本文介紹一種防作弊電子計價(jià)秤設計的關(guān)鍵技術(shù),針對容易作弊的稱(chēng)重傳感 器輸出信號電路、信號放大器電路、模擬數字轉換(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(zhù)電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電子計價(jià)秤作為 計量器具廣泛用于商貿領(lǐng)域。同時(shí)電子計價(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)特殊的手段對電子計價(jià)秤內部進(jìn)行非法 改裝、加裝電路開(kāi)關(guān)、遙控裝置等作弊手段,以 達到缺斤少兩的目的,嚴重損害消費者的利益;這一問(wèn)題不解決,不僅會(huì )助長(cháng)社會(huì )弄虛作假的歪 風(fēng)邪氣,而且對我國的質(zhì)量體系和誠信體系勢必 產(chǎn)生嚴重的沖擊。為了解決傳統電子計價(jià)秤防作 弊設計方面的不足,本文從技術(shù)上給出一種電子 計價(jià)秤防作弊方法,從電子計價(jià)秤的硬件、軟件 上整體防作弊,將從源頭上打擊作弊現象,樹(shù)立 消費者對計量器具的信心,具有較好的社會(huì )效益。
2.電子計價(jià)秤工作原理及框圖
一般電子計價(jià)秤均由稱(chēng)重傳感器信號電路、信號放大器電路、A/D轉換電路(包括模擬放大、濾波(有些是集成于A/D轉換器內部)、A/D轉換 器)、單片機、鍵盤(pán)、數字顯示器及穩壓電路等組 成,如圖1所示。
電子計價(jià)秤的工作原理:稱(chēng)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模擬 電壓信號。該信號經(jīng)放大,濾波后送至模數 (A/D轉換器,轉換成相應的數字信號,最后由 單片機進(jìn)行數據處理,接收并處理鍵盤(pán)輸入的操 作命令,同時(shí)將處理結果輸出到數字顯示器進(jìn)行 稱(chēng)量顯示。
3.影響電子計價(jià)秤準確度的主要電路
從電子計價(jià)秤工作原理可以看出,容易影響 電子計價(jià)秤準確度的主要有三部分電路,第一是 稱(chēng)重傳感器信號電路,第二是信號放大器電路, 第三是模擬數字轉換 (A/D) 電路。
3.1稱(chēng)重傳感器信號電路 目前市場(chǎng)上的電子計價(jià)秤使用稱(chēng)重傳感器一般是電阻應變片式傳感器,傳感器輸出的信號大 小是根據傳感器上加載的重量負荷的大小和傳感 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 出信號大小,即改變了電子計價(jià)秤的數字顯示器 上顯示稱(chēng)重值的大小。
3.2信號放大器電路
因稱(chēng)重傳感器輸出信號是毫伏級模擬電壓信 號,該信號需要經(jīng)放大后才能送至模數(A/D轉 換器處理,當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),從而改變輸出信 號的幅度,即改變了電子計價(jià)秤的數字顯示器上 顯示稱(chēng)重值的大小。
3.3模擬數字轉換(A/D電路 該電路有一個(gè)基準電壓(即參考電壓),基準 電壓決定了模擬數字轉換(A/D的轉換靈敏度。 當改變參考電壓便能改變模擬數字轉換(A/D靈 敏度,從而改變了電子計價(jià)秤的數字顯示器上顯 示稱(chēng)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,是對電子計價(jià)秤內部 的稱(chēng)重傳感器輸出信號電路、信號放大器電路、 模擬數字轉換等電路,進(jìn)行非法改裝、加 裝電路開(kāi)關(guān)、遙控裝置等,具有較強隱蔽性的作 弊手法,從而達到缺斤少兩的目的。
稱(chēng)重傳感器信號電路,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(chēng)重傳感器的供橋電壓,使稱(chēng)重傳感器輸 出信號增加,從而導致電子計價(jià)秤的顯示重量比 實(shí)際重量多。
信號放大器電路,作弊手段是增大信號放大 器電路的反饋電阻,減少反饋量,提高放大比, 從而導致電子計價(jià)秤的顯示重量比實(shí)際重量多。
模擬數字轉換_電路,作弊手段是減小 該電路的基準電壓,使得模擬數字轉換(A/D靈 敏度增大,從而導致電子計價(jià)秤的顯示重量比實(shí) 際重量多。
5.硬件的設計
針對容易影響電子計價(jià)秤準確度的三部分電 路,在硬件設計上進(jìn)行了改進(jìn)。第一在稱(chēng)重傳感 器信號電路中,增加了稱(chēng)重傳感器的輸出電阻和 供橋電壓檢測電路,采取了對輸出電阻和供橋電 壓與出廠(chǎng)前被記錄單片機內部存儲器數據進(jìn)行比 較措施。第二在信號放大器電路上,采用內部帶 有放大器的雙通道A/D芯片,取消了外部信號放 大電路,杜絕了放大電路的增益被人為改變。第 三在模擬數字轉換_電路中,增加A/D芯片 參考電壓檢測電路。采取了對參考電壓與出廠(chǎng)前 被記錄單片機內部存儲器數據進(jìn)行校驗措施,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(kāi)關(guān)CD4066芯片等元器件,組成了對稱(chēng) 重傳感器輸出電阻、供橋電壓、A/D芯片的參考電 壓檢測電路。
CS5532芯片是美國Cirrus Logic公司推出的雙 通道24位高集成度的A-1模數轉換器,由于采 用了電荷平衡技術(shù),其性能可以達到24位。該系 列ADC非常適合測量稱(chēng)重顯示器應用領(lǐng)域的單/ 雙極性小信號。片內集成放大電路,可編程放大; 差動(dòng)信號輸入;兩個(gè)模擬通道編程選擇。具有極 高的穩定性、速度和極低非線(xiàn)性和溫漂。電路中 芯片的通道1 (An)內部帶信號放大器,專(zhuān)門(mén)用 于采樣重量信號,通道2 (Ain2內部帶信號放大 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(chēng)重傳感器輸出的重量信號的處理:當電路 中CD4066芯片的模擬電子開(kāi)關(guān)SWA、SWC、 SWD斷開(kāi),SWB閉合時(shí),稱(chēng)重傳感器輸出的重量 信號送至CS5532的(1、2腳)Ain1輸入端,經(jīng) 過(guò)CS5532內部放大器放大后進(jìn)行A/D轉換,其 A/D轉換結果送至單片機,經(jīng)過(guò)單片機處理后在重 量窗口顯示。
傳感器電阻采樣信號的處理:當電路中 CD4066芯片的模擬電子開(kāi)關(guān)SWA、SWC、SWD 閉合,SWB斷開(kāi)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轉換將結果送至單片機,與 電子秤出廠(chǎng)前被記錄的原始數據進(jìn)行比較。
稱(chēng)重傳感器供橋電壓和A/D參考電壓的處理, 當電路中CD4066芯片的模擬電子開(kāi)關(guān)SWA、 SWC、SWD斷開(kāi),SWB閉合,傳感器的供橋電壓 經(jīng)應變電阻分壓后,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參考電壓的數據,然后經(jīng)A/D轉換 將結果送至單片機,與電子秤出廠(chǎng)前被記錄的原 始數據進(jìn)行比較。
6.軟件的設計
軟件流程圖如圖3所示,當電子計價(jià)秤開(kāi)機 進(jìn)行初始化后,通過(guò)程序對模擬電子開(kāi)關(guān)閉合和 斷開(kāi)的控制,分時(shí)從Ain1和Ain2對重量信號、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,將采樣數據轉換結果送入單片機,與電 子計價(jià)秤出廠(chǎng)時(shí)被保存在存儲器中原始數據進(jìn)行 比較,如果數據判斷一致的,則電子計價(jià)秤正常 工作,如果數據判斷不一致,則認為電子計價(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,禁止用戶(hù)繼續使用電子計價(jià)秤。
7.結束語(yǔ)
本文提出的防作弊電子計價(jià)秤的設計與實(shí)現, 其設計方法可從源頭上打擊非法改裝、加裝電路 開(kāi)關(guān)、遙控裝置等作弊手段,從而保證市場(chǎng)的公 平公正,維護廣大消費者利益,該電子計價(jià)秤具 有廣泛的應用前景。