一種基于WinCE和Arduino的計量控制設備設計與實現

邵琛越 羅溢光

摘 要 本文介紹一種以WinCE和Arduino為平臺設計計量自動化控制設備的方法，并用該方法開發了一套自動灌裝裝置。本文對該方法的硬件平臺、數據交換、軟件設計進行了詳細描述。實現的裝置由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，實現了稱重數據的采集與液體灌裝的控制，具有性價比高、穩定性好、擴展性強、拆裝簡易等優點，可適用于工業大流量液體灌裝控制，也可作其他計量自動化檢測設備開發參考。

【關鍵詞】WinCE 數據采集系統 Arduino

傳統計量檢定技術中存在大量簡單的人工重復勞動，人工成本越來高造成傳統的計量檢定手段效率低下，自動化程度低，使用自動化計量控制設備進行輔助檢定能極大的提供檢定效率、降低成本。本文所介紹的計量自動化控制系統采WinCE工控平板、開源Arduinou Uno控制板、繼電器、電磁閥、電子稱，實現了稱重數據的采集與液體灌裝的控制，具有性價比高、穩定性好、擴展性強、拆裝簡易等優點，可適用于工業大流量液體灌裝控制，也可作其他計量自動化控制設備開發參考。

1 平臺介紹

本文方案中的主控系統采用WINCE微型工業電腦，自帶多個串口。Windows CE是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎，它是一個開放的、可升級的32 bit嵌入式操作系統，支持VS2008編程，可像開發PC桌面軟件一樣使用C#進行開發，對計量行業從業人員來說，無需專門學習嵌入式開發環境及語言，可直接上手。WINCE可對系統進行二次剪裁，定制系統LOGO及啟動畫面，方便設備集成使用。另外WINCE在工控領域的應用遠高于安卓系統，仍是不錯的主控系統方案。

本文采用的控制器系統是Arduino UNO，是Arduino開源平臺下的標準單片機系統，Arduino系統封裝了大量單片機寄存器、管腳操作及接口驅動（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、以太網操作類、wifi操作類），使得開發起來相當便捷，思維模式可脫離單片機面向過程的編程方式，使用上位機面向對象的方式進行開發。同時Arduino UNO上的ATmega328已經預置了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，進而操作電磁閥的閉、合，達到流量控制的目的。

本文的例子使用了WINCE作為主控系統，運行主控程序，ARDUINO UNO運行動作程序，通過串口接收WINCE平板發來的命令控制繼電器，進而操作電磁閥的閉、合，達到流量控制的目的進行控制和反饋操作。

2 軟件設計

2.1 通電開機后進入如下畫面

最左端顯示為當前設置的灌裝重量、皮重范圍、減速量，以及灌裝方式、當前狀態、系統狀態等參數。

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，也可手動點擊控制，一般情況是接1和3號電磁閥（即第一個和第三個球會起作用）。

右側為功能鍵區，進入各個功能區、再次點擊相應功能按鍵返回主界面。

2.2 參數設置

設置參數：

灌裝重量，需要灌裝的液體重量。

減速量，達到一定重量時減速灌裝以提高準確度，一般設為灌裝重量的70-90%。

皮重設置。將欲灌裝的空容器放入稱架，點擊自動設置皮重，即可自動設置好目標皮重。系統將設此為默認皮重，當系統檢測到秤面實際重量穩定在此設置皮重范圍之內時將認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，需灌裝容器個體誤差過大時，請適量調大此參數。

誤差量。達到重量后閥體關閉后，由于水流壓力不穩導致灌裝產生誤差，現場根據液體流速壓力設置此值。例如，需灌裝50KG，當灌裝結束后系統顯示50200g，則表示此液體壓力下灌裝誤差為+200g，此時設置誤差量為150即可。

設置結束后點擊保存設置，此設置可長久保存，固定后一般無需更改。

2.3 開始灌裝

2.3.1 自動灌裝

（1）在主界面按“自動灌裝”鍵，系統開始自動灌裝。當放入的灌裝容器重量穩定在之前設置的皮重范圍內時，系統開始開閥去皮灌裝，當灌裝至目標量時關閉電磁閥結束灌裝，并發出滴滴滴聲提示灌裝完成。

（2）移開容器（部分產品配備自動搬運，可自動搬運灌裝結束后的容器），系統自動恢復至自動灌裝準備狀態。

（3）再次放入空容器，系統檢測到容器，繼續此次灌裝。

（4）當想取消自動灌裝時，點擊手工灌裝，即可恢復手工灌裝狀態。

2.3.2 手工灌裝

（1）系統默認手動灌裝。擺放好容器，點擊“開始灌裝”（或按下控制箱面板的綠色機械按鈕），系統將在檢測到空容器皮重后開始去皮稱重灌裝，當達到目標重量時關閉閥門，并發出滴滴滴聲提示灌裝完成。

（2）移開容器（部分產品配備自動搬運，可自動搬運灌裝結束后的容器），系統自動恢復至手動灌裝準備狀態。

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

3 結語

使用Wince和Arduino可快速搭建計量自動化控制系統，該開發平臺組合具有開發周期短，硬件模塊化，價格低廉且易于替換等特點。經過實際使用，該套系統能夠很好的工作于工業現場，具備良好的穩定性。

作者單位

1.廣東省計量科學研究院 廣東省廣州市 510405

2.廣東省計量科學研究院 廣東省廣州市 510405