《工程綜合實(shí)踐》

1、工程綜合實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告（項(xiàng)目：下料檢重裝置） 專業(yè)測控技術(shù)與儀器 班級(jí) 13測控5班組員 周奕晨、張佳康 朱馨茗、 陳濤 錢稔靈、吳筱 來琦鋒、譚軍 教師 王棟、張新娜 中國計(jì)量學(xué)院2016年5月6日一、 項(xiàng)目設(shè)計(jì)意義動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線定量包裝供送系統(tǒng)、在線質(zhì)檢系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量的在線控制。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)盒裝產(chǎn)品的重量信號(hào)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理、顯示的功能，通過顯示器件實(shí)時(shí)顯示稱重結(jié)果，對(duì)于不符合重量要求的產(chǎn)品發(fā)出剔除信號(hào)。氣動(dòng)下料檢重和自動(dòng)剔除裝置將下料機(jī)構(gòu)、PLC與氣動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，完成藥盒的自動(dòng)下放和剔除分選工作。選配試驗(yàn)箱可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手/自動(dòng)控制。通過該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐

2、，可以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的各類實(shí)用技術(shù)知識(shí)設(shè)計(jì)工業(yè)化機(jī)電裝置的綜合設(shè)計(jì)能力。二、 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 稱重信號(hào)采集及信號(hào)調(diào)理。2、 單片機(jī)處理與稱重值顯示3、 PLC選擇及氣動(dòng)下料裝置4、 PLC手動(dòng)剔除與智能剔除不合格物品設(shè)計(jì)三、 項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)（含創(chuàng)新點(diǎn)）1、 稱重信號(hào)采集及信號(hào)調(diào)理1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將傳感器采集的信號(hào)通過三運(yùn)放儀表放大電路一級(jí)放大，再通過減法電路達(dá)到去皮調(diào)零的效果，最后再經(jīng)放大電路進(jìn)一步發(fā)大，以達(dá)到單片機(jī)所需的信號(hào)大小 。1.2 電路設(shè)計(jì)1.2.1 三運(yùn)放儀表放大電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過三運(yùn)放儀表放大電路將3.5mV的電壓大 至100mV，Kd1=1+(R1+R2)/R0 Kd2=R5/R

3、3； Kd=Kd1*Kd2； 通過調(diào)節(jié)R0使U1輸出為100mV 1.2.2 減法電路U2=（U1-100mV）*（R11/R9）=0mV Kd4=R11/R9=10;U3=(1+R15/R13)*U2 Kd5通過調(diào)節(jié)R13 ,改變差模增益Kd5，使電路總增益：Kd=Kd1*Kd2*Kd4*Kd5=7000;先通過減法放大電路減去偏置并放大10倍，再經(jīng)過同相放大電路經(jīng)過電位器調(diào)節(jié)放大10倍。1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 1.4方案創(chuàng)新1.4.1三運(yùn)放電路具有良好的共模抑制能力，取R1=R2,可調(diào)節(jié)R0改變增益而不影響電路的對(duì)稱性。1.4.2分壓電阻采用電位器，可靈活調(diào)零。1.4.3成本低廉，精度較高。

4、2、單片機(jī)處理與稱重值檢測2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將放大板處理以后的電壓信號(hào)經(jīng)過擬合后，通過單片機(jī)AD處理成質(zhì)量信號(hào)，并顯示出來。2.2參數(shù)擬合根據(jù)放上不同的砝碼質(zhì)量10g、20g200g記錄相應(yīng)的A/D值，并用matlab的最小二乘法將其擬合成線性函數(shù)，以質(zhì)量為應(yīng)變量，A/D值為自變量。得到擬合曲線輸入到程序中以獲得更精確的稱重質(zhì)量。首先將全部數(shù)據(jù)用于擬合時(shí)，發(fā)現(xiàn)擬合得到的曲線有一些不足之處：質(zhì)量小于60g時(shí)，稱重顯示數(shù)值波動(dòng)比較大，而其他范圍的質(zhì)量比較穩(wěn)定。因此我們采取分段擬合的方法將060g和70200g分別擬合得到兩個(gè)函數(shù)。其中，根據(jù)殘差圖（若顯示紅色則將其剔除）剔除一些數(shù)據(jù)。為減小零漂，設(shè)置

5、程序在A/D值小于一定值時(shí)質(zhì)量顯示皆為0.060g階段：無剔除數(shù)據(jù)得到擬合曲線： 擬合曲線：y1= 73.2418*x1-3.607570200g：根據(jù)殘差圖剔除到200g那個(gè)點(diǎn)，再得到殘差圖： 擬合曲線：y2=69.43598*x2-0.03372.4 邏輯框圖2.5創(chuàng)新部分：示數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，誤差小精度高，界面簡潔美觀。3、PLC選擇及氣動(dòng)下料裝置3.1 PLC類型·采用PLC類型：西門子S7-200硬件資源有：信號(hào)輸入：兩組14點(diǎn)（I0.0I0.7、公共端是1M，I1.0I1.5、公共端是2M）。輸出繼電器：三組10點(diǎn)（Q0.0Q0.3、公共端是1L, Q0.4Q0.6公共端是2L

6、,Q0.7Q1.1公共端是3L）。3.2 PLC個(gè)模塊地址分配3.3邏輯圖3.4創(chuàng)新部分：3.4.1 程序邏輯明確，有三個(gè)子程序，然后主程序簡明扼要、清晰。3.4.2 為了安全起見汽缸每推動(dòng)一次都有2秒延時(shí)收回時(shí)間（時(shí)間可調(diào)整）。3.4.3 稱重時(shí)也有2秒鐘延時(shí)確保足夠時(shí)間稱重反饋。（時(shí)間可調(diào)整）3.4.4 可以控制皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)速度。（原理類似與PWM波控制LED亮暗。）3.4.5 自動(dòng)下料時(shí)每稱重一次進(jìn)行一次下料。避免發(fā)生碰撞。4、手動(dòng)剔除與智能剔除不合格物品設(shè)計(jì)4.1地址分配：4.2邏輯圖4.3 觸摸屏控制界面設(shè)計(jì)4.4創(chuàng)新部分 可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。四、 項(xiàng)目實(shí)施記錄與總結(jié)1、電子組：（完整的電路

7、圖與程序見附錄）張佳康：經(jīng)過本次課程，更深入的了解了放大電路的原理與功能，親手實(shí)踐提高了我的動(dòng)手能力。本次課程放大電路基本順利完成，在調(diào)試儀表放大電路時(shí)，因?qū)⒉罘蛛娐氛?fù)端接反，導(dǎo)致測試結(jié)果一直失敗，但找出原因后，測試基本順利。陳濤：通過這次的實(shí)踐，我再次體會(huì)到理論與實(shí)際的差距。我們的放大版主要由三部分組成：三運(yùn)放電路、減法電路、放大電路。實(shí)際過程中，由于放大器本身的實(shí)際特性，以及電阻實(shí)際值與標(biāo)值的誤差，三運(yùn)放電路并不像理論那樣理想，減法電路也并沒有完全減到零（我想著應(yīng)該與運(yùn)放內(nèi)部的失調(diào)電壓有關(guān)）。動(dòng)手實(shí)踐，能彌補(bǔ)我們的知識(shí)間隙，讓我們對(duì)其更加深刻。錢稔靈：把自己所學(xué)的運(yùn)用到實(shí)踐中，感覺還是很

8、興奮的。與同學(xué)們討論設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中我學(xué)習(xí)到了團(tuán)結(jié)的重要性。吳筱：短短近十周的工程綜合實(shí)踐中，我和隊(duì)友負(fù)責(zé)單片機(jī)模塊，大三上修過單片機(jī)的課程但是具體應(yīng)用并不熟悉，和隊(duì)友寫代碼改程序的時(shí)候?qū)W到很多新的東西。當(dāng)然，改代碼的過程也很揪心，程序調(diào)試成功的時(shí)候又無比喜悅。曲線擬合的部分我用上了參加數(shù)學(xué)建模比賽的知識(shí)，這部分還算輕松。其實(shí)很驚訝通過合作能把最后的實(shí)物做出來，也對(duì)電子秤的原理有了更深一步的認(rèn)識(shí)。這更像是一個(gè)學(xué)以致用的過程。2、PLC小組（程序觸摸屏見附錄）朱馨茗：在這次實(shí)踐中，加深了對(duì)梯形圖的理解，學(xué)會(huì)了簡單的使用，通過團(tuán)隊(duì)的合作學(xué)習(xí)，不斷提升發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。這次實(shí)踐學(xué)習(xí)雖然時(shí)間不長但

9、是收獲非常大。周奕晨：我覺得這次實(shí)驗(yàn)讓我對(duì)團(tuán)隊(duì)合作有了全新的認(rèn)識(shí)，讓我收獲非常大，特別是組長有各組協(xié)調(diào)，真的感慨頗多。來琦鋒：在編寫、調(diào)試剔除程序的過程出現(xiàn)了不少的失誤，比如：因?yàn)槭鞘褂枚〞r(shí)器控制進(jìn)步電機(jī)單向剔除，但沒有控制好進(jìn)步點(diǎn)擊發(fā)送的脈沖數(shù)，導(dǎo)致自動(dòng)剔除時(shí)，反轉(zhuǎn)回不到初始位置；也有因忘記添加控制Y軸進(jìn)行的Q0.3導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)步電機(jī)運(yùn)動(dòng)。然而在解決這些問題的過程中讓我更加深刻的理解了PLC程序的運(yùn)行，獲益匪淺。在完成了程序編寫、調(diào)試、驗(yàn)收后，我們松了口氣。雖然還有點(diǎn)瑕疵（程序的觸摸屏界面不夠美觀），但這仍是我心中小小的自豪。譚軍：我覺得這門課程是一門非常有趣的課，讓我在PLC的制作體會(huì)到

10、了很大的樂趣，雖然在編程的過程中遇到許多問題而且自己在編程方面也不是特別擅長，在組員的協(xié)助和自己的努力下還是解決了一個(gè)個(gè)問題。但是我深知自己還有許多需要學(xué)習(xí)的地方，在今后的課程中一定會(huì)更加認(rèn)真學(xué)習(xí)。五、 項(xiàng)目元件清單與選型說明1、 電子部分:LM358 4個(gè)、103電位器 3個(gè)、7805 1個(gè)、電容若干、電阻若干、導(dǎo)線、89c51單片機(jī)、1602液晶屏。2、 PLC部分：西門子S7-200 ，電腦。附件1：完整電路圖附件2：matlab擬合源代碼clearclcx1=53 180 320 462 596 738 863'*0.001;%輸入砝碼質(zhì)量及相應(yīng)的A/D值y1=0 10 20

11、30 40 50 60'X=ones(7,1) x1;b,bint,r,rint,stats=regress(y1,X)%最小二乘法線性回歸擬合rcoplot(r,rint)%畫出殘差圖，得到需要剔除的點(diǎn)（若顯示紅色則該點(diǎn)剔除），剔除后重新對(duì)剩余數(shù)據(jù)擬合y1= 73.2418*x1-3.6075 clearclcx2=1010 1152 1296 1440 1585 1730 2016 2160 2304 2738'.*0.001;y2=70 80 90 100 110 120 140 150 160 190'X2=ones(10,1) x2;b,bint,r,rint

12、,stats=regress(y2,X2)rcoplot(r,rint)y2=69.43598*x2-0.0337plot(x2,y2) %畫出擬合結(jié)果plot(x1,y1)附件3：單片機(jī)源代碼#include <AT89X52.h>#include <MATH.H>#include <system.h>uint AD=0,mg1=0,xs=0; /AD轉(zhuǎn)換值uchar i=0;unsigned long ADS=0;float mg2=0;uchar ad_result8=0; /AD值顯示存放數(shù)組uchar Mg8=0; /*port為AD通道號(hào)，x為液

13、晶顯示的x軸坐標(biāo)值1-8，x為液晶顯示的y軸坐標(biāo)值1-4*/void read_and_display(uchar port,uchar x,uchar y) AD = read2543(port); /第一次讀的AD值是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，舍棄AD = read2543(port); /AD不同通道間采樣間隔，可改變 if(i<100) ADS=ADS+AD;i+;elsei=0;ADS=ADS/100;if(ADS<900) mg1=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075; mg2=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075;elsemg1=69.4359

14、8*(ADS*0.001)-0.0337;mg2=69.43598*(ADS*0.001)-0.0337;xs=mg2*10;xs=xs%10;if(ADS<60) mg1=0; xs=0;Mg5='g'Mg4=xs+'0'Mg3='.'Mg2=(mg1%10)+'0'Mg1=(mg1/10)%10)+'0'Mg0=(mg1/100)%10)+'0'ad_result5='V' ad_result4=(ADS%10)+'0'ad_result3=(ADS/10)

15、%10)+'0'ad_result2=(ADS/100)%10)+'0'ad_result1='.' ad_result0=(ADS/1000)+'0'LCD_PutString(x,y+1,"Ui=");LCD_PutString(x,y+2,"Ws=");LCD_PutString(x+2,y+1,ad_result);LCD_PutString(x+2,y+2,Mg);if(mg2-100>10|100-mg2>10) LCD_PutString(x+6,y+2,"

16、; NO"); BEEP=0; DelayMs(50); BEEP=1; else LCD_PutString(x+6,y+2,"YES");/LCD_PutString(x+4,y+2,"Wb100g");LCD_PutString(x,y+3,"誤差10%"); void display(uint n) uchar N3=0;N0=n/100+'0'N1=(n/10)%10+'0'N2=n%10+'0'LCD_PutString(1,3,N); void main() ui

17、nt n=20; DelayMs(200); /等待系統(tǒng)上電 Init_LCD12864(); /液晶初始化 /BoardTest(); /整板測試 while(1) read_and_display(0,1,1); DelayMs(10);LCD_PutString(1,1,"13測控五班");LCD_PutString(5,4,"合格100g"); 附件4：PLC下料代碼主程序：程序初始化：輔助繼電器M、輸出繼電器Q復(fù)位VW 8 稱重時(shí)，停止延時(shí)時(shí)間VW10收回氣缸的延時(shí)時(shí)間I1.4用來程序復(fù)位清零通過Q1.0進(jìn)入手動(dòng)子程序通過Q1.1進(jìn)入自動(dòng)子程序通過M0.2來進(jìn)入皮帶子程序以及使脈沖發(fā)出計(jì)數(shù)手動(dòng)子程序：手動(dòng)子程序主要功能為：通過手動(dòng)觸摸接觸屏開關(guān)控制I0.4，然后輸出一個(gè)脈沖，來啟動(dòng)汽缸推動(dòng)閥，然后為了安全起見，并