一種基于WinCE和Arduino的計(jì)量控制設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

邵琛越 羅溢光

摘 要 本文介紹一種以WinCE和Arduino為平臺設(shè)計(jì)計(jì)量自動(dòng)化控制設(shè)備的方法，并用該方法開發(fā)了一套自動(dòng)灌裝裝置。本文對該方法的硬件平臺、數(shù)據(jù)交換、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)描述。實(shí)現(xiàn)的裝置由WinCE 6.0工控平板、開源Arduinou Uno控制板、繼電器、電磁閥、電子稱組成，實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?shù)據(jù)的采集與液體灌裝的控制，具有性價(jià)比高、穩(wěn)定性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、拆裝簡易等優(yōu)點(diǎn)，可適用于工業(yè)大流量液體灌裝控制，也可作其他計(jì)量自動(dòng)化檢測設(shè)備開發(fā)參考。

【關(guān)鍵詞】WinCE 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) Arduino

傳統(tǒng)計(jì)量檢定技術(shù)中存在大量簡單的人工重復(fù)勞動(dòng)，人工成本越來高造成傳統(tǒng)的計(jì)量檢定手段效率低下，自動(dòng)化程度低，使用自動(dòng)化計(jì)量控制設(shè)備進(jìn)行輔助檢定能極大的提供檢定效率、降低成本。本文所介紹的計(jì)量自動(dòng)化控制系統(tǒng)采WinCE工控平板、開源Arduinou Uno控制板、繼電器、電磁閥、電子稱，實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?shù)據(jù)的采集與液體灌裝的控制，具有性價(jià)比高、穩(wěn)定性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、拆裝簡易等優(yōu)點(diǎn)，可適用于工業(yè)大流量液體灌裝控制，也可作其他計(jì)量自動(dòng)化控制設(shè)備開發(fā)參考。

1 平臺介紹

本文方案中的主控系統(tǒng)采用WINCE微型工業(yè)電腦，自帶多個(gè)串口。Windows CE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺的基礎(chǔ)，它是一個(gè)開放的、可升級的32 bit嵌入式操作系統(tǒng)，支持VS2008編程，可像開發(fā)PC桌面軟件一樣使用C#進(jìn)行開發(fā)，對計(jì)量行業(yè)從業(yè)人員來說，無需專門學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)環(huán)境及語言，可直接上手。WINCE可對系統(tǒng)進(jìn)行二次剪裁，定制系統(tǒng)LOGO及啟動(dòng)畫面，方便設(shè)備集成使用。另外WINCE在工控領(lǐng)域的應(yīng)用遠(yuǎn)高于安卓系統(tǒng)，仍是不錯(cuò)的主控系統(tǒng)方案。

本文采用的控制器系統(tǒng)是Arduino UNO，是Arduino開源平臺下的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)系統(tǒng)，Arduino系統(tǒng)封裝了大量單片機(jī)寄存器、管腳操作及接口驅(qū)動(dòng)（如SPI、I2C、串口），還有大量的第三方操作類庫（LED操作類、GSM操作類、以太網(wǎng)操作類、wifi操作類），使得開發(fā)起來相當(dāng)便捷，思維模式可脫離單片機(jī)面向過程的編程方式，使用上位機(jī)面向?qū)ο蟮姆绞竭M(jìn)行開發(fā)。同時(shí)Arduino UNO上的ATmega328已經(jīng)預(yù)置了bootloader程序，可以通過USB使用Arduino IDE軟件直接下載程序到UNO中。本文將使用Arduino UNO作為控制器，通過其控制繼電器，進(jìn)而操作電磁閥的閉、合，達(dá)到流量控制的目的。

本文的例子使用了WINCE作為主控系統(tǒng)，運(yùn)行主控程序，ARDUINO UNO運(yùn)行動(dòng)作程序，通過串口接收WINCE平板發(fā)來的命令控制繼電器，進(jìn)而操作電磁閥的閉、合，達(dá)到流量控制的目的進(jìn)行控制和反饋操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 通電開機(jī)后進(jìn)入如下畫面

最左端顯示為當(dāng)前設(shè)置的灌裝重量、皮重范圍、減速量，以及灌裝方式、當(dāng)前狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)等參數(shù)。

中間紅色文字部分顯示目前灌裝的凈重、目前的皮重、去皮后的重量以及柱狀顯示灌裝百分比。

中間紅色圓球按鈕部分表示電磁閥的開合狀態(tài)，也可手動(dòng)點(diǎn)擊控制，一般情況是接1和3號電磁閥（即第一個(gè)和第三個(gè)球會(huì)起作用）。

右側(cè)為功能鍵區(qū)，進(jìn)入各個(gè)功能區(qū)、再次點(diǎn)擊相應(yīng)功能按鍵返回主界面。

2.2 參數(shù)設(shè)置

設(shè)置參數(shù)：

灌裝重量，需要灌裝的液體重量。

減速量，達(dá)到一定重量時(shí)減速灌裝以提高準(zhǔn)確度，一般設(shè)為灌裝重量的70-90%。

皮重設(shè)置。將欲灌裝的空容器放入稱架，點(diǎn)擊自動(dòng)設(shè)置皮重，即可自動(dòng)設(shè)置好目標(biāo)皮重。系統(tǒng)將設(shè)此為默認(rèn)皮重，當(dāng)系統(tǒng)檢測到秤面實(shí)際重量穩(wěn)定在此設(shè)置皮重范圍之內(nèi)時(shí)將認(rèn)為秤上已擺放好容器，否則將提示放入灌裝容器。

皮重范圍。皮重允許的誤差范圍，需灌裝容器個(gè)體誤差過大時(shí)，請適量調(diào)大此參數(shù)。

誤差量。達(dá)到重量后閥體關(guān)閉后，由于水流壓力不穩(wěn)導(dǎo)致灌裝產(chǎn)生誤差，現(xiàn)場根據(jù)液體流速壓力設(shè)置此值。例如，需灌裝50KG，當(dāng)灌裝結(jié)束后系統(tǒng)顯示50200g，則表示此液體壓力下灌裝誤差為+200g，此時(shí)設(shè)置誤差量為150即可。

設(shè)置結(jié)束后點(diǎn)擊保存設(shè)置，此設(shè)置可長久保存，固定后一般無需更改。

2.3 開始灌裝

2.3.1 自動(dòng)灌裝

（1）在主界面按“自動(dòng)灌裝”鍵，系統(tǒng)開始自動(dòng)灌裝。當(dāng)放入的灌裝容器重量穩(wěn)定在之前設(shè)置的皮重范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)開始開閥去皮灌裝，當(dāng)灌裝至目標(biāo)量時(shí)關(guān)閉電磁閥結(jié)束灌裝，并發(fā)出滴滴滴聲提示灌裝完成。

（2）移開容器（部分產(chǎn)品配備自動(dòng)搬運(yùn)，可自動(dòng)搬運(yùn)灌裝結(jié)束后的容器），系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)至自動(dòng)灌裝準(zhǔn)備狀態(tài)。

（3）再次放入空容器，系統(tǒng)檢測到容器，繼續(xù)此次灌裝。

（4）當(dāng)想取消自動(dòng)灌裝時(shí)，點(diǎn)擊手工灌裝，即可恢復(fù)手工灌裝狀態(tài)。

2.3.2 手工灌裝

（1）系統(tǒng)默認(rèn)手動(dòng)灌裝。擺放好容器，點(diǎn)擊“開始灌裝”（或按下控制箱面板的綠色機(jī)械按鈕），系統(tǒng)將在檢測到空容器皮重后開始去皮稱重灌裝，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)重量時(shí)關(guān)閉閥門，并發(fā)出滴滴滴聲提示灌裝完成。

（2）移開容器（部分產(chǎn)品配備自動(dòng)搬運(yùn)，可自動(dòng)搬運(yùn)灌裝結(jié)束后的容器），系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)至手動(dòng)灌裝準(zhǔn)備狀態(tài)。

（3）再次放入空容器，用戶需要再次點(diǎn)擊“開始灌裝”（或按下控制箱面板的綠色機(jī)械按鈕）后才可繼續(xù)此次灌裝。

3 結(jié)語

使用Wince和Arduino可快速搭建計(jì)量自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該開發(fā)平臺組合具有開發(fā)周期短，硬件模塊化，價(jià)格低廉且易于替換等特點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)際使用，該套系統(tǒng)能夠很好的工作于工業(yè)現(xiàn)場，具備良好的穩(wěn)定性。

作者單位

1.廣東省計(jì)量科學(xué)研究院 廣東省廣州市 510405

2.廣東省計(jì)量科學(xué)研究院 廣東省廣州市 510405