定量给料皮带秤控制器软件设计说明书文档格式.docx

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软件

ABSTRACT

Withtheapplicationofmicro-electronicstechnology,traditionponderationinstrumentusedinmarkethasbeennotsatisfactionwithhumanrequirementsalready.Inordertomakeupforthetraditionalapparatusshortcoming,weimprovetheapparatus'

scontrolsystemwithintelligenceandautomation.Thissystemismainlycontrolledbymicrocontroller,thesectionofheightmeasurementaccomplishbysupersonicsensor,thesectionofweightmeasurementaccomplishbyweightsensorandA/Dtransformer,thisapparatushavemanycharacteristicsuchashavingmorefunction,consumelessenergy,smallandmoveeasily,lowprice,measureprecisely,thespeedisquick,automaticworkwithoutpeopleandsoon.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

Thesystemismainlycontrolledbythemicrocontroller89C51,theperipheryisconsistofthecircuitofclockandcalendar,thecircuitofmeasureheightandweight,thecircuitofdisplayandprint,allofthesecomprisethecircuitboardoftheintelligentapparatusofheightandweight.Itcanachieveallfunctionoftheapparatus.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

Whenhewascalledintheobjectsplacedonthescale,theweightandbeltscalesbodythroughtoweighingtransducer,sensorgenerateselectricityeffect-theweightoftheobject,willbeconvertedtoacertainweightcalledobjects（generalfunctionrelationisproportionaltotherelationshipbetweensignal（the）voltageorcurrent,etc.）.Thissignalbyamplifyingcircuit,theamplificationbyfilter/（A/D）device,digitalsignalsintotinyplaceofCPU,CPUscanningswitch,allsortsoffunctionsandkeyboardaccordingtovariousfunctionsandkeyboardinputswitchtojudge,analysis,bythesoftwaretocontrolallkindsofinstruments.ComputationalresultsshowedthatneedtoCunZhuQiinsidewhentheCPU,frominsideCunZhuQiinstructioninreadingtodisplay,orsendtheprinter.Generally,thesignalfilter,A/Dconversionandsignalprocessingvariousoperationsininstrumentation.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

Keywords:

89C51singlechip;

ponderation–sensor;

LEDdisplay;

software厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

第1章前言

1.1定量给料皮带秤与称重技术简介

定量给料皮带秤被广泛地应用于矿山、煤炭、化学工业和码头等行业．它是一种非常重要的动态测量系统和配料系统。

利用MCS-51单片机特点，在电子皮带秤原有机械结构的基础上加入了由单片机称重控制的自动控制系统，实现了电子皮带秤调节的自动化。

定量给料皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过物料的瞬时流量和累积流量，同时它可以根据操作人员在数字键盘上所输入的给定值通过改变控制电机的速度达到相应的改变皮带的传输速度，从而能快速简便的实现工业控制中人们所需要的皮带速度。

骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。

称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。

电子皮带秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、工农业生产、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。

称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。

因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。

60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。

现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术从静态称重向动态称重发展：

计量方法从模拟测量向数字测量发展；

测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；

其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；

其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；

其应用性能趋向于综合性和组合性[1]。

瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。

定量给料皮带秤也是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、工农业生产、科学研究、内外贸易、生产建设不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高，所以对该课题的研究是对社会发展很有推动效应的一件事情。

鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。

1.2定量给料皮带秤的组成

1.2.1定量给料皮带秤的结构

定量给料皮带秤主要由机械秤体、电机、可控硅调功调速电路、检测电路及装置、控制器（包含相应的控制器辅助电路）、液晶显示器组成。

机械部分主要包括：

供料溜子、称重传力复位系统装置、皮带张力自动调整装置、传动及减速装置、皮带、电机;

检测电路及装置主要包括：

称重传感器及其相应电路，速度传感器及其相应电路。

控制器主要包括单片机以及单片机为实现某些功能所需要的辅助电路，如A/D转换电路，扩展电路,看门狗电路等。

其工艺结构图如图1所示：

栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。

LED

料斗

称重区

图1定量给料皮带秤工艺结构图

（1）料斗

用来盛放各种物料，通常为块、粒、粉体物料，并向皮带供应各种物料。

（2）皮带

在电机带动滚轮作用下，获得相应的速度（它的速度只决定于电机），完成传送物料的功能

（3）称重、传力复位系统

它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子皮带秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。

辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。

（4）电机

受单片机控制的一个执行装置，为皮带提供动力，带动皮带的转动，使皮带的传送功能得以实现，控制皮带的速度，是单片机相应的速度控制功能得以实现峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。

（5）可控硅调功调速电路

它是一种较新型交流电机调速电路，电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041，它集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身，避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷，大大简化了输出通道隔离-驱动电路的结构。

詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。

（6）称重传感器

即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。

则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。

按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。

胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。

对称重传感器的基本要求是：

输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；

有较高的灵敏度；

对被称物体的状态的影响要小；

能在较差的工作条件下工作；

有较好的频响特性；

稳定可靠。

鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。

（7）测量显示和数据输出的载荷测量装置

即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。

这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。

在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤波、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。

稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

1.2.2定量给料皮带秤的工作原理

加电后，电机驱动皮带开始旋转，微处理机根据当前操作控制电机转速，通过链传动辊筒使皮带进行运转。

料斗中的物料落在落料区，经皮带运送到达称重区，其重量便通过皮带秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。

此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。

运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印，同时它可以根据操作人员在数字键盘上所输入的给定值通过改变控制电机的速度达到相应的改变皮带传输速度，从而能快速简便的实现工业控制中人们所需要的皮带速度。

一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。

陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。

1.3系统设计思路

微控制器技术传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用,电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。

本系统在设计过程中,除了能实现系统的基本功能外,还增加了打印和通讯功能,可以实现和其他机器或设备（包括上位PC机和数据存储设备）交换数据.除此之外,系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的AT89系列单片机,在系统更新换代的时候,只需要增加很少的硬件电路,甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。

另外由当中，称可以有一定于实际应用量的过载，但不能超出要求的范围。

沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

综上所述,本系统的主要设计思路是：

利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。

单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量，然后再显示出来。

同时依据操作人员所给的设定值，单片机通过调节电机的转速达到对皮带的速度相应的调节，以此达到工作时人们所想要的皮带速度。

钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

第2章系统方案论证与选型

本系统由5个部分组成:

控制部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分,系统设计总体方案框图如图2-1所示。

懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。

可控硅调功调速电路

图2.1设计思路框图

测量部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。

控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。

同时控制器还可以接受来自键盘输入的数字速度数值命令，经过控制器相应的软件处理，指令信号通过I\O口送入可控硅调功调速电路，可控硅调功调速电路依据指令调节电机的转速，而受电机转速控制的皮带的传输速度也发生相应的改变。

控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制数据显示部分根据需要实现显示功能。

謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。

2.1控制器选择

本系统由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。

这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理、控制过程的便捷性以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。

呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。

根据总体方案设计的分析,可以选用带EEPROM的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。

intel公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATMENL生产的AT89CXX系列单片机。

AT89CXX有两大优势:

第一，片内存储器采用闪速存储器,使程序写入更加方便；

第二，提供了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小,此外价格低廉性能比较稳定的MCPU,具有8K×

8ROM、256×

8RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O接口,这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。

[2]莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。

最后方案确定选择AT89C51这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。

2.2系统检测控制部分的硬件选择

由于定量给料皮带秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路和A/D转换电路，而对电机的控制是可控硅电路，因此此部分的论证主要分以下四方面。

麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。

2.2.1传感器的选择

传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。

納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。

一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。

但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。

传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。

其公式如下：

風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。

C=K0×

K1×

K2×

K3×

（WmaxW）/N（2-1）

C—单个传感器的额定量程；

W—秤体自重；

Wmax—被称物体净重的最大值；

N—秤体所采用支撑点的数量；

K0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间；

K1—冲击系数；

K2—秤体的重心偏移系数；

K3—风压系数。

[3]灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。

综合考虑,本系统采用CHBW电阻应变式传感器,其最大量程为1000kg的称重传感器由双弯曲梁结构，优质合金钢制造。

四角误差校准，偏听偏信心载荷保持精度。

长期稳定性好，可靠性高，密封防尘设计，感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点。

广泛应用于基于单片机的电子皮带秤。

该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成。

【4】其工作原理如图2-2所示：

铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。

图2.2称重传感器工作原理图

表2-1压力传感器主要技术指标

准确度等级Accuracyclass

C30.020.03

额定载荷Ratedload

kg

50-1000

灵敏度Sensitivity

mV/V

1.5-2.0

非线性Nonlinearity

%F.S.

0.02-0.05

滞后Hysteresis

0.02-0.05

重复性Repeatability

蠕变Creep

%F.S./30min

0.03

蠕变恢复creeprecovery

零点输出Zerobalance

±

1

零点温度系数Zerotemperaturecoefficient

%F.S./10℃

0.03

额定输出温度系数Ratedoutputtemperaturecoefficient

输入电阻Inputresistance

Ω

380±

2Ω

输出电阻Outputresistance

350±

绝缘电阻Insulationresistance

MΩ

≥5000

2.2.2放大电路选择

称重传感器输出电压振幅范围0～20mV。

而A/D转换的输入电压要求为0～2V，因此放大环节要有100倍左右的增益。

对放大环节的要求是增益可调的（70～150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。

按照输入电压20mV，分辨率20000码的情况，漂移要小于1µ

V。

由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（±

1µ

V），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。

残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。

稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。

【5】攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

由图2-2称重传感器的工作原理图可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成ΔR/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120Ω，灵敏系数K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000ε，应变电阻相对变化量为：

趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。

ΔR/R=K×

ε=2×

1000×

－6=0.002（2-2）

由式2-2可以看出电阻变化只有0.24Ω，其电阻变化率只有0.2%。

这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。

因此，必须采用转换电路，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。

在前级处理电路部分，我们考虑可以采用以下两种方案：

夹覡闾辁駁档驀迁锬減。

方案一：

利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；

普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。

由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。

所以，此种方案不宜采用。

视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。

方案二：

主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；

差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放（TL062）做成一个差动放大器。

【6】偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。

其设计电路如图2.3所示：

图2.3利用普通运放设计的差动放大器

比较称重传感器和差动放大器的放大倍数，如果差动放大器倍数略大于称重传感器（≤5%），则系统设计满足要求。

其计算结果如下：

緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。

称重传感器输出电压为5V，并且它的灵敏度为2MV/V，则放大倍数为：

5×

2=10MV

差动放大器运算放大倍数：

K=（1+R3/R4）•（1+2R5/W）

=（1+400/100）•（1+2*200/4）

=505倍

2.2.3A/D转换器的选择

世界上有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。

騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。

1、ADC集成电路类型介绍

⑴并行比较A/D转换器：

如ADC0808、ADC0809等。

并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。

它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。

这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。

缺点是：

并行比较式A/D转换的抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比较式A/D只适合于数字示波器等转换速度较快的仪器