加速電子秤讀取之硬體設計與系統鑑別

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姓名

江佩如(Pei-Ru Jiang ) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程研究所

論文名稱

加速電子秤讀取之硬體設計與系統鑑別

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摘要(中)

本文以數位訊號處理器(DSP)為主體設計一訊號量測卡，主要量測感測元(Load Cell)的訊號來架設電子秤，本卡在電路與韌體搭配規劃下，對微小電壓之類比訊號進行取樣，並針對系統選擇適當的工作模式和採樣頻率，以取得系統完整的動態響應，隨後將數位訊號傳回DSP。
接著將所得到的動態響應做系統鑑別，本文以最小平方遞迴法(Recursive Least Square)來求取系統的動態參數，並依所得參數重建系統動態，之後再和原來的訊號做比較，此外，和平均法比較穩定值的預測結果，證明了RLS預測上的效率比平均法好。

摘要(英)

In this study DSP play an important role in signal-measure-card designed for the load cell in weighing system. The design in circuit and firmware of this signal-measure-card is focused on measuringmicro-voltage. In order to get a complete dynamic shape, users can instruct DSP to choose proper sampling frequency and gains to resolve analog signals into digital ones. After A/D converting, the data will be transmitted and processed by DSP.
Since getting complete information of dynamic, Recursive Least Square is used for system Identification. In this study, the dynamic shape rebuilt by parameter got from system ID is compared with the original dynamic one. Besides, RLS and Mean-method are used for estimating the stable value of weigher, and the result is that RLS is more speedy and useful than Mean-method.

關鍵字(中)

★ AD7715
★ DSP
★ 平均法
★ 感測元
★ 系統鑑別
★ 訊號量測
★ 遞迴最小平方法
★ 電子秤

關鍵字(英)

★ Load Cell
★ RLS

論文目次

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3相關文獻回顧 3
1.4論文架構 6
第二章電子秤系統分析 7
2.1 加速電子秤讀取之方法簡介 7
2.2電子秤機械動態數學模型 7
第三章實驗硬體系統的架構與設計 11
3.1 主硬體規格 12
3.1.1 DSP 12
3.1.2 AD7715 13
3.2電路的設計與使用 14
3.2.1 AD7715周邊類比電路 14
3.2.2 OP放大濾波電路 16
3.2.3 PLD邏輯電路 18
3.2.4電源電路 21
第四章韌體的規劃 22
4.1 DSP的設定[13] 22
4.1.1 SCLK頻率設定 22
4.1.2 串列傳輸埠設定 24
4.1.3中斷設定 26
4.2 A/D頻率與工作模式之設定 28
4.3程式流程 29
第五章理論介紹與分析 31
5.1系統鑑別使用理論 31
5.1.1遞迴最小平方法 31
5.1.2系統離散化 35
5.2 FFT前之數據處理 37
第六章數據分析與結論 39
6.1系統訊號分析 39
6.1.1 AD7715訊號解析 39
6.1.2雜訊分析 42
6.1.3線性轉換 45
6.2 系統鑑別 47
6.3電子秤穩定讀數預測 49
6.3.1平均法說明 49
6.3.2 Growing Window 的使用 50
6.3.3 Sliding Window的使用 54
6.4結論 56
第七章未來展望 58
附錄A 59
A.1腳位說明 59
A.2暫存器的設定 61
A.3 RESET功能 65
A.4參考電壓 65
A.5校準模式 66
參考文獻 69

參考文獻

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[2]G. Jager,”High-Speed Weighting Engineering”,13th International conference on Force and Mass Measurement, Helsinki, Finnland, May 10-14, 1993.
[3]US3677357: ELECTROMAGNETIC LOAD COMPENSATED WEIGHING APPARATUS INCLUDING DAMPING, July 18, 1972
[4]US3688854: BALANCE WITH ELECTROMAGNETIC COMPENSATION, Sept. 5, 1972
[5] G. Jager,”Status and trends of development of optical interference force measuring and weighing systems”, 12th International conference on Force and Mass Measurement, Szeged, Ungarn, 4.-7. Sept., 1990.
[6] US4065962: Load cell, Jan. 3, 1978
[7] 扶亞民，”微電腦控制農產品重量選別系統之基礎研究”，國立台灣大學農業工程學研究所，1988。

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[9] S. S. Rao, “Mechanical Vibrations”, Addison-Wesley Publishing Company, Inc, 1995.
[10] Analog Devices,”AD7715, 3V/5V, 450μA, 16Bit, Sigma-Delta ADC”, Analog Devices, Inc., 1998.
[11]Analog Devices,”ADMC331 Single Chip DSP Motor Cntroller ”, Analog Devices, Inc., 1998.
[12]Analog Device,”ADSP-2100 Family Assembly Tools & Simulator Manual”,Analog Device,1995.
[13]Analog Device,”ADSP-2100 Family User’s Manual”,Analog Device,1995.
[14]Juang, J.-N., “Applied System Identification”, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1994.

指導教授

張江南(Chiang-Nan Chang)

審核日期

2001-6-27

推文