傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.

1、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，動態(tài)稱重技術(shù)得到了迅速發(fā)展。動 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 個嶄新的階段。傳輸帶動態(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 功能齊全的動態(tài)稱重系統(tǒng)是勢在必行的。設(shè)計了一套基于單片機(jī)的傳輸帶動態(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)用的微處理器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器類型，具體提出 了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計

2、方法，給出了數(shù)據(jù)處理算法和其編程的設(shè)計。系統(tǒng)使用24位精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7730專換稱重傳感器信號，保證了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的高精度。所以該系 統(tǒng)能夠有效提高動態(tài)稱重系統(tǒng)的計量精度，并且系統(tǒng)功能較完善，系統(tǒng)擴(kuò)展了現(xiàn)場總線 接口，很好的滿足了工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的需求。關(guān)鍵詞：動態(tài)稱重傳輸帶AD7730現(xiàn)場總線AbstractWith the developme nt of tech no logy of sen sor,electr onic and computer,the dyn amic weighi ng tech no logy is develop ing rapidly.Weighi

3、 ng system made sig nifica nt progress in the digital and intelligent,the research of Weighing system has entered a new phase.Belted dyn amic weight equipme nt is desig ned for con ti nu ous weigh ing the bulk solids or powders on conveyor belt.And it is widely used in the fields of electricity,chem

4、ical,coal and food.However,our related productsgen erally with sin gle fun cti on and lowprecisi on. Therefore,the improveme nt of existi ng weigh ing devices,research and developme nt functional dyn amic weighi ng system is imperative.This paper prese ntsa belted dyamic weighi ng system based on SC

5、M,which is a good solution to this problem.In this paper,the overall structure of the weighing system is present first,a nd detailed an alysis of the system model and work ing prin ciple .It an alyzes the cause of dyn amic measureme nterrors,a nd builds a mathmematical model for dyn amic measureme n

6、t 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 processing algorithms and their programming

7、design.System uses 24-bit precision A/D converter AD7730 con vert the weigh ing sig nal to en sure high-precisi on measureme nt results. The system presented in this paper is characterized by high precision and good stability.And with the Profibus in terface,this system was well positi oned to meet

8、the requireme nts of in dustrial automati on and man ageme nt moder ni zati on.Key words： Dynamic weighing Transmission belt AD7730 Profibus目錄摘要IAbstract II緒論1.1背景及意義1.1.1 背景1.1.2 意義1.1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2.國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 2.國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展趨勢 3.1.3主要工作及論文結(jié)構(gòu) .5.2系統(tǒng)整體設(shè)計6.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 6.2.2動態(tài)稱重計量原理 6.2.3 小結(jié).8.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 9.3.1系

9、統(tǒng)硬件概述 9.3.2系統(tǒng)微處理器 9.3.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 9.3.4數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計 .1.13.4.1 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)1.13.4.2 MAX232 芯片簡介.1.1串口通信接口電路設(shè)計 113.5程序下載線連接123.6 傳感器接口設(shè)計 133.7 Profibus-DP 接口擴(kuò)展 1.43.8 小結(jié)1.54單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計 164.1軟件系統(tǒng)概述164.2軟件編程語言 164.3主程序模塊設(shè)計 164.4 AD7730轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計1.74.4.1 AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖1.74.4.2 AD7730 初始化1.84.5串口通信模塊設(shè)計 214.6脈沖計數(shù)模塊設(shè)

10、計 21測速信號的處理方法21脈沖計數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn)224.7 小結(jié)24.結(jié)論25.致謝26.參考文獻(xiàn)27.附錄28.1緒論1.1背景及意義背景對物料重量的動態(tài)稱重在工業(yè)生產(chǎn)和流通貿(mào)易中占據(jù)重要地位，其中動態(tài)稱重計量工具是不可缺少的計量工具。在各種大宗散裝物料的傳輸帶上，都廣泛應(yīng)用動態(tài)稱重計 量工具，起到了提高計量精度、縮短作業(yè)時間、提高管理效率、節(jié)約資源和改善經(jīng)營等 多方面作用。目前動態(tài)稱重計量工具已經(jīng)遍及各個領(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)的動態(tài)稱重計量工具已經(jīng)不能適應(yīng) 時代的發(fā)展，需要新產(chǎn)品在自動化生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理兩方面不斷提高。隨著近幾十年計

11、 算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的崛起，動態(tài)稱重技術(shù)在智能化、數(shù)字化和計量迅 速化方面都有了長足進(jìn)步。新型的動態(tài)稱重計量工具不僅僅是提供重量信息的獨立儀 表，而是現(xiàn)代工業(yè)一體化和管理自動化的重要組成部分。所以新型動態(tài)稱重系統(tǒng)不但要 能快速、準(zhǔn)確提供計量數(shù)據(jù)，還需要消除人為和環(huán)境造成的誤差，提高計量精度，并且 應(yīng)具備計量數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)管理等功能。意義傳輸帶動態(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，實現(xiàn)了物料儲存、運輸和稱量的一體化。廣 泛應(yīng)用于大宗散狀固體物料或粉料的運輸、加工、儲存行業(yè)，如港口、倉庫、冶金、煤 炭、

12、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 動化和管理自動化程度的不斷提高，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態(tài)稱重 系統(tǒng)是勢在必行的。本設(shè)計正是針對這一問題，開發(fā)的動態(tài)稱重系統(tǒng)具有計量精度高，穩(wěn)定性好，并且 系統(tǒng)還實現(xiàn)了上位機(jī)實時計量數(shù)據(jù)可視化和數(shù)保存打印功能，其界面直觀，便于使用， 從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護(hù)了企業(yè)和客戶的利

13、益，方便了計量工作。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)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀動態(tài)稱重技術(shù)的發(fā)展可分為以下四個階段：(1) 動態(tài)稱重技術(shù)起源 世界上最早的動態(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)對散狀固體物料動態(tài)自動稱重。1880年第一臺動態(tài)稱重裝置獲得計量許 可。1908年第一個動態(tài)稱重專利在英國公布。 自此，形成了較完整的動態(tài)稱重技術(shù)定義 和動態(tài)稱重裝置，拉開了動態(tài)稱重技術(shù)發(fā)展的序幕。(2) 純機(jī)械式動態(tài)稱重裝置第一代成熟的動態(tài)稱重裝置以純機(jī)械式皮帶秤為主導(dǎo)，只有帶配重物的秤架結(jié)構(gòu)和增量式碼盤結(jié)構(gòu)的編碼裝置，實現(xiàn)了簡單的速

14、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，而且計量過程復(fù)雜繁瑣。 1970年英國制定了第一個系統(tǒng)的動態(tài)稱重檢驗?zāi)Ｊ?，?biāo)志著動態(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)字積分放大電路實現(xiàn)配重 平衡、啟動識別和流量累加功能。第二代動態(tài)稱重裝置在計量精度和計量過程簡化上都 有了很大程度的提高，但是仍然存在計量精度較低和缺乏誤差糾正等缺陷。(4) 傳感器和微機(jī)結(jié)合式動態(tài)稱重裝置隨著近十年來

15、傳感器制造工藝和微機(jī)智能技術(shù)的崛起，為動態(tài)稱重裝置的性能大幅度提高創(chuàng)造了有力條件。第四代動態(tài)稱重裝 置不但在計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)智能化動態(tài)稱重系統(tǒng)。目前正在使用的傳輸帶動態(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，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、差動變壓式傳感器和核子式傳 感器等，其中電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用最為廣

16、泛。目前使用的動態(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行速度，這導(dǎo)致計量精度受制 于機(jī)械結(jié)構(gòu)，計量結(jié)果誤差來自傳輸帶張力、自重、抖動等多種因素。所以這種動態(tài)稱 重裝置計量精度不穩(wěn)定，維護(hù)工作繁瑣，需要每隔一段時間對裝置各項參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 以達(dá)到所需精度。而且這種動態(tài)稱重裝置適用于大量散狀物料較長時間累積流量的連續(xù) 計量，測量瞬時重量的精度不高，難以滿足某些對物料瞬時重量要求較高的使用場合。(2) 核子傳輸帶稱重裝置核子傳

17、輸帶稱重裝置是利用伽馬射線對傳輸帶上的物料進(jìn)行計量。當(dāng)伽馬射線強(qiáng)度一定時，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。計量時將載物時的射線強(qiáng)度的連續(xù)測量數(shù)據(jù)與傳輸帶空載時的 測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再與測量的傳輸帶速度進(jìn)行計算，可以直接得到物料的瞬時載荷重 量、累積物料流量等計量數(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 透物料時的衰減規(guī)律，是非接觸式測量，有安裝獨立簡便、后期維護(hù)容易、計量精度不 受機(jī)械裝置影響等顯著優(yōu)點。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量結(jié)果受物料形狀影響很大。實驗證明，相同 載荷的同種物料

18、不同的擺放形式下，計量的結(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量精度較差的問題。(3) 激光一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)確測量瞬時重量等顯著優(yōu)點。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，使得這種裝置計量精度較好。但是，這種 裝置的成本較高，而且伽馬射線的

19、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)展到動態(tài)，計量方式由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，測量參數(shù)由單個參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€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

20、的性能和品種，不能滿足中國現(xiàn)在和未來的巨大市 場需求，這就為傳輸帶動態(tài)稱重設(shè)備的研究開辟的廣闊前景。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、阻尼振動理論等技術(shù)，稱重計量系統(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

21、板或鋼板底上與傳感器外徑一致的盲 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量 裝置，又作為秤架支點存在，這種設(shè)計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，這種設(shè)計既能簡化稱體結(jié)構(gòu)，又能縮減稱體高度，是一種很有發(fā)展前景的設(shè)計方式

22、。(2) 集成化對于一些特定結(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態(tài)輪軸秤等產(chǎn)品，可以實現(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個角通過銑槽或鉆孔的方式安裝 4個懸梁式稱重傳感器，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量顯示與控制部分與微型計算機(jī)相連，通過微型計算機(jī)的智能化處理增加稱重裝置的顯示和控制功

23、能。使得稱重裝置在保留原有功能基礎(chǔ)上增 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)用各個學(xué)科的技術(shù)綜合化的解決計量稱重、 信息處理、自動控制等問題。對于某些應(yīng)用場合，只具備計量、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、計價、提供各項相關(guān)信息、出入庫管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等各項功能。需 要電子稱重設(shè)備與計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)

24、相連，共同組成一個綜合化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。(5) 組合化 在某些重量計量場合或過程中，為滿足實際需求，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)計規(guī)劃將軟、硬件按實現(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指標(biāo)。(2) 設(shè)計系統(tǒng)硬件及制作PCB板 實現(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。(3) 單片機(jī)軟件程序設(shè)計 硬件設(shè)計完成后，根據(jù)系統(tǒng)器信號指標(biāo)

25、，使用 Keil C51 集成開發(fā)工具開發(fā)單片機(jī)軟件程序，傳感器信號的 A/D轉(zhuǎn)換，對測速傳感器信號的脈沖 計數(shù)和將采樣數(shù)串口發(fā)送至上位機(jī)等功能。本論文結(jié)構(gòu)如下：1緒論 闡述了背景及意義，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系統(tǒng)整體設(shè)計提出了傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)的總體系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計量原理。 詳細(xì)說明了系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。3硬件電路分析 介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設(shè)計，傳感器 接口設(shè)計，現(xiàn)場總線接口的擴(kuò)展，重點介紹基于 AD7730芯片的稱重傳感器數(shù)據(jù)采集電 路的設(shè)計與實現(xiàn)。4單片機(jī)軟件設(shè)計詳細(xì)介紹了主程序模塊、AD7730轉(zhuǎn)換、脈沖計數(shù)及串行

26、通信4 個主要模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。重點闡述了稱重傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的實現(xiàn)，通過功能寄存 器介紹和流程圖詳細(xì)說明了 AD7730勺各功能模式和初始化設(shè)置。2系統(tǒng)整體設(shè)計2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述傳輸帶動態(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態(tài) 稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。測速傳感器工控計算機(jī)數(shù)據(jù)采集電路圖2-1傳輸帶動態(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重量和瞬時速 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，然后送入工控計算機(jī)進(jìn) 行量化和計算

27、，最后顯示流量累計結(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、報警功能以及數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能。2.2動態(tài)稱重計量原理通常情況下，計算傳輸帶上物料的流量需要采集物料的瞬時重量數(shù)據(jù)和傳輸帶的瞬 時速度數(shù)據(jù)。物料的瞬時重量需要連續(xù)采樣或者周期采樣計量區(qū)段傳輸帶托輥所受到的 壓力。傳輸帶的瞬時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。物料的瞬時重量和傳輸帶的瞬時速度進(jìn)行運算，可得傳輸帶上物料的瞬時重量和累 計流量。瞬時重量為某一瞬間傳輸帶上的物料重量，累計流量為某一段時間內(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法計算物料的瞬時重量和累計流量。目前計算物

28、料流量和累計重量主要采用的方法有積分法和累加法。(1)積分法積分法計量流量時，首先測量傳輸帶上輸送的物料的瞬時重量q(kg/m)和相同時刻傳輸帶的瞬時速度 u(m/s)，相乘可以得到傳輸帶上物料的瞬時流量W(t)(kg/m):(2-1)W(t) =qu式(2-1 )算出的是傳輸帶某一時刻的瞬時流量，但傳輸帶上的物料瞬時重量和傳 輸帶的瞬時速度都是隨時間不斷變化的，所以瞬時流量W(t)對時間的積分可以得出T段時間內(nèi)傳輸帶的累積物料流量 W(2-2)TTW = 0 w(t)dt = 0 q(t)u(t)dt式中q(t)瞬時荷重值u(t)瞬時皮帶速度傳輸帶的速度可由采樣間隔距離S L和走過S L段程

29、度所消耗的時間T來計算:(2-3)式中T走過占S L長度所需的時間S L采樣間隔行程(2)累加法 用累加法計量傳輸帶上物料流量時，傳輸帶每移動距離S時，就對傳輸帶的瞬時重量采集一次，這是傳輸帶整體的加權(quán)重量，會與實際重量有一定的差距。 然后通過近幾次的瞬時總量采樣計算出 S段的瞬時重量值qi。把n段測量的瞬時重量累 加就讀出傳輸帶走過nS段長度的累積流量W(2-4)nW =為(qi q2 q3 qn)i =1t時刻傳輸帶上物料的瞬時重量可以由 W對時間微分求的:W(t)=dwdt(2-5)累加法計量原理如圖2-2所示使用累加法計算物料流量可以很好的減少皮帶跳變和傳感器轉(zhuǎn)換誤差對計量結(jié)果 的影響

30、，并且經(jīng)過大量實驗證明使用累加法要比采用積分法的準(zhǔn)確度高，所以對計量精 度要求嚴(yán)格的系統(tǒng)均采用累加法方式計量。本系統(tǒng)設(shè)計正是基于累加法計量物料流量和 累計重量。2.3小結(jié)本部分提出了系統(tǒng)的設(shè)計方案，闡述了傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計量原 理。詳細(xì)說明了本系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)的功能，介紹兩種基本計量算法，對優(yōu)缺點進(jìn) 行了對比，選擇累加法作為系統(tǒng)的基本計量算法。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1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020m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

31、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)的量化和最終計算，實時顯示計算結(jié)果，并且存入數(shù)據(jù)庫。3.2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個可編程I/O 口；三級程序存儲器加密；一個全雙工串行 口；

32、三個16位定時/計數(shù)器；支持在線編程ISP (In System Programmable )功能。3.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器本系統(tǒng)稱重傳感器輸出的信號為模擬量，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行記錄和處理，所 以模數(shù)轉(zhuǎn)換部件為本系統(tǒng)的重要部分，對整個系統(tǒng)的計量精度都會產(chǎn)生影響。由于懸梁 式電阻應(yīng)變稱重傳感器輸出為頻率較低的模擬量，所以需要模數(shù)轉(zhuǎn)換部件具有精確的計量精度，但對響應(yīng)速度沒有過高要求。固本系統(tǒng)采用精度為24位的AD7730芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。AD7730是由美國ADI公司生產(chǎn)的24位無失碼、雙通道差分模式高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換 裝置，有效分辨率為21位，線性誤差土 0.0018%。AD7730是刀-類型

33、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置。 刀-類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置同時具備反饋比較和雙積分式兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點，以電荷 平衡式數(shù)模轉(zhuǎn)換器改良而成，刀-類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置去掉了在電荷平衡式模數(shù)轉(zhuǎn)換器 中使用的復(fù)雜的穩(wěn)定式電路，取而代之為結(jié)構(gòu)簡單的D觸發(fā)器，這種設(shè)計使刀-類型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件自身的電路組成對元件的精度要求降到了一個很低的層面。刀-類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置還同時具有雙積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器抑制串模干擾的功能。刀-類型是一個閉環(huán)的連續(xù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所以對自身電路元器件的精度要求低于雙積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，漂移與失調(diào)不會影響轉(zhuǎn)換的精度。刀-類型模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置由于使用了數(shù)字式反饋比較方式， 從而使用量化噪音大大降低、提高了轉(zhuǎn)換精度、增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗

34、干擾能力、加快了相應(yīng) 速度、優(yōu)化了線性度。刀-技術(shù)將量化噪聲移到了系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換頻帶之外，所以 AD7730抗干擾能力強(qiáng)， 適用于低頻信號的動態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用 AD7730轉(zhuǎn)換懸梁式稱重傳感器輸出的模 擬量，并將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)送入單片機(jī)進(jìn)一步處理。 AD7730的工作原理如下：設(shè)fs為采樣頻率，該芯片采集稱重傳感器的模擬信號時采用k倍過采樣頻率kfs，內(nèi)部通過信噪整形電路將fs/2信帶寬度內(nèi)的大量量化信噪移除模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻帶， 即移至fs/2至kfs/2之間的頻帶，從而使得系統(tǒng)量化信噪降低到之前的1 k。由于模擬低通濾波器只能濾除大于kfs/2頻帶寬度的信噪，所以需要利用采樣抽取電路和數(shù)字濾

35、 波器來濾除頻帶無用信號和量化信噪，提取期望信號，提高轉(zhuǎn)換分辨率和信噪比。使用 的采用率應(yīng)高于兩倍輸入信號頻率，即fs2fa，并且應(yīng)符合香農(nóng)采樣定律的原則。 用戶 可以通過軟件設(shè)置AD7730的工作方式寄存器，設(shè)置刀-模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波器、信 噪比、采樣分辨率、采樣頻率，從而做出最優(yōu)選擇。數(shù)據(jù)采集電路中，AD7730與 AT89S52單片機(jī)的接口電路原理圖如圖3-1所示：DVDD 盤VDDREFB?(+)STANDBYSYNCPOLSCLKAM-CSr5tANK+lDlDOUTank-xdoDINACXACKRESETREFIN(-)MCLKINAGNDMCLKOUTDGNDVBIAS2AD

36、773010GNDP10(T2)P1.1(T2EX)Pl.2PL3Pl.4pi.eonsoP1.7(SCK)130uF15EAVPPXTAL1P3.5(T|)PJJflNTl)P3.2(INT0)1L9152MHZ圖3-1 AD7730與AT89S52的接口原理圖單片機(jī)使用查詢方式來控制 AD7730芯片，單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.3、P1.4引腳 分別連接AD7730的 SCLK CS DOUT DIN引腳。當(dāng)加在RDY引腳上的電壓為低電平時， 單片機(jī)可讀取AD7730數(shù)據(jù)寄存器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)加在RDY引腳上的電壓為高電平時，AD7730進(jìn)行數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)更新，禁止傳

37、輸數(shù)據(jù)。也可采用將RDY引腳連接單片機(jī)的INT0或INT1引腳，使用中斷方式控制AD7730還可以通過直接訪問 內(nèi)部寄存器的RDY位數(shù)據(jù)，從而節(jié)省一個引腳。3.4數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計本系統(tǒng)要求實現(xiàn)采集和計算數(shù)據(jù)實時顯示、數(shù)據(jù)保存等功能。而AT89S52只有256字節(jié)RAM和8K的FLASH不能滿足系統(tǒng)的要求，所以必須借助 PC機(jī)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和 儲存等功能。本系統(tǒng)對傳輸?shù)乃俣纫蟛桓撸以趯嶋H環(huán)境中可能需要傳輸較遠(yuǎn)距離， 綜合功能和成本考慮使用串行通信方式。串行通信又分為同步通信和異步通信兩種方式。同步通信傳輸速率高，硬件設(shè)計復(fù) 雜，異步通信方式使用普遍，傳輸速率在 50到19200波特

38、之間。在異步通信時，發(fā)送 和接收方要確定具體的發(fā)送波特率和數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)是以幀為單位傳送的，每一幀數(shù)據(jù) 由四部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位（可選）和停止位。比較兩種串行通信方 式，由于本系統(tǒng)對通信速度要求不高，所以選擇異步通信方式。系統(tǒng)采用RS-232C串口標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)單片機(jī)的全雙工串行端口與 PC機(jī)COM串行接口 的鏈接，并編程實現(xiàn)上下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信。3.4.1 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)RS-232C是在串行異步通信方式中使用最為廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)，是由美國電子工業(yè)協(xié) 會（EIA）公布的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C主要用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè) 備（DCE之間的二進(jìn)制串行通信，最高傳輸

39、速度 19.2kbps，最長傳輸距離可達(dá)15米. 雖然RS-232C設(shè)計了 25個引腳，但對于一般的串行雙向通信，只用到串行口輸入引腳 TXD串行口輸出引腳 RXD和接地引腳GND RS-232C規(guī)定的邏輯電平電壓范圍與 CMOS 和TTL電平不同，規(guī)定在+3+I5V之間為邏輯電平“0”，-3V-15V之間為邏輯電平“ 1”。 由于計算機(jī)接口芯片和接口電路大部分采用CMO和 TTL電平，所以在串行通信之前，必須先轉(zhuǎn)換電平，使之與CMOS口 TTL電平相匹配。本系統(tǒng)電平轉(zhuǎn)換工作交由 MAX232E 片完成。3.4.2 MAX232芯片簡介MAX23是美國MAXIM公司專為RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)

40、計的低功耗、單電源發(fā)送接收器。 對于各種EIA232E和V.28/V.24標(biāo)準(zhǔn)總線，轉(zhuǎn)變?yōu)?RS-232C數(shù)據(jù)電平需要土 10V電源， 所以MAX23芯片完成RS-232C與 CMO和 TTL的電平轉(zhuǎn)換只需要+5V電源即可，從而打 破了土 12V電源的限制，使用場合更為廣泛。串口通信接口電路設(shè)計本系統(tǒng)的串口通信接口電路原理圖如圖3-2所示321113241526V29麵101鶴11:30*沖VCCGND SXDJP3.0 IXD)P3 1 IE PROGPSEN(A3JP2D(A9)P2l A10JP2J :AHJP23 A12JP14 :A13JP2 5AU.P2 zA15JP2-rluFC

41、1+WDCbVCC02+Cl*T1INT1OUTT2DTT2OUTR1OUTRUNR3OUTR2INGNDVEEI:*-圖3-2通信接口電路原理圖GKDca“pluF000GND圖中J1為標(biāo)準(zhǔn)RS-232C總線9針插頭。圖中C6 C7 C8 C9為MAX232芯片內(nèi)部 電源轉(zhuǎn)換所需要的4個電解電容，最好選用鉭電容，盡量靠近芯片焊接，取值大小均為 1uF/25V。MAX232勺 R1IN、T1OUTR2IN、T2OUT引腳需要接 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平，而 T1IN、 R1OUTT2IN、R2OUTH腳則需要接TTL/CMO標(biāo)準(zhǔn)電平。因此單片機(jī)的串行口接收引腳 RXD應(yīng)接MAX232勺R1OUT

42、R2OUT引腳，單片機(jī)的串行口發(fā)送引腳 TXD應(yīng)接MAX232芯片 的T1IN、T2IN引腳。與之對應(yīng) T1OUT T2OUT和R1IN、R2IN通過9針標(biāo)準(zhǔn)插頭分別于 PC機(jī)的接收端RXD和發(fā)送端TXD相連。3.5程序下載線連接VCCJ4SCK1MISOR?f5MOSI戸SCKGNDMISOvccRSTNCNCNCMOSINC810ISP1GND圖 3-3 AT89S52ISP 接口設(shè)計piSeniorR2 10K尺 3 I0KEncoderINTO INTATME公司的單片機(jī)AT89S系列單片機(jī)提供了一個串行接口對內(nèi)部程序存儲器編程 （ISP）,以及后來推出的AT90S系列中多數(shù)芯片都支持

43、在線編程功能。ISP是最先由 Lattiee公司提出的一種技術(shù)，是通過同步串行方式實現(xiàn)對其可編程邏輯器件的重配置， 它的實現(xiàn)一般只需要少量的外部電路輔助。通過ISP技術(shù)，電路板上空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，即使將芯片焊接在 電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的這個串口，就可以實現(xiàn)芯片內(nèi)部儲存器的改寫，而 無需再取下芯片。已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。ISP通過單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時鐘線對單片機(jī)內(nèi)部的Flash存儲器進(jìn)行編程，編程線與I/O 線共用，不額外增加單片機(jī)的引腳。AT89S52的ISP接口設(shè)計如圖3-3所示。3.6傳感器接口設(shè)計懸梁式稱重傳感器有四條接線，

44、紅色為激勵正（EXC+,接10V電源，黑色為激勵 負(fù)（EXC-接地，綠色為信號正（SIG+）接入AD7730的ANI（ +）引腳，白色為信號負(fù) （SIG-）接入ANI （）引腳，之間串聯(lián)10K限流電阻。圖4-4為懸梁式稱重傳感器和 E6B2-CWZ6編碼器接口設(shè)計電路原理圖。VCCGNDGND圖3-4編碼器與稱重傳感器的接口電路E6B2-CWZ6編碼器正常工作的激勵電壓為 524V DC激勵電壓的選擇直接關(guān)系到 數(shù)據(jù)脈沖的電壓值。所以本系統(tǒng)選用 5V DC作為激勵電源，輸出的脈沖信號可以直接送 單片機(jī)計數(shù)。E6B2-CWZ6編碼器有6條接線，褐色為VCC黑色為A相輸出，白色為B 相輸出，橙色為

45、Z相輸出，藍(lán)色為0V,最后一條為屏蔽線GNDA、B兩相信號的脈沖表 示碼盤軸所轉(zhuǎn)的角度，Z相為零脈沖信號，碼盤每轉(zhuǎn)一周變化一次。本系統(tǒng)中，因為傳 輸皮帶正常工作時方向不會改變，所以不存在鑒相問題。使用單片機(jī)的外部中斷INT0,以邊沿觸發(fā)方式對A相輸出的脈沖計數(shù)。3.7 Profibus-DP 接口擴(kuò)展PROFIBU是由西門子等公司組織開發(fā)的一種面向工廠自動化、過程自動化的國際性現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBU的開發(fā)始于1987年，1989年立項為德國標(biāo)準(zhǔn) DIN19245(Deutsche Industrie Normen )， 1996 年 3 月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170( Europe

46、an Standard)，并于 2000 年成為 IEC61158 (International Electro technicalCommission) 0我國于2001年正式批準(zhǔn)PROFIBU現(xiàn)場總線成為我國機(jī)械行業(yè)工業(yè)控制 系統(tǒng)用現(xiàn)場總線的國家標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS勺用戶組織 PI (PROFIBUS INTERNATIONA成立于 1995年，在 30多個 國家和地區(qū)都有地區(qū)性的 PROFIBU用戶組織，會員眾多。我國的相應(yīng)組織 PROFIBU專 業(yè)委員會 CPOChinese Profibus User Organization )成立于 1997 年，下設(shè)的“PROFIBUS 產(chǎn)品

47、演示及認(rèn)證實驗室”和“ PROFIBU技術(shù)中心”負(fù)責(zé)產(chǎn)品認(rèn)證和技術(shù)支持?？傊?PROFIBU是 一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、 開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，適合于快速、時間要求嚴(yán) 格和可靠性要求高的各種通信任務(wù)。目前已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、過程工業(yè)自動化、 樓宇和交通電力等領(lǐng)域。PROFIBU由三種兼容的通信協(xié)議類型組成，即 PROFIBUS-DP PROFIBUS-P和 PROFIBUS-FMieldbus MessageSpecification ，現(xiàn)場總線報文規(guī)范)。RS-485傳輸是PROFIBU最常用的一種傳輸技術(shù)其應(yīng)用既適用于需高速傳輸?shù)南?統(tǒng)，也適合于簡單、廉價、需快速鋪設(shè)的場合。RS-4

48、85采用平衡差分傳輸方式，在一個 兩芯卷繞且有屏蔽層的雙絞電纜上傳輸大小相同而方向相反的電流，以削弱工業(yè)現(xiàn)場噪聲，且避免多個節(jié)點間接地電平差異的影響。其傳輸數(shù)據(jù)的速率為9.6Kbps12Mbps且一個系統(tǒng)中總線上的傳輸速率對連接在總線上的各個設(shè)備是統(tǒng)一設(shè)定的。各個設(shè)備均連在具有線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的總線上。每一個線段可以連入的最大設(shè)備數(shù)目為 32,每個線段 的最大長度為1200米。當(dāng)設(shè)備數(shù)目多于32時，或擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍時，可以使用中繼器連 接各個不同的網(wǎng)段。本系統(tǒng)采用創(chuàng)捷PQ20系列外置式Profibus-DP從站橋接模塊實現(xiàn)現(xiàn)場總線接口擴(kuò) 展，該模塊提供用戶利用 RS232/RS48刑行通訊端口和Pr

49、ofibus總線系統(tǒng)通訊功能的 現(xiàn)場總線網(wǎng)關(guān)設(shè)備。它可以米用標(biāo)準(zhǔn)的 DIN軌道安裝方式，米用直流24V電源供電，符 合工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)要求。它完全兼容 Profibus-DP總線協(xié)議，可以自由設(shè)定3126的 Profibus-DP從站地址。是為滿足國內(nèi)傳統(tǒng)工控產(chǎn)品制造商在PROFIBU現(xiàn)場總線領(lǐng)域的推廣需求而專門設(shè)計開發(fā)的。廣泛應(yīng)用于儀器儀表、人機(jī)界面、智能高低壓電器、變送 器、智能現(xiàn)場測量設(shè)備、變頻器、電機(jī)啟動保護(hù)器等設(shè)備。該系列的產(chǎn)品具有獨特的設(shè) 備數(shù)據(jù)綜合描述軟件，使用戶利用PC就能輕松設(shè)置從站地址、識別碼、輸入輸出長度等信息，還可讀取相關(guān)信息，并能自動生成 GSD文件，使設(shè)備在現(xiàn)場總線控

50、制系統(tǒng)中更 加智能化，增強(qiáng)現(xiàn)場級信息集成能力，更突出本產(chǎn)品的可維護(hù)性、高集成性、互操作性和開放性。3.8小結(jié)本章對傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)的硬件設(shè)計做了詳細(xì)的介紹，主要包括單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設(shè)計，程序下載線連接，傳感器接口設(shè)計和現(xiàn) 場總線接口的擴(kuò)展。著重闡述了基于 AD7730芯片的稱重傳感器數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計與 實現(xiàn)，這是硬件設(shè)計的核心功能部分。單片機(jī)的程序設(shè)計將在下一章中詳細(xì)闡述。4單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件系統(tǒng)概述根據(jù)系統(tǒng)主要功能，將系統(tǒng)軟件分為4個主要功能模塊：主程序模塊、AD7730轉(zhuǎn)換 模塊、脈沖計數(shù)模塊及串行通信模塊。該軟件完成的任務(wù)是：通過AD773

51、0轉(zhuǎn)換模塊采集稱重傳感器電橋輸出的電壓信號， 并將轉(zhuǎn)換得到的24位數(shù)據(jù)信號，同時由脈沖計數(shù)模塊完成對測速傳感器的輸出脈沖進(jìn) 行計數(shù)，單片機(jī)通過串行通信模塊將 24位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和脈沖計數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn) 行最終處理。4.2軟件編程語言常見的MCS-51系列單片機(jī)編程語言有4種，即匯編語言、C51語言、BASIC語言和 PL/M語言。目前使用最多的單片機(jī)開發(fā)語言是匯編語言和 C51語言，這兩種語言都有良 好的編譯器支持，使用廣泛。一般來說匯編語言用于對效率要求較高的小型程序， C51語言用于編寫較為復(fù)雜的 程序。本系統(tǒng)由于涉及的功能模塊較多，所以單片機(jī)軟件主要采用 C51語言編寫。對于 C51

52、語言的開發(fā)，目前有很多成熟的開發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)采用 Keil C51集成開發(fā)環(huán)境。Keil C51是美國Keil Software 公司推出的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系 統(tǒng)。C語言在功能上、可讀性、可維護(hù)性、結(jié)構(gòu)性上都明顯優(yōu)于匯編語言，因而易學(xué)易 用。Keil C51目前已經(jīng)達(dá)到uVision3版本，版本號為v7.50a。Keil C51軟件提供功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具和豐富的庫函數(shù)，全部是Windows風(fēng)格界面。值得一提的是，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大 型軟件時更能體現(xiàn)高級語言

53、的優(yōu)勢。Keil C51能夠?qū)?1系列單片機(jī)以及51系列兼容的絕大部分類型的單片機(jī)進(jìn)行設(shè) 計。除了支持C51語言外，它也可以直接進(jìn)行匯編語言的設(shè)計與編譯。Keil C51是一個非常優(yōu)秀的集成開發(fā)環(huán)境，受到廣大單片機(jī)設(shè)計者的青睞。4.3主程序模塊設(shè)計主程序模塊是程序入口，并且初始化和調(diào)用各功能模塊。主程序模塊流程框圖如圖4-1所示。圖4-1主程序模塊流程框圖4.4 AD7730轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖AD7730轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)需要初始化AD7730芯片和讀取并簡單處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖如圖4-2所示。圖4-2 AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖如所示44

54、2 AD7730初始化對AD7730芯片進(jìn)行初始化，即對6個主要功能寄存器進(jìn)行初始化。下面對這6個寄存器的功能和特點作簡要說明。 通信寄存器Communications Register ，8位讀/寫寄存器。所有寄存器通過通 信寄存器來初始化，控制接下來的讀寫方式和操作寄存器。默認(rèn)方式下為寫此寄存器。(2) 狀態(tài)寄存器Status Register ，8位只讀寄存器。提供狀態(tài)信息，如轉(zhuǎn)換狀態(tài)、 校正誤差、步進(jìn)輸出設(shè)置和有效參考電壓等信息。(3) 數(shù)據(jù)寄存器Data Register，8位或16位只讀寄存器。提供最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，長度位16位或24位。當(dāng)寄存器中更新數(shù)據(jù)時，RDY引腳和Status

55、 Register 中的RDY 位為低電平。當(dāng)Data Register中的數(shù)據(jù)被讀完之后，又回復(fù)高電平。如果下個數(shù)據(jù)更 新之前，舊數(shù)據(jù)還沒有被讀取，RDY要保持100X TCLINK周期高電平，表示更新之前要 取走數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)被更新，RDY又將變?yōu)榈碗娖健Ｑ?！進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)換模式1!返回LJ圖4-3 初始化AD7730各寄存器的流程框圖(4) 模式寄存器Mode Register， 16位讀/寫寄存器。該寄存器如要用于設(shè)置主要 工作參數(shù)，如控制操作模式、單/雙極性信號設(shè)置、數(shù)據(jù)寄存器位數(shù)設(shè)置、參考位設(shè)置、 輸入量程范圍設(shè)置、輸入通道設(shè)置等參數(shù)。(5) 濾波寄存器Filter Register

56、, 24位讀/寫寄存器。該寄存器如要用于設(shè)置快速 轉(zhuǎn)換模式、跳變模式、控制 AC激勵和斬波工作模式等。(6) DAC寄存器DAC Register，8位讀/寫寄存器。用于提供DAC的補(bǔ)償數(shù)值。初始 化AD7730各寄存器的流程框圖如圖4-3所示。AD7730初始化和讀寫的詳細(xì)代碼如下：void Ad7730_l ni(void) int tim;SCLOCK=1;AD7730_DIN=1;AD7730_DOUT=1;AD7730_CS=1;DRDY=1;tim=200;while(tim-); writetoreg(0x03);/寫濾波寄存器writetoreg(0x80);/50Hz 輸出writetoreg(0x00);writetoreg(0x10);writetoreg(0x04);斬波工作模式 寫DAC寄存器writ