基于AT90CAN128單片機高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)信號采集部分

1、題 目：基于at90can128單片機高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)-信號采集部分基于at90can128單片機高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)-信號采集部分摘 要高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)是指依靠調(diào)節(jié)帶式輸送機的速度來控制各種物料的進料量，完成對各種熟料的配比。它將工業(yè)現(xiàn)場的各種物理量（模擬信號）通過傳感器變?yōu)殡娦盘枺俳?jīng)過a/d進行采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，由計算機進行存儲、處理、顯示或打印。整個系統(tǒng)由信息采集部分、pid過程控制部分和can總線通信三大部分來實現(xiàn)其功能，還可以在顯示屏上查詢各種物料的給定流量、實際流量及其誤差等使用情況，盡早發(fā)現(xiàn)和消除隱患，實時處理故障，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。我們的設(shè)計主要是針對信號采集部分的設(shè)計

2、。本系統(tǒng)是以at90can128單片機為核心部件組成的一個簡單數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要部件有：at90can128、uln2803、vfd、cs5523、led、繼電器等。at90can128是一款低功率cmos 8位的微處理器，這些功能為我們系統(tǒng)的實現(xiàn)提供條件。該系統(tǒng)不但能對單路信號進行采集，而且還可以對多路信號進行循環(huán)采集，最多可采集4路。既可以采集流量信號，同時也可以對開關(guān)等信號進行采集。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，具有一定得的抗干擾性，其采集精度也能夠滿足要求。 關(guān)鍵詞：at90can128；配料系統(tǒng)；電子皮帶稱；信號采集sintering blast furnace system based

3、on at90can128 single-chip microcomputer - signal acquisitionabstractsintering blast furnace system is relying on regulation to control the conveyor speed into the charge of a variety of materials, to complete a variety of clinker ratio. it can change all kinds of physical quantities of the industria

4、l site (analog signals) into electrical signals through sensors, and then, after a/d sample is converted to digital value, to store(information), process, display or print in a computer or system . the entire system is make up of information collection, pid control and can bus communication , achiev

5、eing its main functions, it also can display information such as a given flow, the actual flow and its error, find out hidden danger and remove it early,further improve the reliability of the system.our design is mainly directed against part of the design of signal acquisition. the system is based o

6、n at90can128 single-chip microcomputer as the core components of a simple data acquisition system. the main components of the system are: at90can128、uln2803、vfd、cs5523、led and so on。at90can128 is a low-power cmos 8-bit microprocessors, which functions used for our system to provide the conditions to

7、 achieve the design.this system is not only to do single-channel signal acquisition, but also on the cycle of multi-channel signal acquisition, even up to 4-way acquisition. traffic signals can be collected, but can also signals to the switch. stable performance of the system with the interference m

8、ust, and its precision is also able to meet the requirements of accuracy.key words: at90can128; batching systems; electronic belt; signal acquisition 目錄摘 要iabstractii第一章引 言11.1研究背景11.1.1 容積配料11.1.2 重量配料21.2 燒結(jié)機自動稱重配料控制方案21.2.1控制方案及系統(tǒng)組成21.2.2系統(tǒng)的工作方式41.3 系統(tǒng)各部分功能41.3.1流程圖說明41.3.2計算機監(jiān)控部分5第二章 信號采集系統(tǒng)綜述62.

9、1數(shù)據(jù)采集的意義和任務(wù)62.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)62.3工作流程92.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能102.4.1數(shù)據(jù)信號采集102.4.2模擬信號處理102.4.3數(shù)字信號處理102.4.4開關(guān)信號的處理102.4.5二次數(shù)據(jù)計算112.4.6屏幕顯示112.4.7數(shù)據(jù)存儲112.4.8人機聯(lián)系112.5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式112.6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件122.6.1模擬信號采集與處理程序122.6.2數(shù)字信號采集與處理程序122.6.3脈沖信號的處理程序122.6.4開關(guān)信號處理程序122.6.5運行參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)132.6.6系統(tǒng)管理程序132.6.7通信程序13第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計143.1系

10、統(tǒng)電路方框圖及說明143.2at90can128單片機簡介143.2.1芯片特點153.2.2結(jié)構(gòu)概覽153.2.3at90can128引腳配置173.2.4引腳介紹173.2.5定時計數(shù)器183.3cs5523a/d轉(zhuǎn)換器件介紹193.3.1概述193.3.2特性193.3.3結(jié)構(gòu)簡述203.3.4cs5523引腳配置233.3.5 cs5523引腳介紹233.4鍵盤電路253.5開關(guān)電路253.5.1開入量電路263.5.2開出量電路273.6速度測量原理273.7vfd顯示28第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)294.1程序結(jié)構(gòu)圖及其說明294.2主程序294.3鍵盤掃描子程序314.4a/d轉(zhuǎn)

11、換子程序364.5vfd顯示子程序37總結(jié)38參考文獻39附錄a硬件原理圖40附錄b信號采集系統(tǒng)程序41附錄c字型表48致謝51第一章 引 言1.1研究背景在當(dāng)今許多鋼鐵廠礦企業(yè)中，為了使燒結(jié)礦的化學(xué)成分和物理性質(zhì)穩(wěn)定，符合高爐冶煉的要求，并使燒結(jié)料具有足夠的透氣性以獲得較高的燒結(jié)生產(chǎn)率，必須把各種不同成分的含鐵原料、熔劑和燃料根據(jù)燒結(jié)過程的要求和燒結(jié)礦質(zhì)量的要求進行精確的配料。燒結(jié)生產(chǎn)實踐證明：燒結(jié)配料發(fā)生偏差會影響燒結(jié)過程的進行和燒結(jié)礦質(zhì)量。例如在某廠的條件下，灰石配比誤差1%就影響燒結(jié)礦的堿度0.04;燃料波動1%,影響燒結(jié)礦中feo變化23,使燒結(jié)礦的還原性及強度受到影響。燒結(jié)原料的品

12、種多，成分的波動大，進入配料室前必須經(jīng)過破碎篩分、中和混勻處理，然后根據(jù)煉鐵對燒結(jié)礦化學(xué)成份的要求進行配料計算，以保證燒結(jié)礦的含鐵量、堿度、含硫量、feo含量等主要成分控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并為設(shè)備選擇，礦槽設(shè)計以及運輸系統(tǒng)提供設(shè)計數(shù)據(jù)。配料的精確性在很大的程度上決定于所采用的配料方法。目前配料方法有容積配料及質(zhì)量（重量）配料。1.1.1 容積配料目前各廠廣泛使用的圓盤給礦機是容積配料的一種。它是假定物料堆積密度一定的情況下，借套筒的閘門控制配料的容積。為了增加其準(zhǔn)確性必須定期檢查。由于各種原料的堆積密度隨料粒和濕度不同而發(fā)生波動，致使配料量產(chǎn)生較大的誤差，一般在5%以上。在增加圓盤配料的準(zhǔn)確性方

13、面，各燒結(jié)廠積累了豐富的經(jīng)驗，如圓盤給礦機安裝時應(yīng)使給料圓盤中心與料倉中心相吻合，保持料倉中一定高度的料面，并使物料在料倉中分布均勻，防止物料堆集于一邊。保持圓盤盤面沿各方面具有相同的粗糙度。有些燒結(jié)廠配料室為了保證混合礦化學(xué)成分及粒度均勻采用梯形給料法，即四個混合礦倉使用三個，一個是滿倉，一個是半倉，一個是下倉，另一個在輸料，輸滿后即送樣化驗成分。一般來說滿倉時給料的粒度細(xì)、量大。底倉時給料的粒度粗、重量輕。另外，為了正確地檢查料量，采用三點一線的方法：即圓盤上的紅線，稱盤的中心點，皮帶的中心點在一條線上。圓盤上的紅線是根據(jù)事先測定具有代表性的一點。 由于容積配料法設(shè)備簡單，便于操作，因此目

14、前還廣泛地、特別是在中小企業(yè)中被采用。1.1.2 重量配料 重量（質(zhì)量）配料法是按原料的重量（質(zhì)量）來配料，它比容量配料法準(zhǔn)確其配料精度在1.0%左右，對于配比量較小的燃料，就更加明顯。此外，重量（質(zhì)量）配料法可以實現(xiàn)配料自動化。許多廠在圓盤給料機下面安裝電子稱，及時反映出給料量，此外在給料機上安裝滑差電機調(diào)速，保證給料的準(zhǔn)確性。上圖示出某廠燒結(jié)車間自動配料系統(tǒng)。鐵精礦的配料由集料皮帶上的電子稱得出精礦量信號，與給定值進行比較、通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)4或5（帶調(diào)速電機的圓盤給料機）的速度，以保持精礦量不變。運行時4號和5號至少有一臺運轉(zhuǎn)。輔助原料的配料由定量給料機和各自的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整定量皮帶機的給料

15、速度，配比給定系統(tǒng)由可調(diào)恒流單元和定值器來實現(xiàn)。這種配置增加設(shè)備不多，節(jié)省電耗，精礦配料誤差為1.5%，輔助配料為1.0%。 目前國外已有按化學(xué)成分配料法。此法是用x射線熒光分析儀對原料的化學(xué)成分進行分析，根據(jù)化學(xué)成分確定各物料的最佳配比。1.2 燒結(jié)機自動稱重配料控制方案1.2.1控制方案及系統(tǒng)組成近年來,國內(nèi)新建燒結(jié)機的配料方法均采用重量配料法。針對燒結(jié)廠所用原料來源雜、成分波動大，給燒結(jié)礦的tfe和sio2穩(wěn)定率帶來不利影響問題，介紹了混勻料場混勻配料的工藝流程及自動配料的實現(xiàn)，提出了重量配料，就是按原料的重量來配料,采用電子皮帶秤對物料進行連續(xù)計量,通過調(diào)節(jié)圓盤給料機或皮帶的速度來實現(xiàn)

16、定量給料。重量配料易實現(xiàn)自動配料,配料精度較高。燒結(jié)機的配料采用13個定量圓盤給料機和電子皮帶秤定量給料，為提高皮帶配料秤的計量精度和配料系統(tǒng)給料精度，所有給料機的皮帶配料秤均采用變頻調(diào)速的方式進行控制。該自動稱重配料控制由下列五大部分：電子皮帶稱、稱重控制儀表、變頻控制柜、監(jiān)控計算機及現(xiàn)場操作箱部分。 圖1.1自動稱重配料控制組成圖配料自動控制實現(xiàn)燒結(jié)用的原料如混勻礦、燃料、熔劑白云石、生石灰、冷返礦按照工藝要求的配比進行自動給料，能夠判斷下料堵料和失控故障、變頻器故障，并報警。 本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集節(jié)點、數(shù)據(jù)處理單元、vfd顯示節(jié)點等組成，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能完善，顯示屏與數(shù)據(jù)處理單元相連，

17、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)采集節(jié)點和vfd顯示節(jié)點都掛接在can總線上，各組成部分提供不同的功能。1）數(shù)據(jù)處理單元主要為at90can128單片機來實現(xiàn)，進行數(shù)據(jù)交換，并處理屏上的顯示和設(shè)置信息及can總線上的交互信息。2） vfd顯示節(jié)點主要顯示當(dāng)前各路的模擬量和開關(guān)量的報警信息，便于用戶查看，使系統(tǒng)更加人性化。3）數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集各路模擬量和開關(guān)量信息，通過can總線傳輸，以供數(shù)據(jù)處理單元處理。 本系統(tǒng)對實時性要求高，數(shù)據(jù)傳輸量大，數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集的信息應(yīng)快速上傳到數(shù)據(jù)處理單元，以便及時處理，數(shù)據(jù)處理單元將設(shè)置信息實時傳遞給數(shù)據(jù)采集單元；數(shù)據(jù)處理單元處理完采集的信息后，將當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)及時地在vf

18、d顯示節(jié)點上顯示出來，從而進行控制。1.2.2系統(tǒng)的工作方式系統(tǒng)檢修和工作方式有二種:手動檢修方式：即通過現(xiàn)場操作箱選擇開關(guān)及按鈕控制變頻器以點動頻率驅(qū)動電動機正反向運行速度;工作方式是儀表自動給料：即通過稱重控制儀表鍵盤，任意給定所需給料量，并通過給料量大小變化自動調(diào)整變頻器頻率(電動機的運行速度)；正常工作在上位機自動給料，受計算機控制。檢修或調(diào)試時在“檢修”狀態(tài),可以單機運行。 1.3 系統(tǒng)各部分功能圖1.2自動稱重配料控制流程圖1.3.1流程圖說明1）實現(xiàn)流量恒定的控制儀表控制部分采用模塊控制方式,電子秤與儀表控制模塊之間的信號傳輸采用差分頻率信號傳輸技術(shù),具有極強的抗干擾能力和遠(yuǎn)傳能

19、力,從而保證了系統(tǒng)信道的可靠性和準(zhǔn)確性,在反饋控制上采用新型的人工智能pid調(diào)節(jié)算法,無振蕩,無超調(diào)。2）儀表控制部分與監(jiān)控計算機采用can總線通信方式，信號傳輸?shù)目焖賹崟r性更高、抗干擾更強、可靠性更高，保證配料精度和穩(wěn)定性。3）配料秤有補償功能，即皮帶本身影響自動補償功能。能在配料秤正常生產(chǎn)運行過程中，連續(xù)不斷地測量皮帶本身實際重量的變化(如物料局部粘結(jié)等造成的皮帶皮重的變化，天長日久磨損程度不同導(dǎo)致的皮帶薄厚不均，以及張力不勻等所產(chǎn)生的對稱重傳感器的外部影響)，并隨時進行精確補償，因而其動態(tài)測量精度要比一般設(shè)備廠家的配料秤動態(tài)測量精度高。1.3.2計算機監(jiān)控部分該計算機采用品牌機作為控制計

20、算機, 系統(tǒng)軟件是在win2000操作平臺下,用組態(tài)開發(fā)研制的通用應(yīng)用程序，整個程序兼顧鍵盤操作。各種操作界面、數(shù)據(jù)顯示,用戶可方便進行各種數(shù)據(jù)的修改操作,運行數(shù)據(jù)的顯示。vfd顯示屏其功能如下:1）顯示功能 顯示各設(shè)備瞬時運行情況; 顯示各臺秤的給定流量、實際流量、下料累計量，顯示各種原料的瞬間下料量、總流量及總累計量。 具有系統(tǒng)報警功能。2）操作及控制功能 該系統(tǒng)利用操作提示菜單方便、簡單，快速引導(dǎo)進行系統(tǒng)操作。其功能如下: 能實現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程操作(啟停、手自動轉(zhuǎn)換、單動)； 能快速修改各臺電子秤的計量參數(shù)及換倉后各物料吸收系數(shù)的變更設(shè)置; 修改配料系統(tǒng)的控制參數(shù); 根據(jù)工藝要求，可隨時、

21、方便的選定、修改、更換配比和配料總流量; 當(dāng)物料水分含量發(fā)生變化時,可方便的變更水分組和手動輸入各物料的水分變化量。 根據(jù)現(xiàn)場實際需要，可對報警時間進行設(shè)置;3）報警功能 當(dāng)系統(tǒng)各測量單元出現(xiàn)故障時,led顯示燈將以警示色提醒用戶,按下相關(guān)鍵后,可由crt顯示故障代碼; 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)空倉或給料機堵料而無法下料時, led顯示燈報警提醒用戶及時處理。第二章 信號采集系統(tǒng)綜述2.1數(shù)據(jù)采集的意義和任務(wù)“數(shù)據(jù)采集”是指將壓力、頻率等信號采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示的過程。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用

22、這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段，在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力的工具，也是獲得科學(xué)奧秘的重要手段之一，總之，無論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟效益就越大。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，具體說，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，然后送入計算機，根據(jù)不同的需要由計算機進行相應(yīng)的計算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)，與此同時，將計算得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分的數(shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計算機用來控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系

23、統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度，在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實時的采集，實時處理和實時控制對速度的要求。2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)各種物料信號采集所需的傳感器被安裝在帶式輸送機上。帶式輸送機被廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對于散裝的固態(tài)原料（礦石、水泥、煤粉）進行自動輸送，特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境下作業(yè)。在本設(shè)計中，高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)就是依靠調(diào)節(jié)帶式輸送機的速度來控制各種物料的進料量，完成對各種熟料的配比。而輸送帶配料秤是一種用于測量和控制帶式輸送機的速度和物料流量的實時控制器。電子皮帶秤是一種智能化的數(shù)字式動態(tài)稱重顯示儀，由秤量框架、稱重傳感器、測

24、速傳感器和顯示儀表等四大部件組成。其基本原理是物料重量通過稱量框架傳遞給稱重傳 圖2.1高爐燒結(jié)配料現(xiàn)場布控圖 感器，變化為毫伏級電信號，再與測速傳感器的皮帶速度脈沖信號一起由顯示智能儀表處理后進行累加顯示，其工作原理框圖如圖2.2所示。 圖2.2電子皮帶秤工作原理方框圖1）荷重傳感器 用于測量輸送帶上的瞬時重量。本系統(tǒng)選用應(yīng)用式荷重傳感器，其原理是用應(yīng)變片直接測量彈性元件的應(yīng)變，實現(xiàn)間接測量壓力。這種方法彈性元件變形極小，可以測量高頻率變化的壓力。2）測速編碼器 發(fā)送與皮帶速度相對應(yīng)的脈沖信號，單片機通過特定接口接受該脈沖信號，根據(jù)自身定時器設(shè)置準(zhǔn)確測量輸送帶的走速。當(dāng)同一時間段接收脈沖信號

25、越多，頻率越快，說明轉(zhuǎn)速越快；頻率越低，速度越慢。3）編碼器簡介常用的有旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成a、b、c、d,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將c、d信號反向，疊加在a、b兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個z相脈沖以

26、代表零位參考位。由于a、b兩相相差90度，可通過比較a相在前還是b相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波，信號連接編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、plc、計算機，如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。 a、b兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。2.

27、3工作流程從圖2.2中可以看出在輸送帶的上方有一個料斗，輸送帶運動時物料隨輸送帶輸送出去。通過圓盤給料機和料倉給料器與集料皮帶機之間安裝調(diào)試好的電子配料皮帶秤稱量檢測，以及配料皮帶測速編碼器(傳感器)測量皮帶運輸原料速度的檢測，稱重儀表采集測量皮帶秤上每單位長度的載荷值q(kg/m)以及皮帶在同一時刻的運行速度v(m/s)，且兩者相乘得到物料的瞬時流量qv(kg/s)。只要保證q(t)v(t)的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定。在本系統(tǒng)中圓盤給料機的速度是恒定不可調(diào)的，所以控制流量的恒定只能調(diào)節(jié)皮帶上物料重量，

28、而重量的改變又只能通過改變變頻器的頻率，以改變皮帶秤的速度。流量恒定控制原理圖六所示，每一個稱重控制都是一個“小閉環(huán)”控制系統(tǒng)。稱重儀表檢測并運算q(t)v(t)的乘積與流量設(shè)定值（上位機給定或儀表鍵盤給定）進行比較，然后進行pid運算,，得出相應(yīng)的輸出頻率信號到變頻器，實現(xiàn)自動控制流量大小的要求。 我認(rèn)為皮帶配料控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，傳統(tǒng)上采用滑差電機調(diào)速控制與皮帶電子稱連接，可以接收4-20ma信號，對控制電機進行大范圍的無極調(diào)速，手/自動之間是無擾動切換。由于工業(yè)現(xiàn)場粉塵大，料粒不穩(wěn)，料的濕度不勻，當(dāng)調(diào)節(jié)范圍較小，低速運行時，滑差電機轉(zhuǎn)速波動大，調(diào)節(jié)效果不好，容易發(fā)熱，損壞電機。另外，滑差

29、電機轉(zhuǎn)速波動大，調(diào)節(jié)維修工作量大，更換不方便，無法滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的節(jié)奏，所以逐漸被變頻調(diào)速電機取代。因此需要對配料系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)進行改造，而本設(shè)計中，使用變頻器代替滑差調(diào)速，問題就會得到解決。而其中很關(guān)鍵的一部分即為對頻率的調(diào)節(jié)。2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能2.4.1數(shù)據(jù)信號采集計算機按照預(yù)先選定的采樣周期，對輸入到系統(tǒng)的模擬信號進行采樣，有時還要對數(shù)字信號、開關(guān)信號進行采樣，數(shù)字信號和開關(guān)信號不受采樣周期的限制，當(dāng)這類信號到來時，由相應(yīng)的程序負(fù)責(zé)處理。2.4.2模擬信號處理模擬信號是隨時間連續(xù)變化的信號，這些信號在規(guī)定的一段時間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值，即從一個量到下一個量時間沒有中斷，例如正弦信號x

30、（t）=asin（wt+&）。模擬信號有兩種類型，一種是各種傳感器獲得的低電平信號，另一種是由一組變送器輸出的0-10ma或4-20ma的電流信號。這些模擬信號經(jīng)過采樣和a/d轉(zhuǎn)換輸入計算機后，常常要進行數(shù)據(jù)正確性的判斷、標(biāo)度變換和線性化處理。2.4.3數(shù)字信號處理數(shù)字信號是指在有限離散瞬間取得間斷的信號，在二進制的系統(tǒng)中，數(shù)字信號是由有限的數(shù)字組成，其中每位數(shù)字不是0就是1，這可由脈沖的有無來體現(xiàn)。數(shù)字信號的特點是，它只代表某個瞬間的量值，不是連續(xù)的信號。數(shù)字信號由某些傳感器或儀器輸出，它在線路上的傳送形式有兩種，一種是并行傳送，另一種是串行方式傳送。數(shù)字信號對傳送線路上的不完善性不敏感，這

31、是因為只需檢測脈沖的有無獲得信息，至于信號的精確性是無關(guān)緊要的。數(shù)字信號輸入計算機后，常常需要進行碼制轉(zhuǎn)換的處理如碼轉(zhuǎn)換成abch碼以便顯示數(shù)字信號。2.4.4開關(guān)信號的處理開關(guān)信號主要由各種開關(guān)的器件，如按鈕開關(guān)、行程開關(guān)和繼電器的觸點等。開關(guān)信號的處理主要是檢測開關(guān)器件的狀態(tài)變化。2.4.5二次數(shù)據(jù)計算把直接由傳感器采集到得數(shù)據(jù)稱為一次數(shù)據(jù)，把通過一次數(shù)據(jù)進行某些數(shù)學(xué)計算而獲得的數(shù)據(jù)稱為二次數(shù)據(jù)。二次數(shù)據(jù)計算主要有平均、累計、變化率、差值、最大值和最小值等。2.4.6屏幕顯示vfd顯示裝置可把各種數(shù)據(jù)以方便于操作者觀察的方式顯示出來，屏幕上顯示的內(nèi)容一般稱為畫面。2.4.7數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲

32、就是按照一定得時間間隔，定期將某些重要的數(shù)據(jù)存儲在外部的存儲器上。2.4.8人機聯(lián)系人機聯(lián)系是只操作人員通過鍵盤與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對話，完成對系統(tǒng)的運行方式、采樣周期等參數(shù)進行設(shè)置，另外，還可以通過它的選擇系統(tǒng)的功能，選擇輸出需要的數(shù)值等。2.5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。從硬件方面來看，目前的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是微型計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另外一種是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。微型計算機采集系統(tǒng)是由傳感器、程控放大器、采樣/保持器、a/d轉(zhuǎn)換器、計算機以及外設(shè)等部分組成。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)物，它是由若干個數(shù)據(jù)采集站和一臺上位機以及通

33、信線路組成。數(shù)據(jù)采集站一般是由單片機數(shù)據(jù)采集裝置組成，位于生產(chǎn)設(shè)備附近，可獨立完成數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理任務(wù)，還可以以數(shù)字信號的形式傳給上位機。上位機一般為pc486或者pc586計算機，配置有打印機和繪圖機。上位機用于將各個數(shù)據(jù)采集站送來的數(shù)據(jù)，集中顯示在顯示器上或打印機印成各種報表，或以文件形式存儲在磁盤上，此外，還可以將系統(tǒng)的控制參數(shù)發(fā)送給各個數(shù)據(jù)采集站。以調(diào)整數(shù)據(jù)采集的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集站與上位機之間通常采用異步串行傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通信通常采用主從方式，由上位機確定與哪一個數(shù)據(jù)采集站進行數(shù)據(jù)的傳送。2.6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作，除了必須要有系統(tǒng)硬件這個物質(zhì)基礎(chǔ)外，還必須要有軟

34、件的支持，軟件在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中占有很重要的作用，由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件隨著具體應(yīng)用的不同企業(yè)的規(guī)模、功能以及所采用的技術(shù)也不同，在這里詳細(xì)的介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件是比較困難的，因此只重點的介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件中的一些基本的部分。2.6.1模擬信號采集與處理程序模擬信號采集與處理程序的主要功能是對模擬信號的進行采集，標(biāo)度變換、濾波處理以及二次數(shù)據(jù)計算，并將數(shù)據(jù)存入磁盤文件。2.6.2數(shù)字信號采集與處理程序數(shù)字信號采集與處理程序的功能是對數(shù)字輸出信號進行采集和碼制之間的轉(zhuǎn)換，如bcd碼轉(zhuǎn)換成ascii碼等。2.6.3脈沖信號的處理程序脈沖信號的處理程序的功能主要是對輸入的脈沖信號進行電平的高低判斷和計

35、數(shù)。2.6.4開關(guān)信號處理程序開關(guān)信號處理程序包括一般的開入量信號處理程序和開出量信號處理程序。開關(guān)信號處理程序的主要功能是判斷開關(guān)信號的輸入狀態(tài)的變化情況，如果發(fā)生變化，則執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。2.6.5運行參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的主要功能是對數(shù)字采集系統(tǒng)的運行參數(shù)進行設(shè)置，運行參數(shù)有：采樣通道信號、流量設(shè)定值等。2.6.6系統(tǒng)管理程序系統(tǒng)管理程序首先是用來將各個功能模塊程序組成一個程序系統(tǒng)，并管理和調(diào)用各個功能模塊系統(tǒng)。其次用來管理數(shù)據(jù)文件的存儲和輸出。2.6.7通信程序通信程序是用來完成上位機與各個數(shù)據(jù)采集站之間的數(shù)據(jù)傳送工作，它的重要功能有：設(shè)置數(shù)據(jù)傳送波特率。上位機向數(shù)據(jù)發(fā)送信號

36、，上位機接受和判斷數(shù)據(jù)采集站發(fā)回的機號，命令相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集站傳送數(shù)據(jù)，上位機接受數(shù)據(jù)采集站傳送來的數(shù)據(jù)。需要指出的是，通信程序只有集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)才有。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 在我們的設(shè)計中，主要用到的芯片和器件有at90can128、vfd、cs5523、uln2803。3.1系統(tǒng)電路方框圖及說明 鍵盤設(shè)定：用于系統(tǒng)參考值的設(shè)定、功能切換等。 數(shù)據(jù)采樣：將重量、頻率信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，換算成對應(yīng)的數(shù)值，用于vfd顯示。數(shù)據(jù)顯示：采用4位的vfd顯示功能號、設(shè)定值、轉(zhuǎn)換出來的流量值。 電源：為單片機和其他芯片提供電源。3.2at90can128單片機簡介 本設(shè)計中的主控器為at90can1

37、28單片機，它是一款低功率cmos 8位的微處理器，它是基于avr增強型risc結(jié)構(gòu)的。在一個時鐘周期里執(zhí)行強大功效的指令，at90can128可完成1mip每mhz的吞吐量，從而讓系統(tǒng)設(shè)計者可對進程速度進行優(yōu)化功率消耗。avr內(nèi)核結(jié)合了一個豐富的指令設(shè)置，有32個通用目標(biāo)工作寄存器。所有32個寄存器都直接和運算器連接，兩個獨立的寄存器允許被在一個時鐘周期里執(zhí)行的一條單個指令訪問。這種結(jié)構(gòu)比常規(guī)的微處理器更具有效率。3.2.1芯片特點 at90can128有以下特點：128k的內(nèi)部可編程flash，具有可讀寫能力，4k的eeprom，4k的sram，53個通用目標(biāo)i/o接口，32個通用目標(biāo)工作

38、寄存器，一個can控制器，實時時鐘（rtc），四個靈活的定時/計數(shù)器，具有比較輸出模式和pwm，兩個usart，一位定向兩線串行接口，一個8通道10位的adc，一個可編程的帶有內(nèi)部震蕩器的看門狗計時器，一個spi串口，jtag測試接口，也可用于訪問片上調(diào)試系統(tǒng)和五個軟件選擇的省電模式。at90can128是內(nèi)置有完全符合can2.0a和2.0b標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的can控制器。can控制器采用mob（消息對象）方式進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，共有15個mob，它們具有相同的屬性：有11位標(biāo)識符（2.0a協(xié)議），也可擴展至29位（2.0b議）；8位數(shù)據(jù)緩沖（靜態(tài)分配）；tx，rx幀緩沖或自動響應(yīng)配置；時間標(biāo)識。

39、at90can128 avr可支持全套的編程和系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：c編譯器，宏匯編，編程調(diào)試器/仿真器，電路仿真器和成套工具。3.2.2結(jié)構(gòu)概覽 空閑模式會關(guān)閉cpu，但允許sram，定時/計數(shù)器，spi/can口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存寄存器內(nèi)容，但停止震蕩器，禁止所有其他片上功能直到下一個中斷或者硬件復(fù)位。省電模式中，異步計時器繼續(xù)運行，當(dāng)其他的器件處于休眠時允許用戶保留一個計時器。adc噪聲消除模式關(guān)閉cpu和所有的i/o接口模塊（但除了異步計時器和adc），以此在adc轉(zhuǎn)換期間使噪聲最小化。在備用模式中，晶體振蕩器運行當(dāng)其他器件都休眠。 器件運用atmel公司的高密度非易失的存

40、儲技術(shù)制造。片上isp flash允許程序存儲器被一個常規(guī)的非易失的儲存編程器或者一個在avr內(nèi)核上運行的片上啟動程序，通過一個內(nèi)部spi串行接口來重新編程。啟動程序能用于任何接口在應(yīng)用flash儲存器里來下載應(yīng)用程序。當(dāng)應(yīng)用flash部分被更新時，在啟動flash部分內(nèi)的軟件將繼續(xù)運行，提供真正的讀寫操作。由于在一個單芯片上結(jié)合了一個帶有內(nèi)部可編程flash的8位risc cpu，atmel的at90can128可說是一個強大的微處理器，為眾多的嵌入式控制應(yīng)用器件提供了一個高度靈活和低費用的解決方案。 圖3.2 at90can128結(jié)構(gòu)框圖3.2.3at90can128引腳配置圖3.3at9

41、0can128封裝排列圖3.2.4引腳介紹表3.1 at90can128引腳說明引腳名描述vcc數(shù)字電路電源gnd地端口a（pa7pa0）八位雙邊i/o端口端口a是一個8位雙向i/o口，帶有內(nèi)部上拉電阻（每個位都可選擇）。端口a輸出緩沖有對稱的驅(qū)動特征。當(dāng)輸入時，如果端口a的上拉電阻被激活，且引腳被外部拉低，引腳會輸出電流。當(dāng)一個重起條件被激活時，端口a引腳為三態(tài)，即使此時時鐘沒有運行。端口b（pb7pb0）與port a（pa7pa0）類似端口 c（pc7pc0）與port a（pa7pa0）類似端口 d（pd7pd0）與port a（pa7pa0）類似端口 e（pe7pe0）與port a（pa7pa0）類似端口（pf7pf0）與port a（pa7pa0）類似端口g（pg4pg0）端口g為5位雙向i/o口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。復(fù)位發(fā)生時端口g為三態(tài)。端口g也可以用做其他不同的特殊功能neset復(fù)位信號輸入端。如果在該引腳上持續(xù)一個比最小脈沖時間長一些的低電平，就將產(chǎn)生一個復(fù)位xtal1振蕩器的輸入端，也是內(nèi)部時鐘的輸入端xtal2振蕩器的輸出端avccavcc為在f端口上的a/d轉(zhuǎn)換器引腳供電。即使adc沒有使用，它應(yīng)該與vcc外部相連接。如果