(shù)轉(zhuǎn)換器,由于采 用了電荷平衡技術(shù),其性能可以達(dá)到24位。該系 列ADC非常適合測(cè)量稱重顯示器應(yīng)用領(lǐng)域的單/ 雙極性小信號(hào)。片內(nèi)集成放大電路,可編程放大; 差動(dòng)信號(hào)輸入;兩個(gè)模擬通道編程選擇。具有極 高的穩(wěn)定性、速度和極低非線性和溫漂。電路中 芯片的通道1 (An)內(nèi)部帶信號(hào)放大器,專門用 于采樣重量信號(hào),通道2 (Ain2內(nèi)部帶信號(hào)放大 器,用來(lái)采樣傳感器電阻、傳感器供橋電壓及A/D 芯片參考電壓。
稱重傳感器輸出的重量信號(hào)的處理:當(dāng)電路 中CD4066芯片的模擬電子開關(guān)SWA、SWC、 SWD斷開,SWB閉合時(shí),稱重傳感器輸出的重量 信號(hào)送至CS5532的(1、2腳)Ain1輸入端,經(jīng) 過(guò)CS5532內(nèi)部放大器放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,其 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送至單片機(jī),經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后在重 量窗口顯示。
傳感器電阻采樣信號(hào)的處理:當(dāng)電路中 CD4066芯片的模擬電子開關(guān)SWA、SWC、SWD 閉合,SWB斷開時(shí),由R3、R4組成分壓電路, 經(jīng)過(guò) R5、R11 后送至 CS5532 (19、20 腳 Ain2 輸入端,然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將結(jié)果送至單片機(jī),與 電子秤出廠前被記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
稱重傳感器供橋電壓和A/D參考電壓的處理, 當(dāng)電路中CD4066芯片的模擬電子開關(guān)SWA、 SWC、SWD斷開,SWB閉合,傳感器的供橋電壓 經(jīng)應(yīng)變電阻分壓后,再經(jīng)過(guò)R5、R6分壓后送至 CS5532 (20腳)Ain2+的輸入端,而CS5532的參 考電壓(12腳經(jīng)R7、R9分壓后送至CS5532 (19腳)Ain2-的輸入端,這樣就得到了傳感器供 橋電壓和A/D參考電壓的數(shù)據(jù),然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換 將結(jié)果送至單片機(jī),與電子秤出廠前被記錄的原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
6.軟件的設(shè)計(jì)
軟件流程圖如圖3所示,當(dāng)電子計(jì)價(jià)秤開機(jī) 進(jìn)行初始化后,通過(guò)程序?qū)δM電子開關(guān)閉合和 斷開的控制,分時(shí)從Ain1和Ain2對(duì)重量信號(hào)、傳 感器電阻、傳感器供橋電壓及A/D參考電壓等進(jìn) 行采樣,將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果送入單片機(jī),與電 子計(jì)價(jià)秤出廠時(shí)被保存在存儲(chǔ)器中原始數(shù)據(jù)進(jìn)行 比較,如果數(shù)據(jù)判斷一致的,則電子計(jì)價(jià)秤正常 工作,如果數(shù)據(jù)判斷不一致,則認(rèn)為電子計(jì)價(jià)秤 被人為改變或作弊,這時(shí)電子秤顯示“存在異常” 的特定符號(hào),禁止用戶繼續(xù)使用電子計(jì)價(jià)秤。
7.結(jié)束語(yǔ)
本文提出的防作弊電子計(jì)價(jià)秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn), 其設(shè)計(jì)方法可從源頭上打擊非法改裝、加裝電路 開關(guān)、遙控裝置等作弊手段,從而保證市場(chǎng)的公 平公正,維護(hù)廣大消費(fèi)者利益,該電子計(jì)價(jià)秤具 有廣泛的應(yīng)用前景。