畢業(yè)設(shè)計(jì)基于AT89S52單片機(jī)的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要摘 要隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的崛起，動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)得到了迅速發(fā)展。動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在數(shù)字化，智能化等方面有長足的進(jìn)步，稱重系統(tǒng)的研究與開發(fā)也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)是對傳輸帶上的散狀固體物料或粉料進(jìn)行連續(xù)稱量的系統(tǒng)，在電力、化工、煤炭、糧食等行業(yè)都有較廣泛的應(yīng)用，市場需求巨大。但是，我國自行研制的相關(guān)產(chǎn)品普遍功能單一，精度不高。所以改善現(xiàn)有稱重裝置、開發(fā)研究功能齊全的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)是勢在必行的。設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，很好的解決了上述問題。首先對硬件電路所需的器件進(jìn)行介紹。說明系統(tǒng)所應(yīng)用的稱架和傳感器的類型。選擇系統(tǒng)所用微處理器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。具體提出

2、了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法，給出了數(shù)據(jù)處理算法和其編程的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)使用24位精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ad7730轉(zhuǎn)換稱重傳感器信號，保證了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的高精度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠有效提高動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的計(jì)量精度，誤差在0.2%以內(nèi)。并且系統(tǒng)功能完善，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示和保存打印，系統(tǒng)擴(kuò)展了現(xiàn)場總線接口，很好的滿足了工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的需求。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)稱重 傳輸帶 ad7730 現(xiàn)場總線；iiabstractabstractwith the development of technology of sensor ,electronic and computer ,the dynamic

3、 weighing technology is developing rapidly .weighing system made significant progress in the digital and intelligent ,the research of weighing system has entered a new phase .belted dynamic weight equipment is designed for continuous weighing the bulk solids or powders on conveyor belt .and it is wi

4、dely used in the fields of electricity ,chemical ,coal and food .however ,our related products generally with single function and low precision .therefore ,the improvement of existing weighing devices ,research and development functional dynamic weighing system is imperative.this paper designs a bel

5、ted dynamic weighing system based on scm ,which is a good solution to this problem .in this paper ,the overall structure of the weighing system is present first ,and detailed analysis of the system model and working principle .it analyzes the cause of dynamic measurement errors ,and builds a mathema

6、tical model for dynamic measurement errors of single-idler electronic belt conveyor scale .according to the model ,the proposed approach use algorithm to correct errors .solved the problem of low dynamic measurement accuracy .then the design of system hardware and software is present .and data proce

7、ssing algorithms and their programming design .system uses 24-bit precision a/d converter ad7730 convert the weighing signal to ensure high-precision measurement results .the result has shown the measurement errors are effectively reduced ,and the measurement accuracy can up to 0.2%.the system prese

8、nted in this paper is characterized by high precision ,good stability and achieved the functions of real time monitoring and data preservation .and with the profibus interface ,this system was well positioned to meet the requirements of industrial automation and management modernization.key words： d

9、ynamic weighing transmission belt ad7730 profibus目錄目 錄摘要abstract1緒論 11.1 背景及意義11.1.1背景 11.1.2意義 11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展趨勢 31.3主要工作及論文結(jié)構(gòu)52系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 62.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述62.2動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量原理72.3小結(jié)83系統(tǒng)器件簡介 93.1稱架和傳感器93.1.1稱架介紹 93.1.2稱重傳感器介紹與選擇103.1.2.1稱重傳感器的分類 103.1.2.2稱重傳感器的選擇 113.1.3測速傳感器介紹與選擇133.1.3.

10、1測速傳感器分類 133.1.3.2測速傳感器選擇 153.2 小結(jié) 154系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 174.1系統(tǒng)硬件概述174.2系統(tǒng)微處理器174.2.1功能特性描述174.2.2引腳功能描述184.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 194.3.1 ad7730的工作原理 204.3.2 ad7730內(nèi)部結(jié)構(gòu) .204.3.3 ad7730與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)214.4數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計(jì)224.4.1串口通信 224.4.2 rs-232c標(biāo)準(zhǔn) 234.4.3 max232芯片簡介234.4.4串口通信接口電路設(shè)計(jì)234.5程序下載線連接244.6傳感器接口設(shè)計(jì)254.7 profibus-dp接口擴(kuò)展264.

11、8小結(jié)275單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)285.1keil c51介紹 285.2單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 285.3主程序模塊流程框圖 29結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄3431河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 緒 論1.1背景及意義1.1.1背景對物料重量的動(dòng)態(tài)稱重在工業(yè)生產(chǎn)和流通貿(mào)易中占據(jù)重要地位，其中動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量工具是不可缺少的計(jì)量工具。在各種大宗散裝物料的傳輸帶上，都廣泛應(yīng)用動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量工具，起到了提高計(jì)量精度、縮短作業(yè)時(shí)間、提高管理效率、節(jié)約資源和改善經(jīng)營等多方面作用。目前動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量工具已經(jīng)遍及各個(gè)領(lǐng)域，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，貿(mào)易商品流通量不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量工具已經(jīng)不能

12、適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，需要新產(chǎn)品在自動(dòng)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理兩方面不斷提高。隨著近幾十年計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的崛起，動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)在智能化、數(shù)字化和計(jì)量迅速化方面都有了長足進(jìn)步。新型的動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量工具不僅僅是提供重量信息的獨(dú)立儀表，而是現(xiàn)代工業(yè)一體化和管理自動(dòng)化的重要組成部分。所以新型動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)不但要能快速、準(zhǔn)確提供計(jì)量數(shù)據(jù)，還需要消除人為和環(huán)境造成的誤差，提高計(jì)量精度，并且應(yīng)具備計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)管理等功能。1.1.2意義傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備是對傳輸帶傳送的散狀固體物料或粉料進(jìn)行連續(xù)稱量的設(shè)備，有著應(yīng)用行業(yè)面廣、使用目的廣泛等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了物料儲存、運(yùn)輸和稱量的一體化。廣泛應(yīng)用

13、于大宗散狀固體物料或粉料的運(yùn)輸、加工、儲存行業(yè)，如港口、倉庫、冶金、煤炭、電力、建筑和煙草等行業(yè)。從使用目的方面而言，可以精確監(jiān)管生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高結(jié)算精度，還可用于組成各種自動(dòng)化配料系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著目前企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和管理自動(dòng)化程度的不斷提高，迫切需要提高自身的生產(chǎn)效率，這就需要性能更好更完善的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備。但是，目前國內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品品種少，且功能單一，不能滿足企業(yè)的迫切需要，所以改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)備，研究開發(fā)性能好功能完善的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)是勢在必行的。本課題正是針對這一問題，開發(fā)的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)具有計(jì)量精度高，穩(wěn)定性好，并且系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)可視化和數(shù)保存打印功能，其界面

14、直觀，便于使用，從而杜絕不真實(shí)計(jì)量現(xiàn)象，維護(hù)了企業(yè)和客戶的利益，方便了計(jì)量工作。另外系統(tǒng)擴(kuò)展了現(xiàn)場總線接口很好的滿足了工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的要求。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的發(fā)展可分為以下四個(gè)階段：(1)動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)起源 世界上最早的動(dòng)態(tài)稱重裝置出現(xiàn)在19世紀(jì)末期的西方國家，用于輸送機(jī)對散狀固體物料動(dòng)態(tài)自動(dòng)稱重。1880年第一臺動(dòng)態(tài)稱重裝置獲得計(jì)量許可。1908年第一個(gè)動(dòng)態(tài)稱重專利在英國公布。自此，形成了較完整的動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)定義和動(dòng)態(tài)稱重裝置，拉開了動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)發(fā)展的序幕。(2)純機(jī)械式動(dòng)態(tài)稱重裝置 第一代成熟的動(dòng)態(tài)稱重裝置以純機(jī)械式皮帶秤為主導(dǎo)，只有帶

15、配重物的秤架結(jié)構(gòu)和增量式碼盤結(jié)構(gòu)的編碼裝置，實(shí)現(xiàn)了簡單的速度和重量數(shù)據(jù)的采集，但由于受到機(jī)械裝置制造水平的限制，精度很差，而且計(jì)量過程復(fù)雜繁瑣。1970年英國制定了第一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)稱重檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?biāo)志著動(dòng)態(tài)稱重行業(yè)走上規(guī)范化道路。(3)傳感器和儀表結(jié)合式動(dòng)態(tài)稱重裝置 二戰(zhàn)后，隨著傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了傳感器和電子儀表結(jié)合的第二代動(dòng)態(tài)稱重裝置。使用光電脈沖式或磁電脈沖式傳感器測量速度，電子儀表通過模擬積分放大電路或數(shù)字積分放大電路實(shí)現(xiàn)配重平衡、啟動(dòng)識別和流量累加功能。第二代動(dòng)態(tài)稱重裝置在計(jì)量精度和計(jì)量過程簡化上都有了很大程度的提高，但是仍然存在計(jì)量精度較低和缺乏誤差糾正等缺陷。(4

16、)傳感器和微機(jī)結(jié)合式動(dòng)態(tài)稱重裝置 隨著近十年來傳感器制造工藝和微機(jī)智能技術(shù)的崛起，為動(dòng)態(tài)稱重裝置的性能大幅度提高創(chuàng)造了有力條件。第四代動(dòng)態(tài)稱重裝置不但在計(jì)量精度上有了長足進(jìn)步，而且在機(jī)構(gòu)集成化和功能完善化方面取得了進(jìn)步，可以根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的需求研制不同類型的傳感器微機(jī)智能化動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。目前正在使用的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重裝置種類繁多，結(jié)構(gòu)形式不同，分類依據(jù)多種多樣。從秤架結(jié)構(gòu)類型分有：單托輥秤架、多托輥雙杠桿秤架、懸臂式秤架、懸浮式秤架等結(jié)構(gòu)，其中單托輥秤架由于結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷等特點(diǎn)，市場占有率較高。從使用的稱重傳感器類型分有：電阻應(yīng)變片式傳感器、磁壓式傳感器、差動(dòng)變壓式傳感器和核子式傳感器等，

17、其中電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用最為廣泛。目前使用的動(dòng)態(tài)稱重裝置較為成熟的有：電子傳輸帶稱重裝置、核子傳輸帶稱重裝置和激光-核子傳輸帶稱重裝置。(1)電子傳輸帶稱重裝置 電子傳輸帶稱重裝置依靠稱重傳感器測量傳輸帶上的物料重量數(shù)據(jù)，一般使用接觸式測速傳感器測量傳輸帶運(yùn)行速度，這導(dǎo)致計(jì)量精度受制于機(jī)械結(jié)構(gòu)，計(jì)量結(jié)果誤差來自傳輸帶張力、自重、抖動(dòng)等多種因素。所以這種動(dòng)態(tài)稱重裝置計(jì)量精度不穩(wěn)定，維護(hù)工作繁瑣，需要每隔一段時(shí)間對裝置各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到所需精度。而且這種動(dòng)態(tài)稱重裝置適用于大量散狀物料較長時(shí)間累積流量的連續(xù)計(jì)量，測量瞬時(shí)重量的精度不高，難以滿足某些對物料瞬時(shí)重量要求較高的使用場合。(2)核子

18、傳輸帶稱重裝置 核子傳輸帶稱重裝置是利用伽馬射線對傳輸帶上的物料進(jìn)行計(jì)量。當(dāng)伽馬射線強(qiáng)度一定時(shí)，射線穿過物料的衰減強(qiáng)度與物料的成分、密度、厚度等參數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。計(jì)量時(shí)將載物時(shí)的射線強(qiáng)度的連續(xù)測量數(shù)據(jù)與傳輸帶空載時(shí)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再與測量的傳輸帶速度進(jìn)行計(jì)算，可以直接得到物料的瞬時(shí)載荷重量、累積物料流量等計(jì)量數(shù)據(jù)。由于核子傳輸帶稱重裝置的工作原理是基于伽馬射線穿透物料時(shí)的衰減規(guī)律，是非接觸式測量，有安裝獨(dú)立簡便、后期維護(hù)容易、計(jì)量精度不受機(jī)械裝置影響等顯著優(yōu)點(diǎn)。但是，伽馬射線的衰減強(qiáng)度與射線方向上的物料厚度有直接關(guān)系，這使得核子傳輸帶稱重裝置的計(jì)量結(jié)果受物料形狀影響很大。實(shí)驗(yàn)證明，相同載荷的

19、同種物料不同的擺放形式下，計(jì)量的結(jié)果相差很大，甚至高達(dá)17%，存在物料形狀影響導(dǎo)致核子傳輸帶稱重裝置計(jì)量精度較差的問題。(3)激光核子傳輸帶稱重裝置 激光-核子傳輸帶稱重裝置工作原理是利用伽馬射線輻射測量傳輸帶上物料的密度，利用激光圖像分析來測量物料的堆積體積，進(jìn)而計(jì)算出傳輸帶上物料的重量。由于這兩種測量技術(shù)都是非接觸式測量，所以激光-核子傳輸帶稱重裝置具有：裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷、不受機(jī)械性能影響、后期維護(hù)簡便、能準(zhǔn)確測量瞬時(shí)重量等顯著優(yōu)點(diǎn)。而且激光圖像分析技術(shù)彌補(bǔ)了核子測量技術(shù)的缺陷，測量結(jié)果不受傳輸帶上物料擺放形狀的影響，使得這種裝置計(jì)量精度較好。但是，這種裝置的成本較高，而且伽馬射線的

20、輻射對物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和工作人員的身體健康都是不利的，所以激光-核子傳輸帶稱重裝置應(yīng)用并不普遍。傳輸帶稱重技術(shù)最早傳入我國是在本世紀(jì)60年代，經(jīng)過幾十年來不斷的發(fā)展與完善，品種不斷增多，在我國工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中發(fā)揮了巨大作用。傳輸帶稱重方式由靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，計(jì)量方式由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，測量參數(shù)由單個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)參數(shù)測量。隨著傳感器工藝的提高和微電子技術(shù)的崛起，我國傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的研究得到了進(jìn)一步發(fā)展。但是，由于核心技術(shù)與工藝落后、機(jī)械設(shè)備與電子儀表老化、新產(chǎn)品研發(fā)能力欠缺等因素困擾，我國相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和品種都與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)，而且功能單一，可靠性差。所以目前相關(guān)產(chǎn)品的性能和品種，不

21、能滿足中國現(xiàn)在和未來的巨大市場需求，這就為傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備的研究開辟的廣闊前景。1.2.2國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展趨勢隨著傳感器制作工藝和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，加之引入模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、建立數(shù)學(xué)模型、人工智能、阻尼振動(dòng)理論等技術(shù)，稱重計(jì)量系統(tǒng)向著功能自適應(yīng)、智能化信息處理方向發(fā)展。國際上已經(jīng)取得了動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的突破，稱重技術(shù)已經(jīng)跨入了高科技領(lǐng)域。目前，稱重技術(shù)的主要發(fā)展趨勢為以下幾個(gè)方面：(1)小型化 體積小、重量輕、便于安裝調(diào)試。近幾年稱重裝置的研究特點(diǎn)上，充分體現(xiàn)了秤架結(jié)構(gòu)向小、輕、薄方向發(fā)展。為了適應(yīng)低容量的計(jì)量場合，可將傳感器制成薄或超薄型稱重傳感器直接嵌入秤架受力的鋁板或鋼板底上與傳

22、感器外徑一致的盲孔內(nèi)，從而組成低外形的秤架結(jié)構(gòu)，通過秤架的力學(xué)要求和額定載荷可以計(jì)算出稱重傳感器的安裝位置和使用數(shù)量。秤架的鋁板或鋼板就是稱重平臺，稱重傳感器既作為計(jì)量裝置，又作為秤架支點(diǎn)存在，這種設(shè)計(jì)極大地精簡了裝置結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)械連接環(huán)節(jié)，不但縮減了制作成本，而且提高了裝置的可靠性和穩(wěn)定性。對于較大容量的平臺稱重裝置和電子地上稱重裝置，采用長方形或正方形閉合截面的薄壁鋼排列成一個(gè)竹排式秤體結(jié)構(gòu)，在最外邊兩根薄壁鋼兩端的切口內(nèi)分別安裝4個(gè)稱重傳感器，稱重傳感器的固定支撐結(jié)構(gòu)就是秤架的受力支點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)既能簡化稱體結(jié)構(gòu)，又能縮減稱體高度，是一種很有發(fā)展前景的設(shè)計(jì)方式。(2)集成化 對于一些特定

23、結(jié)構(gòu)的稱重裝置，如專用稱重裝置、小型電子秤、靜態(tài)電子軌道秤以及便攜式靜動(dòng)態(tài)輪軸秤等產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)稱重傳感器與鋼軌，稱重傳感器與秤架，稱重傳感器與軌道秤臺的集成化。例如稱重傳感器與秤架集成化的靜動(dòng)態(tài)便攜式電子輪軸秤，其集成化結(jié)構(gòu)由厚質(zhì)硬鋁合金板制成，主要原理是通過固溶熱處理來強(qiáng)化硬鋁合金板，在合金板4個(gè)角通過銑槽或鉆孔的方式安裝4個(gè)懸梁式稱重傳感器，或者在合金板的地面通過銑槽或鉆孔的方式安裝多個(gè)剪切梁式稱重傳感器。從而使秤架與稱重傳感器高度集成化。(3)智能化 稱重裝置的計(jì)量顯示與控制部分與微型計(jì)算機(jī)相連，通過微型計(jì)算機(jī)的智能化處理增加稱重裝置的顯示和控制功能。使得稱重裝置在保留原有功能基礎(chǔ)上增

24、加了自適應(yīng)、自診斷、自組織、推理和判斷等智能功能。這方面提高就是智能化稱重裝置的顯示與控制器與目前普遍使用的微機(jī)控制顯示與控制器的主要區(qū)別所在。(4)綜合化 稱重技術(shù)未來的發(fā)展方向是在加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上擴(kuò)大應(yīng)用范圍，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，向相關(guān)行業(yè)和學(xué)科滲透，應(yīng)用各個(gè)學(xué)科的技術(shù)綜合化的解決計(jì)量稱重、信息處理、自動(dòng)控制等問題。對于某些應(yīng)用場合，只具備計(jì)量、顯示、量化等功能的稱重裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶需求。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化和管理一體化的進(jìn)程的不斷推進(jìn)，稱重裝置應(yīng)具備：稱重、計(jì)價(jià)、提供各項(xiàng)相關(guān)信息、出入庫管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等各項(xiàng)功能。需要電子稱重設(shè)備與計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)相連，共同組成一個(gè)綜合化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。(5)組合

25、化 在某些重量計(jì)量場合或過程中，為滿足實(shí)際需求，還需要電子稱重裝置具備一定的組合能力。如機(jī)械部分根據(jù)實(shí)際場合的調(diào)整，與外圍設(shè)備的組合，系統(tǒng)硬件與外圍設(shè)備的連接，調(diào)節(jié)計(jì)量范圍和精度，通過軟件設(shè)置調(diào)整輸入輸出方式、通信方式等功能。1.3主要工作及論文結(jié)構(gòu)(1)進(jìn)行系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)規(guī)劃 將軟、硬件按實(shí)現(xiàn)的功能劃分成析系統(tǒng)所用各傳感器的性能，全面了解被采集信號的各項(xiàng)指標(biāo)。(2)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件及制作pcb板 實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)稱重傳感器和采集、上位機(jī)通信、在線編程等功能，制作原理圖及pcb板圖。本論文結(jié)構(gòu)如下：1緒論 闡述了本課題的研究背景及意義，介紹內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀，最后總結(jié)了自己所做的工作，并且給出了論文結(jié)構(gòu)。2

26、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 提出了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的總體系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)量原理。詳細(xì)說明了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。3系統(tǒng)器件簡介 主要包括稱架和傳感器類型，系統(tǒng)微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇。4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 詳細(xì)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設(shè)計(jì)，傳感器接口設(shè)計(jì)，現(xiàn)場總線接口的擴(kuò)展，重點(diǎn)介紹基于ad7730芯片的稱重傳感器數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由五部分構(gòu)成：秤架、稱重傳感器、測速傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和工控計(jì)算機(jī)。采用單托輥秤架、梁式稱重傳感器和接觸式測速傳感器的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。數(shù)據(jù)采集電路工控計(jì)算機(jī)稱重傳感器測速傳

27、感器圖2-1 傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖物料在傳輸狀態(tài)下，稱重傳感器和測速傳感器將傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量和瞬時(shí)速度轉(zhuǎn)換成電信號，數(shù)據(jù)采集電路采集該電信號并進(jìn)行適當(dāng)處理，然后送入工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行量化和計(jì)算，最后顯示流量累計(jì)結(jié)果。擴(kuò)展功能通常是靠開發(fā)軟件完成的，如監(jiān)控功能、報(bào)警功能以及數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能。2.2動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量原理通常情況下，計(jì)算傳輸帶上物料的流量需要采集物料的瞬時(shí)重量數(shù)據(jù)和傳輸帶的瞬時(shí)速度數(shù)據(jù)。物料的瞬時(shí)重量需要連續(xù)采樣或者周期采樣計(jì)量區(qū)段傳輸帶托輥所受到的壓力。傳輸帶的瞬時(shí)速度可以通過接觸式和非接觸式兩種方式獲得，再經(jīng)過一定的算法來減小誤差。物料的瞬時(shí)重量和傳輸帶的瞬時(shí)速度進(jìn)行運(yùn)算，可

28、得傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量和累計(jì)流量。瞬時(shí)重量為某一瞬間傳輸帶上的物料重量，累計(jì)流量為某一段時(shí)間內(nèi)傳輸帶上所通過的物料總重量。目前主要通過積分法和累加發(fā)計(jì)算物料的瞬時(shí)重量和累計(jì)流量。目前計(jì)算物料流量和累計(jì)重量主要采用的方法有積分法和累加法(1)積分法 積分法計(jì)量流量時(shí)，首先測量傳輸帶上輸送的物料的瞬時(shí)重量q(kg/m)和相同時(shí)刻傳輸帶的瞬時(shí)速度u(m/s)，相乘可以得到傳輸帶上物料的瞬時(shí)流量w(t)(kg/m)： (2-1)式（2-1）算出的是傳輸帶某一時(shí)刻的瞬時(shí)流量，但傳輸帶上的物料瞬時(shí)重量和傳輸帶的瞬時(shí)速度都是隨時(shí)間不斷變化的，所以瞬時(shí)流量w(t)對時(shí)間的積分可以得出t段時(shí)間內(nèi)傳輸帶的累積物

29、料流量w： = （2-2）式中q(t)瞬時(shí)荷重值u(t)瞬時(shí)皮帶速度傳輸帶的速度可由采樣間隔距離l和走過l段程度所消耗的時(shí)間t來計(jì)算： （2-3）式中t走過占l長度所需的時(shí)間l采樣間隔行程(2)累加法 用累加法計(jì)量傳輸帶上物料流量時(shí)，傳輸帶每移動(dòng)距離s時(shí)，就對傳輸帶的瞬時(shí)重量采集一次，這是傳輸帶整體的加權(quán)重量，會與實(shí)際重量有一定的差距。然后通過近幾次的瞬時(shí)總量采樣計(jì)算出s段的瞬時(shí)重量值qi。把n段測量的瞬時(shí)重量累加就讀出傳輸帶走過ns段長度的累積流量w： （2-4）累加法計(jì)量原理如圖2-2所示nss圖2-2 累加法計(jì)算物料流量t時(shí)刻傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量可以由w對時(shí)間微分求的： (2-5)使用

30、累加法計(jì)算物料流量可以很好的減少皮帶跳變和傳感器轉(zhuǎn)換誤差對計(jì)量結(jié)果的影響，并且經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明使用累加法要比采用積分法的準(zhǔn)確度高，所以對計(jì)量精度要求嚴(yán)格的系統(tǒng)均采用累加法方式計(jì)量。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)正是基于累加法計(jì)量物料流量和累計(jì)重量。2.3小結(jié)本部分提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，闡述了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)量原理。詳細(xì)說明了本系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的功能，介紹兩種基本計(jì)量算法，對優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比，選擇累加法作為系統(tǒng)的基本計(jì)量算法。3 系統(tǒng)器件簡介3.1秤架和傳感器傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的載重部分稱為秤架。秤架安裝在傳輸帶輸送機(jī)上，在完成輸送功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳輸帶上物料的動(dòng)態(tài)稱重。物料流過傳輸帶時(shí)，秤架上的

31、稱重傳感器和測速傳感器將秤架瞬時(shí)重量和傳輸帶瞬時(shí)速度值轉(zhuǎn)換成電信號，并由數(shù)據(jù)采集裝置采集。3.1.1稱架介紹在系統(tǒng)計(jì)量過程中，由于運(yùn)行中的傳輸帶的張力，抖動(dòng)和跑偏等因素對流量計(jì)量結(jié)果的影響甚大，這種影響又稱“皮帶效應(yīng)”。為減輕這種影響，以及安裝難度和設(shè)備成本等考慮，秤架的種類繁多。單托輥秤架因其安裝方便，維護(hù)量低，信號響應(yīng)速度快等明顯優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了市場份額的50%以上，但在秤架設(shè)計(jì)中沒有消除傳輸帶張力對稱重結(jié)構(gòu)的影響，需要設(shè)計(jì)算法來消除誤差。為保證研究的普遍意義和實(shí)用價(jià)值，本系統(tǒng)選擇單托輥秤架作為研究對象，并通過算法有效消除了水平張力對計(jì)量結(jié)果的影響。過渡托輥稱重托輥傳輸稱重傳感器支撐架配置平衡

32、重物 稱重傳感器只安裝在一組托輥上的稱架結(jié)構(gòu)稱為單托輥稱架.如圖3-1所示，單托輥稱架由安裝了稱重傳感器的稱重托輥，稱重托輥相鄰的兩組過渡托輥和稱架支撐結(jié)構(gòu)共同組成。其中稱架支撐結(jié)構(gòu)分為平衡杠杠支撐和直接支撐，平衡杠杠支撐結(jié)構(gòu)還可以選擇是否配置平衡重物。圖3-1 配置平衡重物的單托輥稱架結(jié)構(gòu)示意圖配置平衡重物重量可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)傳輸帶空載時(shí)對稱重傳感器的壓力，有利于系統(tǒng)零點(diǎn)標(biāo)定，確保計(jì)量精度。3.1.2稱重傳感器介紹與選擇稱重傳感器是將作用在其上的壓力轉(zhuǎn)換為等比例的電信號的儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，稱重裝置因其能實(shí)現(xiàn)對被測對象的迅速、精確稱量，在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，而稱重傳感器正是稱重裝置的

33、核心部件。尤其是傳感器材料技術(shù)和傳感器制作工藝的不斷提高，使得基于稱重傳感器的稱重裝置的計(jì)量區(qū)間向大噸位和微量物體兩個(gè)方向不斷延伸，并且在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中已經(jīng)成為一種必須的設(shè)備。而且目前幾乎所有的領(lǐng)域應(yīng)用的稱重裝置都使用了不同種類和規(guī)格的稱重傳感器。3.1.2.1稱重傳感器的分類目前使用的稱重傳感器種類繁多，可按工作原理分類為：壓力-電荷式、壓力-電阻式、壓力-電磁式和電阻應(yīng)變式稱重傳感器。下面分別介紹：(1)壓力-電荷式稱重傳感器 壓力-電荷式稱重傳感器的工作原理是基于一種離子電材料，當(dāng)這種材料受到外力時(shí)，內(nèi)部會產(chǎn)生極化效應(yīng)，獲得或失去一定量的電荷，從而帶電，當(dāng)加在其上的外力去掉時(shí)，材料

34、恢復(fù)為不帶電狀態(tài)。這種特性稱為材料的壓電效應(yīng)，這種材料稱為壓電材料。壓力-電荷式稱重傳感器的基本工作原理就是采用這種材料研制而成的，壓力-電荷式稱重傳感器的固有頻率較高，所以在適用高頻響應(yīng)的場合要優(yōu)于其他種類的稱重傳感器。(2)壓力-電阻式稱重傳感器 壓力-電阻式稱重傳感器的基本工作原理是基于一種具有壓阻效應(yīng)的材料，這種材料在收到外力后會產(chǎn)生形變，并且它的電阻會隨之產(chǎn)生變化。利用帶有壓阻效應(yīng)的材料制成的傳感器就稱為壓力-電阻式稱重傳感器。根據(jù)具體材料性質(zhì)的不同，可將壓力-電阻式稱重傳感器分為半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器和擴(kuò)散型壓力-電阻式稱重傳感器。半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器的基本結(jié)構(gòu)類似于電阻應(yīng)變式稱

35、重傳感器，不同點(diǎn)是利用半導(dǎo)體壓電材料代理電阻應(yīng)變式稱重傳感器的金屬材料制成電阻應(yīng)變片，雖然也容易損壞，但與金屬材料相比具有靈敏度高和體積小等優(yōu)點(diǎn)。擴(kuò)散型壓力-電阻式稱重傳感器所采用的壓電材料是半導(dǎo)體單晶硅。由于單晶硅材料各項(xiàng)極性相異，所以要根據(jù)實(shí)際受力形變情況來加工特定的應(yīng)變基片，因而測量精度穩(wěn)定性較差。(3)壓力-電磁式稱重傳感器 壓力-電磁式稱重傳感器的基本工作原理是基于一種具有壓磁效應(yīng)的材料，這種材料在受外力時(shí)會在內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，改變材料的磁導(dǎo)系數(shù)。壓力-電磁式稱重傳感器就是基于這種材料制成的。(4)電阻應(yīng)變式稱重傳感器 電阻應(yīng)變式稱重傳感器的基本功能是基于電阻應(yīng)變計(jì)實(shí)現(xiàn)的，電阻應(yīng)變計(jì)

36、由電阻絲在絕緣基片上制作而成，根據(jù)電阻大小與直徑成反比于電阻長度成正比的基本原理，當(dāng)應(yīng)變基片受到外力作用是，其上金屬絲直徑和長度都會發(fā)生細(xì)微的變化，導(dǎo)致所在的應(yīng)變基片的電阻阻值產(chǎn)生變化。根據(jù)此原理，電阻應(yīng)變式稱重傳感器可以將受力量轉(zhuǎn)換為電信號。由于電阻阻值只能產(chǎn)生細(xì)微變化，所以要使用惠斯頓橋式測量電路測量?；菟诡D橋式測量電路要求四個(gè)組成電阻的阻值相差量很小。3.1.2.2稱重傳感器的選擇傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)使用的稱重傳感器要具備以下幾個(gè)特征：(1)具有較高的穩(wěn)定應(yīng)，能在投料或輸送時(shí)造成的沖擊或振動(dòng)下正常工作，而且各項(xiàng)系數(shù)漂移量較小。(2)零點(diǎn)漂移和溫漂系數(shù)較小，可以在不同溫度環(huán)境下使用。(3)裝

37、卸簡便。傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備一般在大量散狀物料輸送過程中使用，不能允許整個(gè)進(jìn)度停滯過長時(shí)間。(4)密封性好。防潮防粉塵，能夠適應(yīng)較惡劣的工作場合。(5)較好的抗跑偏與偏載性能。因?yàn)樵趥鬏斶^程中，物料分布是不均勻的，作用力偏離重心的情況是不可避免的。具備了以上幾個(gè)特性的稱重傳感器，在實(shí)際使用時(shí)還要考慮多方面因素。如傳感器的類型、傳感器的精度指標(biāo)、傳感器的使用數(shù)量和傳感器的使用環(huán)境等諸多因素。(1)傳感器的類型 傳感器類型的選擇時(shí)首先要了解傳感器各項(xiàng)信息，如性能指標(biāo)、安裝方法、原理結(jié)構(gòu)、受力方式、材料材質(zhì)等，這些一般由制造廠商提供。然后主要考慮稱重場合性質(zhì)和安裝空間問題，既要保證安裝穩(wěn)定，又要保證測

38、量可靠安全。如材質(zhì)電橋傳感器適用于汽車稱量和軌道稱量等；鋁質(zhì)懸梁式傳感器適用于普通電子稱、平臺秤和案秤等；鋼質(zhì)柱式傳感器適用于汽車稱量、動(dòng)態(tài)軌道稱量和大噸位料斗稱量等。(2)傳感器的精度和量程 選擇傳感器的精度指標(biāo)時(shí)不能盲目尋求高精度的傳感器，要綜合考慮實(shí)際稱重場合的需求和成本等問題。通常情況下，傳感器指標(biāo)包括蠕變系數(shù)、靈敏度、額定載荷、零點(diǎn)溫漂、綜合誤差、滯后、不重復(fù)性和非線性等。選用的傳感器的不重復(fù)性、非線性和滯后三項(xiàng)指標(biāo)的均方根的值要略高于系統(tǒng)需求精度。傳感器的量程主要根據(jù)秤架自重、造成的最大偏載、安裝傳感器數(shù)量和動(dòng)態(tài)計(jì)量等標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮來選擇。在傳輸帶動(dòng)態(tài)計(jì)量時(shí)，秤架分配到各個(gè)傳感器的載

39、荷量越接近傳感器量程，計(jì)量精度和穩(wěn)定性越高。在現(xiàn)場實(shí)際條件下，除了考慮分配到傳感器的載荷量之外，秤架重量、傳輸帶自重、動(dòng)態(tài)振動(dòng)、下料沖擊等因素也會影響傳感器的量程選擇。(3)傳感器使用數(shù)量 在選擇傳感器的使用數(shù)量時(shí)，主要考慮電子稱重裝置的實(shí)際受力結(jié)構(gòu)、秤架支撐點(diǎn)的數(shù)量和稱重裝置的用途等因素，其中秤架支點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)由秤架實(shí)際重心和秤架幾何重心重合的原理而定。通常情況下，傳感器的使用數(shù)量等于秤架支點(diǎn)的數(shù)量，但也存在特殊情況，如存在吊梁結(jié)構(gòu)的秤架只能在吊梁連接點(diǎn)處使用一個(gè)傳感器。(4)傳感器使用環(huán)境 傳感器的使用環(huán)境是一項(xiàng)重要的考慮因素，實(shí)際環(huán)境中的溫濕度、粉塵、振動(dòng)等要素對于正確選擇傳感器至關(guān)重要，而

40、且關(guān)系到傳感器的使用壽命、安全穩(wěn)定性和測量精度。在動(dòng)態(tài)稱重中，稱重傳感器的選擇對整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量精度和響應(yīng)速度有直接影響，所以要結(jié)合實(shí)際需求根據(jù)以上條件綜合考慮。由于懸梁式稱重傳感器是基于電阻應(yīng)變原理將力矩產(chǎn)生的應(yīng)變力轉(zhuǎn)換成與其線性關(guān)系的電信號，而且承載方式為平面載重，抗偏載和抗側(cè)向能力強(qiáng)。固本系統(tǒng)的稱重傳感器選用寧波柯力電氣制造公司的懸梁式傳感器，該傳感器是電阻應(yīng)變片式傳感器的一種。其外形如圖3-2所示。圖3-2 柯力電氣制造公司的懸梁式傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器的基本功能是基于電阻應(yīng)變計(jì)實(shí)現(xiàn)的，電阻應(yīng)變計(jì)由電阻絲在絕緣基片上制作而成，根據(jù)電阻大小與直徑成反比于電阻長度成正比的基本原理，當(dāng)應(yīng)變

41、基片受到外力作用是，其上金屬絲直徑和長度都會發(fā)生細(xì)微的變化，導(dǎo)致所在的應(yīng)變基片的電阻阻值產(chǎn)生變化。根據(jù)此原理，電阻應(yīng)變式稱重傳感器可以將受力量轉(zhuǎn)換為電信號。由于電阻阻值只能產(chǎn)生細(xì)微變化，所以要使用惠斯頓橋式測量電路測量。惠斯頓橋式測量電路要求四個(gè)組成電阻的阻值相差量很小。在各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)中額定載荷、靈敏度、推薦激勵(lì)電壓三項(xiàng)為關(guān)鍵參數(shù)，直接關(guān)系到傳感器的合理使用和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的正確計(jì)算。該傳感器的靈敏度為2.0±0.003mv/v，表示當(dāng)傳感器受到額定載荷重量時(shí)，每1v激勵(lì)電壓下，產(chǎn)生2.0±0.003mv輸出電壓。本系統(tǒng)實(shí)際采用激勵(lì)電壓為10v時(shí)，額定載荷為2t，則在2t滿量程下

42、，輸出電壓為10×(2.0±0.003)mv。其技術(shù)參數(shù)指標(biāo)見表3-1。表3-1稱重傳感器性能參數(shù)項(xiàng)目性能測試參數(shù)項(xiàng)目性能測試參數(shù)額定載荷2t工作溫度范圍-30+70靈敏度2.0±0.003mv/v安全過載120%f.s綜合誤差±0.03f.s極限過載200%f.s蠕變（30分鐘）±0.03f.s推薦激勵(lì)電壓1012v dc零點(diǎn)平衡±1f.s最大激勵(lì)電壓15v dc零點(diǎn)溫度影響±0.03f.s10密封等級lp66輸出溫度影響±0.03f.s10材質(zhì)合金鋼輸入阻抗400±10電纜輸出阻抗352±3

43、length:4m絕緣電阻5000mdiameter:5mm3.1.3 測速傳感器介紹與分析傳輸帶運(yùn)行速度是計(jì)算動(dòng)態(tài)稱重結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵指標(biāo)，所以測速傳感器是傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的重要組成部分。測速傳感器按轉(zhuǎn)換原理可分為數(shù)字方式和模擬方式，數(shù)字測速傳感器目前國內(nèi)外使用廣泛，使用模擬測速傳感器來檢測傳輸帶運(yùn)行速度的方式基本不再使用。3.1.3.1測速傳感器分類單就數(shù)字測速傳感器而言，其分類方式也很多。按傳感器采集速度信息的方式，可分為接觸式測速傳感器和非接觸式測速傳感器。其中按接觸式測速傳感器的接觸輪的大小又可分為寬式接觸傳感器和窄式測速傳感器。接觸式測速方式的基本原理是基于接觸傳輸帶的摩擦輪，當(dāng)傳輸帶

44、行駛時(shí)，依靠于傳輸帶之間的摩擦帶動(dòng)自身運(yùn)動(dòng)，熱按通過光-電或磁-電式將速度信號轉(zhuǎn)換成電信號。接觸式測速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、造價(jià)低廉，所以目前被廣為采用。但依靠摩擦力的原理限制了速度的測量精度。非接觸式測速傳感器沒有與傳輸帶接觸的機(jī)械裝置。非接觸式測速傳感器理論上是可以消除接觸打滑、速度損耗等接觸式傳感器不能解決的問題，并且實(shí)現(xiàn)直接獲得傳輸帶速度的結(jié)果。但實(shí)際使用中還有很多未能解決的問題，目前主要體現(xiàn)為測量穩(wěn)定性差、影響結(jié)果因素多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高等方面，所以尚未廣泛使用。按速度信息轉(zhuǎn)換為電信號的實(shí)現(xiàn)原理分類，可分為光-電式測速傳感器和磁-電式測速傳感器?，F(xiàn)在國外甚至出現(xiàn)了“多普勒”測量

45、原理的測速傳感器，國內(nèi)也已經(jīng)開發(fā)了相同原理測速傳感器。目前比較普遍的分類方式是分為光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器和磁-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器。(1)光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器 光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器的計(jì)量原理是由機(jī)械傳動(dòng)裝置將傳輸帶運(yùn)行時(shí)的速度轉(zhuǎn)換為光柵編碼圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，光柵圓盤的一邊放置光源，另一邊放置光感元件。當(dāng)傳輸帶帶動(dòng)光柵圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度轉(zhuǎn)換為光柵對光線的遮擋頻率，并通過光-電轉(zhuǎn)化生成脈沖信號或具體數(shù)字編碼。故光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器又稱為光-電編碼器。光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器體積小、安裝簡便、精度高、應(yīng)用范圍廣，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字測量和數(shù)字控制，連接計(jì)算機(jī)和相應(yīng)顯示設(shè)備后可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)測量角位置。與其

46、它種類測速傳感器相比，有性價(jià)比高、可靠性好、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)光柵圓盤的光柵形式可將光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器分為增量式光-電編碼器和絕-對式光電編碼器。增量式光-電測速傳感器內(nèi)部圓盤上的光柵是等間距的，每道光柵為一個(gè)分辨區(qū)，產(chǎn)生一個(gè)周期脈沖信號，采集電路使用計(jì)數(shù)器對脈沖進(jìn)行累加運(yùn)算，以零點(diǎn)為基準(zhǔn)位置，正轉(zhuǎn)累加，反轉(zhuǎn)遞減。增量式光-電測速傳感器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是中途中斷計(jì)數(shù)會造成測量數(shù)據(jù)的缺失，而且會造成誤差積累。絕對式光-電測速傳感器內(nèi)部圓盤上的光柵是按二進(jìn)制碼規(guī)律排列的，由于為每一個(gè)分辨區(qū)間設(shè)計(jì)了不同的二進(jìn)制碼，所以碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的位置不同，編碼輸出的值也不同?；?/p>

47、于這種設(shè)計(jì)原理，絕對式光-電測速傳感器有固定零點(diǎn)、無誤差的累積、中斷后不會造成數(shù)據(jù)損失、輸出量與角度符合一定函數(shù)關(guān)系和測量穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)導(dǎo)致絕對式光-電測速傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大和安裝繁瑣。目前使用并不廣泛。(2)磁-電式測速傳感器 磁-電式測速傳感器的工作原理與光-電式測速傳感器相同，也分為增量式和絕對式。但是磁-電式測速傳感器對環(huán)境要就較嚴(yán)格，傳輸帶的震動(dòng)等狀況會導(dǎo)致傳感器工作異常，造成測量數(shù)據(jù)損失。3.1.3.2測速傳感器選擇綜合各方面因素考慮，本系統(tǒng)測速傳感器選用歐姆龍e6b2-cwz6c增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器屬于接觸式軸光電編碼器。歐姆龍e6b2-cwz6c光電編碼器。

48、外形如圖3-3所示圖3-3 歐姆龍e6b2-cwz6c增量型旋轉(zhuǎn)編碼器接觸式測速方式的基本原理是基于接觸傳輸帶的摩擦輪，當(dāng)傳輸帶行駛時(shí)，依靠于傳輸帶之間的摩擦帶動(dòng)自身運(yùn)動(dòng)，熱按通過光-電或磁-電式將速度信號轉(zhuǎn)換成電信號。接觸式測速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、造價(jià)低廉，所以目前被廣為采用。但依靠摩擦力的原理限制了速度的測量精度。光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器的計(jì)量原理是由機(jī)械傳動(dòng)裝置將傳輸帶運(yùn)行時(shí)的速度轉(zhuǎn)換為光柵編碼圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，光柵圓盤的一邊放置光源，另一邊放置光感元件。當(dāng)傳輸帶帶動(dòng)光柵圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度轉(zhuǎn)換為光柵對光線的遮擋頻率，并通過光-電轉(zhuǎn)化生成脈沖信號或具體數(shù)字編碼。故光-

49、電轉(zhuǎn)換式測速傳感器又稱為光-電編碼器。光-電轉(zhuǎn)換式測速傳感器體積小、安裝簡便、精度高、應(yīng)用范圍廣，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字測量和數(shù)字控制，連接計(jì)算機(jī)和相應(yīng)顯示設(shè)備后可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)測量角位置。與其它種類測速傳感器相比，有性價(jià)比高、可靠性好、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)參數(shù)指標(biāo)見表3-23.2 小結(jié)本部分主要介紹了系統(tǒng)所使用的主要器件及其性能參數(shù)及特點(diǎn)，包括單托輥稱架、稱重傳感器、測速傳感器、系統(tǒng)為處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的類型等。表3-2歐姆龍e6b2-cwz6c增量型旋轉(zhuǎn)編碼器技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)電源電壓5v24v dc耗費(fèi)電流*170ma以下辨率（脈沖/旋轉(zhuǎn)）2000輸出項(xiàng)a、b、z、相輸出方式n

50、pn集電極開路輸出輸出相位差a、b相位差90±45（1/4±1/8t）高響應(yīng)頻率*3100khz輸出上升下降時(shí)間1us以下啟動(dòng)力矩0.98mn·m以下慣性力矩1×10-6kg·允許最高轉(zhuǎn)數(shù)6000r/min軸允許力徑向：30n軸向：20n環(huán)境濕度范圍3585%rh（不結(jié)露）絕緣電阻30m以上（dc500v兆歐表）耐電壓ac500v 50/60hz震動(dòng)耐久10500hz、在hz保護(hù)回路負(fù)載短路保護(hù)環(huán)境溫度范圍運(yùn)動(dòng)：-10+70保存：-25+85沖擊耐久1000m/s2x、y、z方向保護(hù)結(jié)構(gòu)iec規(guī)格ip50連接方式導(dǎo)線引出式材質(zhì)外殼：abs本體：

51、鋁軸：sus420j2質(zhì)量約100g輸出容量30v dc以下35ma以下0.4v以下 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)硬件概述數(shù)據(jù)采集電路是系統(tǒng)的主要硬件部分，將稱重傳感器020mv的輸出信號由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為24位精度的數(shù)字信號，即000000hffffffh中的一個(gè)值，然后送入單片機(jī)。速度數(shù)據(jù)采集部分，首先將測速傳感器輸出的脈沖信號進(jìn)行光電隔離，然后由單片機(jī)對脈沖計(jì)數(shù)。數(shù)據(jù)采集工作完成后，由通信接口將24位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和脈沖計(jì)數(shù)值送入上位機(jī)，在上位機(jī)中完成數(shù)據(jù)的量化和最終計(jì)算，實(shí)時(shí)顯示計(jì)算結(jié)果，并且存入數(shù)據(jù)庫。使用altium designer summer 08工具完成系統(tǒng)硬件的原理圖和pcb

52、板圖設(shè)計(jì)。altium disigner sumer 08是美國altium公司開發(fā)的設(shè)計(jì)電路板軟件protel的升級版本，沿襲了protel以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與protel dxp大體相同，為了適應(yīng)目前高密度和信號高速度的要求新增加了一些功能模塊。在元件庫中，整合了以前protel dxp版本和protel 99版本等各個(gè)版本的庫文件，使功能更強(qiáng)大，使用更方便。4.2系統(tǒng)微處理器由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求的芯片數(shù)據(jù)存儲空間（ram）和程序存儲空間（rom）都較小，固微處理器選擇at89s52芯片。at89s52是atmel公司推出的與mcs-51兼容系列單片機(jī)。它是一種低功耗、高性能的微處理芯片。8kb片內(nèi)flash，可擦/寫1000次以上；256字節(jié)片內(nèi)ram；全靜態(tài)邏輯，工作頻率范圍024mhz；32個(gè)可編程i/o口；三級程序存儲器加密；一個(gè)全雙工串行口；三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；支持在線編程isp（in system programmable）功能。4.2.1功能特性描述 at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片