定量給料皮帶秤控制器軟件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、河北聯(lián)合大學輕工學院qinggong college, hebei united university畢業(yè)設(shè)計說明書設(shè)計（論文）題目：定量給料皮帶秤控制器的軟件設(shè)計 2012年05月20日摘 要隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設(shè)計中將智能化、自動化、人性化用在了電子秤重控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)主要由單片機來控制，感知物體重量部分由稱重傳感器及a/d轉(zhuǎn)換器組成，控制部分由單片和電機等組成，加上顯示單元，此電子皮帶秤具備了功能多、性能價格比高、功耗低、系統(tǒng)設(shè)計簡單、使用方便直觀、速度快、測量準確、自動化程度高等特點。 本系

2、統(tǒng)以89c51單片機為主控芯片，外圍附以測重電路、顯示電路、鍵盤電路、可控硅過零調(diào)功調(diào)速電路等構(gòu)成智能稱重控制系統(tǒng)電路板，從而實現(xiàn)自動稱重系統(tǒng)的各種控制功能。可以說,此設(shè)計所完成的電子皮帶秤很大程度上滿足了工業(yè)應(yīng)用需求。當被測物料均勻落置在秤體的稱重區(qū)上時，其重量便通過皮帶秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(電壓或電流等)。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（a/d）器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的cpu處理，cpu不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進行必要的判斷、分析

3、、由相應(yīng)的軟件來控制各種運算。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，cpu發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印；當需要對皮帶秤的速度作出相應(yīng)的調(diào)整時，通過數(shù)字鍵盤向89c51單片機輸入相應(yīng)的數(shù)值，通過io口接收到該信號的cpu對該數(shù)值信號進行再處理并轉(zhuǎn)換成命令信號，該命令信號送至可控硅過零調(diào)功調(diào)速電路，可控硅調(diào)功調(diào)速電路根據(jù)該命令信號去調(diào)節(jié)電機的速度，因為皮帶的傳輸速度直接取決于電機的速度，電機速度的改變使得皮帶的傳輸速度也隨之發(fā)生變化。一般地信號的放大、濾波、a/d轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處理都在各自儀表或電路中完成。關(guān)鍵詞：89c51單片機; 稱重傳感器; led顯示器 ; 軟

4、件abstract with the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with human requirements already. in order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatuss control system with intelligence and aut

5、omation. this system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and a/d transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energ

6、y, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on. the system is mainly controlled by the microcontroller89c51, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of di

7、splay and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. it can achieve all function of the apparatus. when he was called in the objects placed on the scale, the weight and belt scales body through to weighing transducer, sensor generates electricit

8、y effect - the weight of the object, will be converted to a certain weight called objects (general function relation is proportional to the relationship between signal (the) voltage or current, etc.). this signal by amplifying circuit, the amplification by filter / (a/d) device, digital signals into

9、 tiny place of cpu, cpu scanning switch, all sorts of functions and keyboard according to various functions and keyboard input switch to judge, analysis, by the software to control all kinds of instruments. computational results showed that need to cun zhu qi inside when the cpu, from inside cunzhuq

10、i instruction in reading to display, or send the printer. generally, the signal filter, a/d conversion and signal processing various operations in instrumentation.keywords: 89c51 singlechip ; ponderation sensor; led display ; software目 錄摘 要iabstractii第1章 前 言11.1 定量給料皮帶秤與稱重技術(shù)簡介11.2 定量給料皮帶秤的組成21.2.1 定

11、量給料皮帶秤的結(jié)構(gòu)21.2.2 定量給料皮帶秤的工作原理31.3 系統(tǒng)設(shè)計思路4第2章 系統(tǒng)方案論證與選型52.1 控制器選擇52.2 系統(tǒng)檢測控制部分的硬件選擇62.2.1 傳感器的選擇62.2.2 放大電路選擇72.2.3 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇92.2.4交流電機調(diào)速控制電路的選擇142.2.5 鍵盤處理部分方案論證16圖2-8 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)圖172.3 顯示電路選擇部分17第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計183.1 微分處理器的發(fā)展183.2 x5045 eeprom存儲芯片介紹193.3 74ls374芯片和74ls145芯片介紹213.4 主控電路硬件設(shè)計22第4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計244.1 程

12、序的總體設(shè)計244.2 系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)254.3 子程序設(shè)計254.3.1 系統(tǒng)看門狗介紹254.3.2 動態(tài)顯示和按鍵掃描處理程序?qū)崿F(xiàn)284.3.3 a/d轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)294.3.4 顯示處理子程序?qū)崿F(xiàn)304.3.5 鍵盤子程序?qū)崿F(xiàn)314.3.6調(diào)速電路的中斷子程序334.4 軟件仿真調(diào)試354.5 用戶使用說明354.5.1 控制面板介紹354.5.2 控制面板功能說明36結(jié) 論37謝 辭38參考文獻39附 錄40第1章 前 言1.1 定量給料皮帶秤與稱重技術(shù)簡介定量給料皮帶秤被廣泛地應(yīng)用于礦山、煤炭、化學工業(yè)和碼頭等行業(yè)它是一種非常重要的動態(tài)測量系統(tǒng)和配料系統(tǒng)。利用mcs-51單片機特點

13、，在電子皮帶秤原有機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入了由單片機稱重控制的自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電子皮帶秤調(diào)節(jié)的自動化。定量給料皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)自動稱重的一種計量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量，同時它可以根據(jù)操作人員在數(shù)字鍵盤上所輸入的給定值通過改變控制電機的速度達到相應(yīng)的改變皮帶的傳輸速度，從而能快速簡便的實現(xiàn)工業(yè)控制中人們所需要的皮帶速度。稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子皮帶秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民

14、生、國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國都非常重視。50年代中期電子技術(shù)的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過40多年的不

15、斷改進與完善，我國電子衡器從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。現(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性1。定量給料皮帶秤也是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生

16、、國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易、生產(chǎn)建設(shè)不可缺少的計量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高，所以對該課題的研究是對社會發(fā)展很有推動效應(yīng)的一件事情。1.2 定量給料皮帶秤的組成1.2.1 定量給料皮帶秤的結(jié)構(gòu)定量給料皮帶秤主要由機械秤體、電機、可控硅調(diào)功調(diào)速電路、檢測電路及裝置、控制器（包含相應(yīng)的控制器輔助電路）、液晶顯示器組成。機械部分主要包括：供料溜子、稱重傳力復位系統(tǒng)裝置、皮帶張力自動調(diào)整裝置、傳動及減速裝置、皮帶、電機;檢測電路及裝置主要包括：稱重傳感器及其相應(yīng)電路，速度傳感器及其相應(yīng)電路。控制器主要包括單片機以及單片機為實現(xiàn)某些功

17、能所需要的輔助電路，如a/d轉(zhuǎn)換電路，擴展電路,看門狗電路等。其工藝結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：稱重傳感器重量信號單片機皮帶電機可控硅調(diào)功調(diào)速電路led料斗稱重區(qū)圖1 定量給料皮帶秤工藝結(jié)構(gòu)圖（1）料斗用來盛放各種物料，通常為塊、粒、粉體物料，并向皮帶供應(yīng)各種物料。（2）皮帶在電機帶動滾輪作用下，獲得相應(yīng)的速度（它的速度只決定于電機），完成傳送物料的功能(3) 稱重、傳力復位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機械、傳力復位系統(tǒng)，又稱電子皮帶秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機構(gòu)等。（4）電機 受單片機控制的一個執(zhí)行裝置，為皮帶提供動力，帶動皮帶的轉(zhuǎn)動，使皮帶的傳

18、送功能得以實現(xiàn)，控制皮帶的速度，是單片機相應(yīng)的速度控制功能得以實現(xiàn)（5）可控硅調(diào)功調(diào)速電路它是一種較新型交流電機調(diào)速電路，電路中采用了過零雙向可控硅型光耦 moc3041，它集光電隔離、過零檢測、過零觸發(fā)等功能于一身，避免了輸入輸出通道同時控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷，大大簡化了輸出通道隔離-驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)。(6) 稱重傳感器即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性

19、、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 (7) 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾波、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。1.2.2 定量給料皮帶秤的工作原理加電后，電機驅(qū)動皮帶開始旋轉(zhuǎn)，微處

20、理機根據(jù)當前操作控制電機轉(zhuǎn)速，通過鏈傳動輥筒使皮帶進行運轉(zhuǎn)。料斗中的物料落在落料區(qū)，經(jīng)皮帶運送到達稱重區(qū)，其重量便通過皮帶秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(電壓或電流等)。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（a/d）器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的cpu處理，cpu不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，cpu發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印，同時它可以根據(jù)操作人員在

21、數(shù)字鍵盤上所輸入的給定值通過改變控制電機的速度達到相應(yīng)的改變皮帶傳輸速度，從而能快速簡便的實現(xiàn)工業(yè)控制中人們所需要的皮帶速度。一般地信號的放大、濾波、a/d轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。1.3 系統(tǒng)設(shè)計思路微控制器技術(shù)傳感器技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電子產(chǎn)品的更新速度達到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計過程中,除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外,還增加了打印和通訊功能,可以實現(xiàn)和其他機器或設(shè)備（包括上位pc機和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備）交換數(shù)據(jù).除此之外,系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的at89系列單片機,在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時候,只需要增加很少的硬件電路,甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。另

22、外由當中，稱可以有一定于實際應(yīng)用量的過載，但不能超出要求的范圍。綜上所述,本系統(tǒng)的主要設(shè)計思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機。單片機經(jīng)過相應(yīng)的處理后，得出當前所稱物品的重量，然后再顯示出來。同時依據(jù)操作人員所給的設(shè)定值，單片機通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速達到對皮帶的速度相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以此達到工作時人們所想要的皮帶速度。第2章 系統(tǒng)方案論證與選型本系統(tǒng)由5個部分組成:控制部分、測量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分,系統(tǒng)設(shè)計總體方案框圖如圖2-1所示。單片機ad轉(zhuǎn)換稱重傳感器皮帶機電機放大電路led

23、鍵盤可控硅調(diào)功調(diào)速電路圖2.1 設(shè)計思路框圖測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送a/d轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜詀/d轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中。同時控制器還可以接受來自鍵盤輸入的數(shù)字速度數(shù)值命令，經(jīng)過控制器相應(yīng)的軟件處理，指令信號通過io口送入可控硅調(diào)功調(diào)速電路，可控硅調(diào)功調(diào)速電路依據(jù)指令調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，而受電機轉(zhuǎn)速控制的皮帶的傳輸速度也發(fā)生相應(yīng)的改變?？刂破鬟€可以通過對擴展i/o的控制，對鍵盤進行掃描，

24、而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進行控制數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。2.1 控制器選擇本系統(tǒng)由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機為主控制器的設(shè)計，可以容易地將計算機技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、控制過程的便捷性以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。根據(jù)總體方案設(shè)計的分析,可以選用帶eeprom的單片機,由于應(yīng)用程序不大,應(yīng)用程序直接存儲在片內(nèi),不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可簡化。intel公司的8051和8751都可使用，在這里選用atme

25、nl生產(chǎn)的at89cxx系列單片機。at89cxx有兩大優(yōu)勢:第一，片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器,使程序?qū)懭敫臃奖悖坏诙?，提供了更小尺寸的芯?使整個硬件電路體積更小,此外價格低廉性能比較穩(wěn)定的mcpu,具有8k8rom、2568ram、2個16位定時計數(shù)器、4個8位i/o接口,這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。2最后方案確定選擇at89c51這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。2.2 系統(tǒng)檢測控制部分的硬件選擇由于定量給料皮帶秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路和a/d轉(zhuǎn)換電路，而對電機的控制是可控硅電路，因此此部分的論證主要分以下四方面。2.2.1 傳感器的選擇傳感

26、器是一個十分重要的元件,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計的難以程度和設(shè)計性價比等等。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實驗而確定的。其公式如下：c=k0

27、k1k2k3(wmaxw)/n (2-1) c單個傳感器的額定量程；w秤體自重；wmax被稱物體凈重的最大值；n秤體所采用支撐點的數(shù)量；k0保險系數(shù)，一般取值在1.21.3之間；k1沖擊系數(shù)；k2秤體的重心偏移系數(shù)；k3風壓系數(shù)。3綜合考慮,本系統(tǒng)采用chbw電阻應(yīng)變式傳感器,其最大量程為1000kg的稱重傳感器由雙彎曲梁結(jié)構(gòu)，優(yōu)質(zhì)合金鋼制造。四角誤差校準，偏聽偏信心載荷保持精度。長期穩(wěn)定性好，可靠性高，密封防塵設(shè)計，感器測量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于基于單片機的電子皮帶秤。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成?！?】其工作原理如圖2-2所示： 圖2.2 稱重傳

28、感器工作原理圖表2-1 壓力傳感器主要技術(shù)指標準確度等級 accuracy class c3 0.02 0.03 額定載荷rated load kg 50-1000靈敏度 sensitivity mv/v 1.5-2.0非線性 nonlinearity %f.s. 0.02-0.05 滯后 hysteresis 0.02-0.05重復性 repeatability 0.02-0.05蠕變 creep %f.s./30min 0.03蠕變恢復 creep recovery 零點輸出 zero balance %f.s. 1 零點溫度系數(shù) zero temperature coefficient

29、%f.s./10 0.03 額定輸出溫度系數(shù)rated output temperature coefficient 輸入電阻 input resistance 3802輸出電阻 output resistance 3502絕緣電阻 insulation resistance m 5000 2.2.2 放大電路選擇稱重傳感器輸出電壓振幅范圍020mv。而a/d轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為02v，因此放大環(huán)節(jié)要有100倍左右的增益。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（70150倍），根據(jù)本設(shè)計的實際情況增益設(shè)為100倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。按照輸入電壓20mv，分辨率20000碼的情況，漂

30、移要小于1v。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時漂（1v），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點漂移的要求。殘余的一點漂移依靠軟件的自動零點跟蹤來徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以保證其負反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器?！?】由圖2-2稱重傳感器的工作原理圖可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成r/r，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值120，靈敏系數(shù) k=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000，應(yīng)變電阻相對變化量為：r/r=k=210006 =0.002 （2-2）由式2-2可以看出電阻變化只有0.24，其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既難以

31、直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計的r/r變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成可以被a/d轉(zhuǎn)換芯片接收的信號。在前級處理電路部分，我們考慮可以采用以下兩種方案：方案一：利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成前級處理電路；普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器會引入大量噪聲。由于a/d轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采用。方案二：主要由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器，而構(gòu)成的前級處理電路；差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(tl062

32、)做成一個差動放大器?！?】其設(shè)計電路如圖2.3所示：圖2.3 利用普通運放設(shè)計的差動放大器比較稱重傳感器和差動放大器的放大倍數(shù)，如果差動放大器倍數(shù)略大于稱重傳感器（5%），則系統(tǒng)設(shè)計滿足要求。其計算結(jié)果如下： 稱重傳感器輸出電壓為5v，并且它的靈敏度為2mv/v，則放大倍數(shù)為： 52 = 10 mv 差動放大器運算放大倍數(shù)： k =（1+r3/r4）（1+2r5/w） =（1+400/100）（1+2*200/4） = 505倍2.2.3 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇世界上有多種類型的adc，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型adc，也有近年來新發(fā)展起來的-型和流水線型adc，多種類型的adc各有其優(yōu)缺

33、點并能滿足不同的具體應(yīng)用要求。1、adc集成電路類型介紹 并行比較a/d轉(zhuǎn)換器：如adc0808、 adc0809等 。并行比較adc是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在1gsps以上，通常稱為“閃爍式”adc。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的adc所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時間延遲等。缺點是：并行比較式a/d轉(zhuǎn)換的抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比較式a/d只適合于數(shù)字示波器等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，不適合本系統(tǒng)。 逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器：如：ads7805、ads7804等。逐次逼近型ad

34、c是應(yīng)用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型adc的優(yōu)點：高速，采樣速率可達 1msps；與其它adc相比，功耗相當?shù)停辉诜直媛实陀?2位時，價格較低。缺點：在高于14位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。 積分型a/d轉(zhuǎn)換器：如：icl7135、icl7109、icl1549、mc14433等。積分型adc又稱為雙斜率或多斜率adc，是應(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時間間隔。與此同時，在此時間間隔內(nèi)利用計數(shù)器對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換。積分型ad

35、c兩次積分的時間都是利用同一個時鐘發(fā)生器和計數(shù)器來確定，因此所得到的表達式與時鐘頻率無關(guān)，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓vr。此外，由于輸入端采用了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類adc主要應(yīng)用于低速、精密測量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點是：分辨率高，可達22位；功耗低、成本低。缺點是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在12位時為100300sps。 壓頻變換型adc：其優(yōu)點是：精度高、價格較低、功耗較低。缺點是：類似于積分型adc，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12位時為100300sps

36、?！?】2、max187功能及應(yīng)用介紹 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點和缺點，本設(shè)計采用了12位a/d max187轉(zhuǎn)換器。a/d max187轉(zhuǎn)換器是美國maxim公司生產(chǎn)的一種串行a/d 轉(zhuǎn)換器,具有低功耗、高精度、高速度、體積小、接口簡單等特點。它是一種單通道12 位逐次逼近型串行a/ d 轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部設(shè)有采樣保持電路,采用單一的+5v 供電,接收0+5v 模擬信號輸入。 max187特點 12位分辨率； 單一+ 5v 工作電壓,工作電流1.5ma ,關(guān)斷電流2a ； 內(nèi)部采樣/ 保持電路,75ksps 采樣速率； 1/2lsb 整體非線形度； 內(nèi)部4.096v 基準電壓, 與s

37、pi、qspi 及mi2crowire 兼容的3 線串行接口。 max187結(jié)構(gòu) max187引腳max187 串行a/ d 轉(zhuǎn)換器有dip/ so 兩種封裝。如圖2-4所示(dip封裝) 。vdd ：電源端接+ 5v ；ain ：采樣模擬信號輸入端,0 - vref ；shdn ：三電平關(guān)閉輸入端；ref : 用于模擬轉(zhuǎn)換的基準電壓端,使用外部基準電源時用作輸；;gnd : 模擬地和數(shù)字地；cs: 片選信號輸入端；sclk:串行時鐘輸入端；dout:串行數(shù)據(jù)輸入端,數(shù)據(jù)在sclk下降沿輸出。 max187內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2.4 max187內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 max187內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。片內(nèi)包括

38、12 位逐次逼近adc、比較器、dac、采樣/ 保持器、輸出移位寄存器等。【8】 max187特性及特點 工作方式控制選擇1）shdn = 0 ,max187 工作在關(guān)斷方式,僅需提供10a 電流；2）shdn = 1 ,max187 工作在普通方式,使用內(nèi)部參考電源；3) shdn 懸空,max187 內(nèi)部參考電壓無效,允許在ref 管腳輸入外部參考電源。 工作過程簡述max187 工作時序圖如圖2.5所示。 圖2.5 max187工作時序圖max187 的工作過程實現(xiàn)如下：1）保持sclk= 0 ,cs 的下降沿使采樣/ 保持器開始工作,轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換; 在轉(zhuǎn)換期間應(yīng)始終保持sclk= 0

39、 ;數(shù)據(jù)輸出前應(yīng)保持cs = 0。2）經(jīng)過一個內(nèi)部8. 5s 轉(zhuǎn)換周期后,dout 被拉為高點平,轉(zhuǎn)換結(jié)束,數(shù)據(jù)在sclk的時序控制下從out 端輸出。3) 在轉(zhuǎn)換結(jié)束后,可在任何時刻通過sclk時鐘將數(shù)據(jù)移出移位寄存器。dout 在sclk的下降沿開始輸出,下一個時鐘的下降沿在dout 端產(chǎn)生一個msb ,由于有12 位和一個開始位,所以至少有13 個時鐘周期來移出這些數(shù)據(jù)。4) 連續(xù)13 個sclk周期后,使cs = 1 ,dout 變?yōu)楦咦钁B(tài),結(jié)束一個完整的轉(zhuǎn)變周期。如果13 個sclk周期后,cs 仍為0 ,這時sclk仍不斷發(fā)生,dout 端在lsb 后將輸出“0”,成為無效位。5)

40、 在兩個操作周期間應(yīng)保持一個最小時間間隔tcs = 0.5s ,以使a/ d 轉(zhuǎn)換器完成初始化,這樣整個一個轉(zhuǎn)換輸出的周期大約為12.25s。 max187 在工業(yè)污水水質(zhì)及排放總量在線實時監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 max187 與at89c51 單片機的接口max187 和at89c51 的接口電路如圖2.6所示。 圖2.6 max187與89c51接口電路工業(yè)污水水質(zhì)及排放總量在線實時監(jiān)控系統(tǒng)主要有污水采樣和污水水質(zhì)參數(shù)檢測兩部分功能。在污水水質(zhì)參數(shù)檢測中采用max187 將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。污水水質(zhì)參數(shù)主要包括ph值、cod、重金屬、色度、瞬時流量和累積流量等。傳感器將采集到的信號

41、經(jīng)放大、濾波,通過8 選1 模擬開關(guān)輸給a/ d 轉(zhuǎn)換器max187 ,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過dout 端輸入給單片機。這里我們采用軟件合成的方式模擬spi 接口將單片機與max187 連接,從而完成串行數(shù)據(jù)的a/ d 轉(zhuǎn)換。max187 的sclk、cs、dout 端直接與單片機的通用i/ o 口相連,不需要任何接口變換。由于max187 內(nèi)部有2.5v 參考電源所以只需在ref 引腳上接4.7f 電容,用參考電源提供工作電壓。為減少來自電源的干擾,在vdd 端接10f 和0.1f 的濾波電容?！?】 max187 與at89c51 接口程序max187 :setb cs ;置cs 無效clr

42、 sclk ;sclk初始化為低nop nopclr cs ;cs 有效acall d134ns ;調(diào)延時子程序acall d134ns nop setb sclk nop clr sclk ;轉(zhuǎn)換開始;片選信號無效,輸出結(jié)束nop mov r7 , # 12 ;延時子程序clr sclkrlc apush accmov a ,brlc amov b ,apop accnopdjnz r7 ,max1871acall d134nssetb csretd134ns： mov r7 , # 5mov a , # 0 ;a 累加器清零mov b , # 0max1871：setb sclk; 串行數(shù)

43、據(jù)輸出djnz r7 ,d134ns1mov c ,doutd134ns1：nopret 2.2.4交流電機調(diào)速控制電路的選擇 （1） 交流電機的調(diào)速主要分為三類:第一類：串級調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)復雜，而且不容易控制。第二類：變頻器調(diào)速，隨著晶閘管研制成功，交流電機調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了變頻器，通過改變供電電源的頻率來調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式可以獲得很大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)速平滑性和足夠的機械特性硬度，但成本高，控制系統(tǒng)復雜。 第三類: 可控硅移相調(diào)壓調(diào)速, 由能量守恒原理u i = f v ，在外部阻力不變的情況下，改變電壓u的值，速度v也跟著改變，因此只要控制可控硅導通角調(diào)節(jié)輸出

44、電壓就可以達到調(diào)速目的，但這種方法要求觸發(fā)電路發(fā)生相位可變且具有一定幅值的脈沖，而且還要解決觸發(fā)脈沖與主回路電壓之間的同步問題。同時由于工作波形是正弦波，轉(zhuǎn)速與導通角的關(guān)系比較復雜，利用匯編語言計算編程時有比較大的難度。另外，移相觸發(fā)可控硅調(diào)壓裝置，在可控硅導通瞬間會產(chǎn)生高次諧波，造成電網(wǎng)電壓波形畸變，將影響其他用電設(shè)備和通訊系統(tǒng)的正常工作。（2）本次設(shè)計是在第三類可控硅移相調(diào)壓調(diào)速電路的基礎(chǔ)上選擇了它的升級版可控硅過零調(diào)功調(diào)速電路裝置?？煽毓柽^零調(diào)壓調(diào)速控制電路的原理：理論分析：p = f v ，在外部情況不變即f 保持不變時，在規(guī)定時間內(nèi)電功率p 的變化將使速度v 跟著改變。因此調(diào)電功p

45、就可達到調(diào)速的目的。過零調(diào)功通過的工作電壓是完整的正弦波形，過零導通且過零截止。過零調(diào)功方式就是通過在給定的時間內(nèi)改變加進負載的交流正弦波個數(shù)來調(diào)節(jié)負載功率的一種控制方法。由于可控硅是在電壓（電流）過零時觸發(fā)導通的，導通時的波形是完整的正弦波或半波，所以不存在可控硅移相調(diào)壓方式所存在的一切缺點。同時也由于可控硅是在電壓過零時導通，其負載浪涌電流和電流變化率都很小，有利于可控硅的安全工作。實現(xiàn)可控硅的過零控制，需要解決兩個問題：（1）要能實現(xiàn)工頻電壓的正負過零檢測；并在過零時產(chǎn)生脈沖信號。（2）過零脈沖信號必須受單片機輸出控制信息控制。從而控制可控硅過零觸發(fā)脈沖的個數(shù)。這兩個問題的解決由軟硬件協(xié)

46、同完成。（3）可控硅過零調(diào)壓調(diào)速控制電路硬件電路 at89c51單片機的作用：工頻電壓的正、負過零檢測。由單片機發(fā)出的控制電平，去控制門控電路，以控制可控硅的過零觸發(fā)脈沖數(shù)。過零檢測電路：過零檢測電路的最終目標是實現(xiàn)在 50hz 的交流電壓通過零點時取出其脈沖。由于可控硅過零調(diào)功方式是通過控制可控硅導通與關(guān)斷的比值來調(diào)節(jié)輸出功率，相位和移相觸發(fā)的同步脈沖問題都不必考慮，因此輸出的脈沖寬度可以放寬，這也使得電路更易實現(xiàn)。設(shè)計中利用兩個光電耦合器實現(xiàn)過零電路。其電路原理圖及波形如圖1 所示3 4。此電路的工作原理是：交流電源經(jīng)r12 加到兩個反并聯(lián)光電二極管上，在交流電源的正、負半周，二極管1 d

47、 和2 d 輪流導通，從而使t1 和t2 也輪流導通，在導通期間v0 輸出低電平，只有在交流電源過零的瞬間，兩個二極管均截止，v0 輸出高電平，因此v0 端得到周期為10ms 的脈沖信號，該信號送至89c51 的int0 引腳?！?0】圖2.7 過零檢測電路及其波形2.2.5 鍵盤處理部分方案論證矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理： 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少i/o口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如p1口）就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，

48、比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法。其工作過程如下。判斷鍵盤中有無鍵按下是將全部行線y0-y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置

49、為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。圖2-7給出了一個44的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。44矩陣式鍵盤共可以安裝16個鍵，但只需要8條測試線。當鍵盤的數(shù)量大于8時，一般都采用矩陣式鍵盤。在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。鍵盤為44鍵盤，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十個數(shù)字及確認和清除鍵等

50、。采用中斷工作方式提高了cpu的利用效率，沒鍵按下時沒有中斷請求，有鍵按下時，向cpu提出中斷請求，cpu響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷程序中才對鍵盤進行掃描。圖2-7 矩陣式按鍵分布圖 圖2-8 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)圖2.3 顯示電路選擇部分數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案可供選擇：一是 led數(shù)碼管顯示,二是lcd液晶顯示兩種選擇。在設(shè)計中選擇led顯示。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 微分處理器的發(fā)展本電子皮帶秤的控制系統(tǒng)精度較高，需要的i/o接口也比較多，因此采用at89c51單片

51、機作為本系統(tǒng)的微處理器。at89c51是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口。片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的at89c51提供了高性價比的解決方案。因此此單片機完全能滿足溫度控制系統(tǒng)的要求。at

52、89c51的主要特性如下： 1、壽命達1000寫/擦循環(huán)； 2、數(shù)據(jù)保留時間：10年； 3、全靜態(tài)工作：0hz24mhz； 4、三級程序存儲器鎖定； 5、1288位內(nèi)部ram； 6、32可編程i/o線；7、2個16位定時器/計數(shù)器； 8、6個中斷源； 9、可編程串行通道； 10、低功耗閑置和掉電模式； 11、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。89c51單片機的接法及引腳功能為:vcc（40）：接5v電源。 gnd（20）：接地。p0口（3932）：p0口為8位漏極開路雙向i/o口，每個引腳可吸收8個ttl門電流。 p1口（18）：p1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收和輸出4個

53、ttl門電流。 p2口（2128）：p2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收和輸出4個ttl門電流。 p3口（1017）：p3口是8個帶有內(nèi)部上拉電阻器的雙向i/o口，可接收和輸出4個ttl門電流，p3口也可作為at89c51的特殊功能口。 rst（9）：復位輸入。當振蕩器復位時，要保持rst引腳2個機器周期的高電平時間。 ale/prog（30）：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，

54、要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過1個ale脈沖。 psen（29）：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期2次psen有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這2次有效的psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp（31）：當ea保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000hffffh）不管是否有內(nèi)部程序存儲器。flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2（18）：來自反向振蕩器的輸出。3.2 x5045 eeprom存儲芯片介紹x5045把四種常用的功能：上電復位、看門狗定時器、電源電壓監(jiān)控和塊鎖（blocklocktm）保護的串行eeprom存儲器組成在一個封裝之內(nèi)，降低了系統(tǒng)成本、減少空間增加了可靠性。1. x5045引腳功能介紹x5045引腳功能如表3-1所示。表3-1 x5045引腳功能引腳號引腳名說明1cs/wdi片選輸入（低點平有效）2so串行輸出3wpe2prom寫保護輸入4gnd地5si串行輸入6sck串行時鐘輸入7reset復位信號輸出8vcc電源電壓由x5045引腳功能可知：cs/wdi引腳為雙功能，看門狗定時器電路監(jiān)測wdi的輸入來判斷微處理器是否工作正常。在設(shè)定的定時器時間內(nèi)，微處理器必須在wdi引腳