皮帶配料秤單片機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、第1章 緒論 基于皮帶配料秤單片機(jī)控制系統(tǒng)是在總結(jié)比較現(xiàn)有多種配料系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，控制方法的基礎(chǔ)上，并結(jié)合微機(jī)配料生產(chǎn)過程自動(dòng)化要求不斷提高的情況以及配料秤系統(tǒng)本身所處環(huán)境和所控對(duì)象特殊性、多樣性的情況下設(shè)計(jì)研制而成的。該系統(tǒng)是一種用于測(cè)量和控制皮帶輸送機(jī)的速度和物料流量的實(shí)時(shí)控制器。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理，具有技術(shù)先進(jìn)、功能比較完備、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。 皮帶輸送機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對(duì)于散裝的固態(tài)原料(如礦石、水泥、煤粉)進(jìn)行自動(dòng)輸送，特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境下作業(yè)。對(duì)于食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有很大的作用，例如：飼料的生產(chǎn)需根據(jù)各種牲畜的生長(zhǎng)規(guī)律，在不同的

2、生長(zhǎng)期需要成份含量不同的飼料；各種化工產(chǎn)品、建筑材料、農(nóng)藥的生產(chǎn)也是一樣。配料質(zhì)量控制的優(yōu)劣直接關(guān)系著下游生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。一方面為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，另一方面對(duì)特殊性、多樣性的環(huán)境，可以減輕崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)了工人的安全。鑒于這種情況，我們就需要高精度高速度的皮帶配料秤單片機(jī)控制器來進(jìn)行自動(dòng)控制。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)研制技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的單片機(jī)配料控制系統(tǒng)至關(guān)重要。 目前利用單片機(jī)和微機(jī)組成的皮帶配料秤單片機(jī)控制器已廣泛地應(yīng)用在冶金、化工、建材、飼料加工等諸多行業(yè)，皮帶配料秤控制系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)化程度高，配料連續(xù)性好，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，而且配料精度高，產(chǎn)品質(zhì)量

3、容易控制，還能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)物料的配比，自動(dòng)和手動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤誤差調(diào)整、自動(dòng)稱重、自動(dòng)混合、自動(dòng)顯示。因此使用皮帶配料秤單片機(jī)控制器能明顯地提高工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，提高管理的現(xiàn)代化水平。 隨著單片機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，配料控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了人工手動(dòng)控制、機(jī)械電氣控制、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制等幾個(gè)階段。 第一階段中，微機(jī)配料設(shè)備龐大，各設(shè)備之間互不聯(lián)系，或聯(lián)系甚少，由現(xiàn)場(chǎng)的操作人員決定是否要調(diào)整控制器。一個(gè)操作人員只能監(jiān)視和操作一個(gè)至兩個(gè)計(jì)量秤，并且手工記錄配料的相關(guān)數(shù)據(jù)，在很大程度上產(chǎn)品的質(zhì)量取決于操作員的熟練程度。 在第二階段，隨著電子管、晶體管技術(shù)的飛速發(fā)展，逐漸出

4、現(xiàn)了各種小型化的微機(jī)配料電動(dòng)組合儀表。但電動(dòng)組合儀表也存在著兩大問題，一是電噪聲的問題比較嚴(yán)重，為克服噪聲，不得不采用極為復(fù)雜的電子線路：另一個(gè)問題由于微機(jī)配料系統(tǒng)所控對(duì)象所處環(huán)境常常都很惡劣，電子元器件的老化嚴(yán)重，抗干擾的能力和可靠性不高。 而單片機(jī)配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。單片機(jī)配料系統(tǒng)較的系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度低，可靠性也比以前的配料系統(tǒng)大大的提高，而且滿足了用戶實(shí)用性的要求。所以迄今為止，單片機(jī)配料系統(tǒng)在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配料生產(chǎn)的主控地位。 配料過程中的計(jì)量和檢測(cè)是十分重要的。其計(jì)量方式也是多種多樣，各有利弊。如果選擇不合理，不僅使用效果不佳，也將給

5、生產(chǎn)造成不應(yīng)有的損失。配料計(jì)量秤的分類計(jì)量按其稱重方式分為：容量法和重量法兩種。以水泥行業(yè)為例，單片機(jī)配料控制系統(tǒng)選用的都是重量法。重量法按其計(jì)量過程狀態(tài)分為靜態(tài)計(jì)量(或間斷計(jì)量)和動(dòng)態(tài)計(jì)量(或連續(xù)計(jì)量)。水泥生產(chǎn)微機(jī)配料系統(tǒng)中常用的靜態(tài)計(jì)量設(shè)備有：斗式秤、減法量斗式配料秤(失重秤)、雙懸臂間斷給料皮帶秤。其動(dòng)態(tài)計(jì)量設(shè)備有：?jiǎn)螒冶酆闼倨С?、雙懸臂連續(xù)給料恒速皮帶秤、調(diào)速皮帶秤、核子秤等。由于動(dòng)態(tài)連續(xù)計(jì)量，可以保持生產(chǎn)過程的連續(xù)性，從而適應(yīng)連續(xù)性生產(chǎn)工藝要求，并為配料時(shí)物料的均勻混合提供有利條件。同時(shí)，其計(jì)量速度快，有利于減輕計(jì)量過程的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件和為生產(chǎn)過程自動(dòng)化提供有利條件。因此

6、本課題是動(dòng)態(tài)時(shí)時(shí)測(cè)量皮帶上物料的重量。 早在70年代，我國(guó)就從日本、德國(guó)、丹麥、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家引進(jìn)了計(jì)量給料秤和連續(xù)給料秤制造技術(shù)，大大地促進(jìn)了國(guó)內(nèi)電子秤的發(fā)展。目前，無論是品種還是技術(shù)性能基本上能滿足工業(yè)配料生產(chǎn)的需要。但是，一方面國(guó)產(chǎn)的工業(yè)電子秤的穩(wěn)定性、可靠性差，功能不夠完善，品種規(guī)格較少，標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)配套化水平低。另一方面，例如水泥行業(yè)：絕大多數(shù)水泥廠管理和技術(shù)水平低，生產(chǎn)工藝裝備落后，環(huán)境條件惡劣，特別是產(chǎn)量占全國(guó)水泥總產(chǎn)量80%以上的地方小型水泥廠更是如此。針對(duì)我國(guó)工業(yè)配料工藝的具體情況，微機(jī)配料計(jì)量秤的發(fā)展方向還是以重量法為主，要求計(jì)量秤的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和維修方便，計(jì)量準(zhǔn)確且范

7、圍寬，應(yīng)用場(chǎng)合廣，穩(wěn)定可靠，經(jīng)久耐用。 如今，國(guó)內(nèi)的皮帶配料秤水平與國(guó)際水平仍具有很大差距，而且各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，處于全國(guó)各種企業(yè)大力進(jìn)行技術(shù)革新的形勢(shì)之下，市場(chǎng)對(duì)皮帶配料秤的需求增大，我國(guó)也一直在加大對(duì)皮帶配料秤的研究。 本課題旨在在原有的皮帶配料秤技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)以AT89S52單片機(jī)為核心的皮帶配料秤控制系統(tǒng)。第2章 皮帶配料秤的整體結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)方案 皮帶配料秤是一種動(dòng)態(tài)控制型平衡器，它利用皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，將皮帶上運(yùn)載的物料稱重，并能根據(jù)設(shè)定流量的要求通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整皮帶速度，以使物料流量達(dá)到設(shè)定流量，并且通過數(shù)碼管顯示時(shí)時(shí)流量。下面說明以AT89S52單片機(jī)為核心的皮帶配料秤

8、的整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理。2.1 皮帶配料秤單片機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 皮帶秤組成大致分為秤架、稱重傳感器、速度傳感器和顯示控制器4大部分。具體設(shè)計(jì)以及硬件電路將在第三章作說明。皮帶配料秤的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。圖2-1 皮帶配料秤整體結(jié)構(gòu)圖 由皮帶配料秤工藝結(jié)構(gòu)圖中可以看出在皮帶的上方有一個(gè)料斗不斷往下發(fā)料，皮帶運(yùn)動(dòng)時(shí)物料隨皮帶輸送出去，皮帶運(yùn)行速度的快慢直接影響輸送出去料的多少。輸送皮帶由滑差電機(jī)M驅(qū)動(dòng)，測(cè)速傳感器SR輸出信號(hào)的頻率和皮帶速度成正比，輸送皮帶的下方裝有荷重傳感器，輸出與皮帶上物料成正比的電壓信號(hào)。皮帶配料秤控制器BWF接收速度傳感器的速度信號(hào)和荷重傳感器的重量信號(hào)，計(jì)算皮帶上物

9、料的瞬間流量并顯示出來，經(jīng)過BWM控制器的控制，輸出電流控制信號(hào)，經(jīng)功率放大器Q放大，從而通過控制可控硅VT的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)滑差電機(jī)M的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值。送皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤上設(shè)定，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)和走速信號(hào)，并且計(jì)算瞬時(shí)流量和輸出控制電流(420mA)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。22 控制和測(cè)量原理系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖如圖2-2所示。F（t）瞬時(shí)流量流量設(shè)定荷重+PID調(diào)節(jié)D/A輸出滑差電機(jī)計(jì)算 圖2-2 系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖2.2.1 瞬時(shí)流量的測(cè)量 當(dāng)輸送皮帶以V(t)走帶時(shí)，皮帶上的物料一般為不均勻分布，瞬時(shí)流量為F(t)=P(t

10、)V(t) 式中： P(t)單位長(zhǎng)度上物料的瞬時(shí)重量； V(t)皮帶的瞬時(shí)線速度。 本系統(tǒng)中P(t)為荷重傳感器電壓輸出信號(hào)的函數(shù)，因?yàn)榇嬖谥蔷€性，故可近似由三次多項(xiàng)式表示為： P(t)=a+b+cx(t)+d （2-1）式中：x(t)荷重傳感器在時(shí)刻t輸出的電壓信號(hào)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； a、b、c、d線性轉(zhuǎn)換系數(shù)。由調(diào)試過程中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,可通過鍵盤輸入。從上述公式可推導(dǎo)出瞬時(shí)流量F(t)為： F(t)= a+b+cx(t)+dV(t)瞬時(shí)流量由5位十進(jìn)制顯示，顯示形式為精確到小數(shù)點(diǎn)后3位。2.2.2 流量控制 在流量測(cè)試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實(shí)際測(cè)試得到的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差

11、。采用增量PID調(diào)節(jié)算法，計(jì)算輸出到DAC0832 的(數(shù)字量)，經(jīng)DAC0832變換為420mA 的電流信號(hào)，經(jīng)過放大后去控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵(lì)磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。增量式PID控制算法只需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較小；增量式積分項(xiàng)運(yùn)算僅與本次偏差有關(guān)，不易產(chǎn)生積分飽和，可取得較好的調(diào)節(jié)效果；在實(shí)際系統(tǒng)中，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的無擾動(dòng)切換，故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。其計(jì)算公式如下： V=P(e +Ie+De) （2-2）式中： V 輸出控制量的增量；e設(shè)定值S與本次實(shí)際測(cè)得的流量值Fi之差e=S-F，e=e-

12、ee上一時(shí)刻設(shè)定值與實(shí)測(cè)值之差；2e=(e-e)-(e-e)=e-e2e兩次誤差值的增量；其中,P 為比例系數(shù)；I 為積分系數(shù)；D 為微分系數(shù)。輸出控制量V的表達(dá)式為 V=V+V （2-3）式中：V上一時(shí)刻輸出的控制變量 系統(tǒng)選用AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，構(gòu)成皮帶秤控制器BWF。皮帶輸送機(jī)投入運(yùn)行前，輸送皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作人員在鍵盤上設(shè)定。系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)(通過ADC0832)和走速信號(hào)(T法測(cè)速)，將皮帶走速信號(hào)V(t)與皮帶單位長(zhǎng)度上的瞬時(shí)重量P(t)相乘即可計(jì)算出皮帶上物料的瞬間流量F(t)。瞬間流量可通過6個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來，為操作人

13、員提供工藝數(shù)據(jù)參考。AT89S52系統(tǒng)再將流量實(shí)際值與其設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)增量PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后計(jì)算出控制量Vi，通過DAC0832轉(zhuǎn)換為電流輸出信號(hào)(420 mA)，而后經(jīng)LM339放大去控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵(lì)磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使輸送皮帶上的物料流量盡可能穩(wěn)定在設(shè)定值附近，并具有良好的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。A/D轉(zhuǎn)換UANH荷重傳感器報(bào)警電路鍵盤顯示電路測(cè)速傳感器整形物料D/A放大可控硅控制板單片機(jī) 圖2-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖知道硬件設(shè)計(jì)部分的設(shè)計(jì)分為以下幾部分：（1）單片機(jī)AT89S52系統(tǒng)。（2）稱重信

14、號(hào)輸入通道設(shè)計(jì)。（3）速度信號(hào)輸入通道設(shè)計(jì)。（4）鍵盤輸入電路設(shè)計(jì)。（5）鍵盤顯示接口電路設(shè)計(jì)。（6）輸出通道設(shè)計(jì)。 軟件部分的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)鍵的掃描，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并處理，計(jì)算出瞬時(shí)流量，再進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。可分為以下幾個(gè)模塊： (1) 主程序的設(shè)計(jì)。 (2) 鍵掃描及顯示程序。 (3) A/D轉(zhuǎn)換程序。 (4) D/A轉(zhuǎn)換程序。 (5) PID運(yùn)算程序。 第3章 皮帶配料秤硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件原理電路的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否合理運(yùn)行，是解決設(shè)計(jì)問題的重中之重，擁有系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想之后，就要對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的硬件模塊第二章已經(jīng)說過，現(xiàn)在具體說

15、明設(shè)計(jì)方法。 因?yàn)槠淞铣涌刂破餍枰獙?shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，其外圍設(shè)備比較多，內(nèi)部需要執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)處理和控制，軟件非常龐大，要求執(zhí)行速度比較快，而且為了降低成本、縮短開發(fā)周期、降低設(shè)計(jì)難度等因素，所以必須選擇一款功能比較強(qiáng)的單片機(jī)。經(jīng)過一番比較，選擇現(xiàn)在非常實(shí)用的一款單片機(jī)AT89S52。 單片機(jī)AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 片內(nèi)存儲(chǔ)器包含8KB的Flash，可在線編程，擦寫次數(shù)不少于1000次；具有256字節(jié)的片內(nèi)RAM；具有可編程的32根I/O口線（P0,P1,P2和P3口）；具有三個(gè)可編程定時(shí)器T0,T1和T2；內(nèi)含2個(gè)數(shù)據(jù)指針TPTR0和TPTR1；中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源，6個(gè)中斷矢

16、量，2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；串行通信口是一個(gè)全雙工的UART串行口；2種低功耗節(jié)電工作方式為空閑模式和掉電模式；具有3級(jí)程序鎖定位；含有一個(gè)看門狗定時(shí)器；具有斷電標(biāo)志POF；工作電源電壓為4.05.5V。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，AT89S52單片機(jī)是控制器的核心，其最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖3-1所示。 圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，稱重信號(hào)輸入通道是由傳感器，放大器以及A/D芯片組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分別選用的是荷重傳感器，LM339放大器以及AD0832轉(zhuǎn)換芯片，并且將最后轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)的P3.4口。具體設(shè)計(jì)說明如下。3.2.1 荷重傳感器原理電路 本系統(tǒng)選用的荷重傳感器屬于應(yīng)變式壓力計(jì)

17、，其原理是用應(yīng)變片直接測(cè)量彈性元件的應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量壓力。這種方法彈性元件變形極小，可以測(cè)量高頻率變化的壓力。 應(yīng)變?cè)?shí)際是一個(gè)測(cè)力應(yīng)變筒，被測(cè)壓力經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的力，再傳給應(yīng)變筒。應(yīng)變筒受壓縮變形，沿軸向貼的應(yīng)變片受壓阻值變小，沿周向貼的應(yīng)變片受拉阻值增大，組成應(yīng)變電橋即可得到輸出電壓值，從而測(cè)出壓力值的大小。 測(cè)量荷重傳感器原理采用全橋，其中輸出電壓VSCVR1/R1。全橋中的R1、R2、R3、R4在沒有壓力時(shí)的阻值均相等，有壓力時(shí)發(fā)生變化。R1為應(yīng)變片測(cè)力時(shí)變化的阻值，它反映了所測(cè)壓力的大小與輸出電壓Vsc的關(guān)系(成正比)。本設(shè)計(jì)使用全橋的目的在于：當(dāng)R1R2R3R4時(shí),電橋電

18、壓靈敏度最高，并消除了非線性誤差，也起到了補(bǔ)償作用。 荷重傳感器輸出全橋電路如圖3-2所示。圖3-2 荷重傳感器輸出全橋電路3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換及放大電路的設(shè)計(jì) 稱重傳感器輸出的模擬信號(hào)需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換處理，經(jīng)過放大、壓頻轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)內(nèi)，然后轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的重量值。由于A/D轉(zhuǎn)換輸出的信號(hào)特別微弱，都是mV數(shù)量級(jí)的，因此對(duì)該信號(hào)處理時(shí)首先要進(jìn)行放大。本文選用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是ADC0832，放大部分選擇的是具有放大功能的比較器LM339。 ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與

19、參考電壓的復(fù)用，使芯片的模擬電壓輸入在0-5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS，CLK,DO,DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根線上使用。本設(shè)計(jì)采用的就是這種方式。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端接置低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片

20、時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，本系統(tǒng)AT89S52通過74LS74分頻給芯片的CLK輸入時(shí)鐘脈沖。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。 LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)

21、于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。3.2.3 稱重信號(hào)輸入通道的總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)通過對(duì)各個(gè)硬件模塊的合理選擇，從而采集到單位長(zhǎng)度皮帶上的瞬時(shí)重量(皮帶荷重信號(hào))，具體電路原理（如圖3-3所示）過程說明如下： (1)由荷重傳感器測(cè)出瞬時(shí)變化的應(yīng)變情況，并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)以010 mV輸出。 (2)經(jīng)過放大器LM339變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓05 V，送入串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832的單輸入通道CH0。 (3)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為

22、數(shù)字量送入AT89S52的口。 (4)在芯片AT89S52中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以得到單位長(zhǎng)度上皮帶的瞬時(shí)重量。 圖3-3 重量采集電路原理圖速度信號(hào)輸入通道設(shè)計(jì) 速度信號(hào)輸入通道的設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)硬件組成模塊：測(cè)速傳感器，比較器，光耦隔離等，同時(shí)涉及到門控方式。系統(tǒng)中分別選用的是光電測(cè)速傳感器，比較器LM339，且運(yùn)用T法測(cè)速。3.3.1 光電測(cè)速傳感器 皮帶配料秤上所用測(cè)速傳感器目前主要有磁阻脈沖式、光電脈沖式兩類。本系統(tǒng)選用光電式測(cè)速傳感器。光電脈沖式測(cè)速傳感器由裝在輸入軸上的開孔圓盤、光源、光敏元件等組成。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，由光源發(fā)射的光通過開孔圓盤上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，

23、產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。圓盤上的孔可以是1個(gè)或多個(gè)，取決于設(shè)備要求的脈沖數(shù)。轉(zhuǎn)盤的圓孔的個(gè)數(shù)決定了測(cè)量的精度, 個(gè)數(shù)越多, 精度越高. 這樣就可以在單位時(shí)間內(nèi)盡可能多地得到脈沖數(shù), 從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過孔之間的距離過大, 而正好在過孔之間或者是在下個(gè)過孔之前停止了, 造成較大的誤差. 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，每當(dāng)轉(zhuǎn)盤隨著后輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候, 傳感器將向外輸出脈沖. 把這些脈沖通過一系列的波形整形成單片機(jī)可以識(shí)別的TTL 電平, 即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速.3.3.2 速度信號(hào)輸入通道的總體設(shè)計(jì) 光電脈沖式速度傳感器輸出的脈沖信號(hào)本身波形不是很好，再加上傳輸過程中引入的干擾，使得輸入到皮帶配料秤控制器AT89S52的

24、速度信號(hào)波形更差，如果不經(jīng)過整形，會(huì)導(dǎo)致速度脈沖計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。如圖3-4所示皮帶走速原理圖，該圖的設(shè)計(jì)很好的完成了對(duì)波形信號(hào)的整形，同時(shí)滿足了系統(tǒng)的技數(shù)要求。因此測(cè)速可通過以下過程實(shí)現(xiàn)：（1）由測(cè)速傳感器輸出的信號(hào)，其頻率為皮帶走速的線性函數(shù)，該頻率由光碼盤檢測(cè)回路獲得。（2）。（3）由AT89S52的定時(shí)器測(cè)出方波的周期，選用門控方式定時(shí)計(jì)數(shù)，Q輸出高電平時(shí)T1計(jì)數(shù)，Q輸出低電平時(shí)停止計(jì)數(shù)，然后讀出的計(jì)數(shù)值m。（4）由公式n=60f/pm計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后查表得轉(zhuǎn)換系數(shù)，計(jì)算出皮帶走速。 圖3-4 皮帶走速原理圖 3.4鍵盤顯示接口電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)使用的是擴(kuò)展鍵盤接法，這種接法用的是mn矩陣

25、鍵盤，可以節(jié)省部分管腳，但編程較復(fù)雜。同時(shí)本文中由于單片機(jī)的管腳有限，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能復(fù)雜，為了節(jié)省單片機(jī)的引腳，又在外部擴(kuò)展接了一個(gè)芯片74LS164，此芯片是8位并入串出轉(zhuǎn)換器，可以用于實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入功能。它與AT89S52的串行口按方式0連接，74LS164接受RXD端串行輸出的待顯示數(shù)據(jù)，每輸出一個(gè)字節(jié)，AT89S52內(nèi)部的硬件自動(dòng)使SCON寄存器的中斷標(biāo)志TI置位，通過對(duì)TI的測(cè)試，即可確定一個(gè)字節(jié)是否發(fā)送完畢。這種方式在程序設(shè)計(jì)時(shí)與并行動(dòng)態(tài)掃描編程方法類似。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，采用28鍵盤，包括09這10個(gè)數(shù)字鍵，6個(gè)功能鍵：寫入鍵WR、設(shè)定鍵S、校零鍵Z、返回鍵MON、停機(jī)鍵STOP

26、、運(yùn)行鍵RUN。 顯示系統(tǒng)是幾乎所有的儀表的必不可少的重要組成部分。最早的機(jī)械式指針指示因?yàn)槠洳恢庇^，能夠表達(dá)的信息很有限，已經(jīng)很少使用。隨后發(fā)展起來的LED數(shù)碼管顯示是直觀的，能夠表達(dá)ASCII碼信息，主要用于顯示數(shù)字。而且數(shù)碼管有亮度高，顯示大，驅(qū)動(dòng)部分的軟件簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨显颍疚闹衅淞铣语@示控制器采用數(shù)碼管顯示方式。 本系統(tǒng)配有6位共陽(yáng)極LED顯示器，運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)流量，LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法，在微機(jī)控制系統(tǒng)中，若控制系統(tǒng)時(shí)間允許，常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。而且對(duì)顯示器要求不是太高的場(chǎng)合，可直接選用串行數(shù)據(jù)輸出方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描

27、，這種方式利用AT89S52內(nèi)部的串行口和某個(gè)并行口(如P1口)組成了控制電路。 鍵盤顯示接口電路見圖3-5所示。 圖3-5 鍵盤顯示接口電路 7407是集電極開路高壓輸出的六緩沖器/驅(qū)動(dòng)器，其功能是對(duì)74LS164輸出的段碼信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)LED顯示，需通過上拉電阻接高電平。LED的位選由AT89S52的P0.2P0.7發(fā)出，經(jīng)過7404反向驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。3.5 輸出通道的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的輸出通道包括D/A轉(zhuǎn)換芯片，觸發(fā)電路以及滑差電機(jī)。本系統(tǒng)選用DACO832作為的D/A轉(zhuǎn)換的芯片，觸發(fā)控制芯片選用TC787，滑差電機(jī)選用SGETA-70的交流調(diào)速電機(jī)。3.5.1 D/A轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計(jì)

28、在本系統(tǒng)中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出的控制電流來調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶上物料的流量控制。本系統(tǒng)選用的轉(zhuǎn)換芯片是DAC0832。 DAC0832是國(guó)內(nèi)使用較為普遍的8位D/A轉(zhuǎn)換器，它采用CMOS/Si-Cr工藝制成。由于片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。因此本系統(tǒng)選用DAC0832作為D/A轉(zhuǎn)換芯片。 在DAC0832與單片機(jī)AT89S52的連接中，（如圖3-6）由于DAC0832內(nèi)部已設(shè)有輸入數(shù)據(jù)寄存器,因而可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連,并且作為單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。DAC0832的地址

29、可以設(shè)為C000H。Vcc和ILE接5V,AT89S52的與DAC0832的相連，Vss與、DGND相連后接地。本系統(tǒng)DAC0832工作于單緩沖方式，只用輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)。8位DA寄存器接成直通方式，即把及都接地。由單片機(jī)的P2.6選通。 圖3-6 D/A轉(zhuǎn)換原理圖 D/A轉(zhuǎn)換是進(jìn)行調(diào)節(jié)滑差電機(jī)轉(zhuǎn)速的核心部分，當(dāng)數(shù)據(jù)采集后送入CPU進(jìn)行處理，計(jì)算出瞬時(shí)流量，并與設(shè)定值作比較，通過PID調(diào)節(jié)送出控制變量Vi后，CPU對(duì)DAC0832進(jìn)行一次寫操作，把一個(gè)數(shù)字量直接寫入數(shù)據(jù)寄存器，通過D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬量。 其中DAC0832的兩個(gè)輸出端Iout1和Iout2為電流輸出形式，為了提供420 m

30、A的控制電流，輸出加上一級(jí)功率放大，而后電流放大后接可控硅控制板，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值。3.5.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)DAC0832變換為420mA 的電流信號(hào)后，經(jīng)過放大后去控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，需先去控制晶閘管的導(dǎo)通角，因此要設(shè)計(jì)一個(gè)觸發(fā)電路控制晶閘管的導(dǎo)通角，而后控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)觸發(fā)電路時(shí)，選用TC787的觸發(fā)芯片。TC787具有一下主要特點(diǎn)：(1) TC787適用于主功率器件是晶閘管的三相全控橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為晶閘管的移相觸發(fā)電路。而適用于以功率晶體管(GTR)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為功率單元的三相

31、全橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的系統(tǒng)中作為脈寬調(diào)制波產(chǎn)生電路，且任一種芯片均可同時(shí)產(chǎn)生六路相序互差60的輸出脈沖。(2) TC787在單、雙電源下均可工作，使其適用電源的范圍較廣泛，它們輸出三相觸發(fā)脈沖的觸發(fā)控制角可在0180范圍內(nèi)連續(xù)同步改變。它們對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別非?？煽?，使它們可方便地用作過零開關(guān)，同時(shí)器件內(nèi)部設(shè)計(jì)有移相控制電壓與同步鋸齒波電壓交點(diǎn)(交相)的鎖定電路，抗干擾能力極強(qiáng)。電路自身具有輸出禁止端，使用戶可在過電流、過電壓時(shí)進(jìn)行保護(hù)，保證系統(tǒng)安全。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路如圖3-7所示：同步信號(hào)經(jīng)過電位器RP1，RP2，RP3及RCT型網(wǎng)絡(luò)濾波接入到TC787的同步電壓輸入端，通過調(diào)節(jié)RP1，R

32、P2，RP3可微調(diào)各相電壓的相位，以保證同步信號(hào)與主電路的匹配。連接在13腳的電容決定輸出脈沖的寬度，7-12腳采用6只驅(qū)動(dòng)管擴(kuò)展電流，經(jīng)脈沖變壓器隔離后將脈沖輸出。 圖3-7 觸發(fā)電路 3.5.3 滑差電機(jī)的選擇 本系統(tǒng)選用工業(yè)控制常用的JD1A-40滑差電機(jī)，其中控制電機(jī)功率為15-45KW，調(diào)速范圍10-1420r/min，直流90V 5A可控電機(jī)功率。3.6 主電路的設(shè)計(jì)主電源的設(shè)計(jì)如圖3-8所示： 圖3-8 主電路整流部分 VT1VT6組成三相橋式全控整流橋，將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱為共陰極組；陽(yáng)極連在一起的3個(gè)晶閘管稱為共陽(yáng)極組。晶閘管按1至6的順序?qū)ā＞чl管通過觸發(fā)角

33、的改變，改變電路的工作情況，本系統(tǒng)中，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)選擇的是直流勵(lì)磁控制。 保護(hù)部分(1)電動(dòng)機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載，或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動(dòng)機(jī)電流的突然增加。(2)裝置的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等。2.起動(dòng)中的過流當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而起動(dòng)時(shí)間又較短時(shí)，將產(chǎn)生過電流。這是因?yàn)樵谄饎?dòng)過程中，系統(tǒng)工作頻率上升太快，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0迅速上升，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n，則因負(fù)載慣性較大而跟不上去，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞阻切割磁力線的速度太快(等于轉(zhuǎn)差太大)，結(jié)果是升速電流太大。3.制動(dòng)中的過電流當(dāng)負(fù)載的慣性較大時(shí)，而制動(dòng)時(shí)間

34、太短時(shí)，也會(huì)引起過電流。因?yàn)?，降速時(shí)間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這也同樣使轉(zhuǎn)子繞阻切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過電流。3.7 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)配料出現(xiàn)問題三次以上時(shí)，需要給工作人員提醒，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)警器，其電路原理圖如圖3-6所示。 報(bào)警電路由AT89S52的觸發(fā)，振蕩器以555定時(shí)器芯片為核心。當(dāng)系統(tǒng)工作正常時(shí)，輸出為1，禁止振蕩脈沖在與非門輸出，揚(yáng)聲器關(guān)閉。當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，清零，使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 由于P1口是準(zhǔn)雙向口，要想將某一位作輸出位時(shí)，必須先在鎖存器中寫入“1”。所以應(yīng)先將P1口置為高電平，使為1，再經(jīng)過反向去封閉振蕩器。這就

35、是在硬件上加一個(gè)反向器的原因。 振蕩器可選用石英晶體振蕩器或多諧振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)音頻范圍內(nèi)的振蕩波形，再由放大電路放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。 本設(shè)計(jì)采用由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，其中555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。555定時(shí)器組成的多諧振蕩器通過電容的周期充電與放電，使在電路的輸出端得到一個(gè)周期性的矩形波，達(dá)到設(shè)計(jì)的需要。 圖3-6 報(bào)警電路原理圖 第4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件是皮帶秤顯示控制器的靈魂，各種功能都需要軟件配合完成，軟件設(shè)計(jì)自然而然地成為本課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。本系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)

36、編寫監(jiān)控軟件。根據(jù)系統(tǒng)功能，將軟件劃分為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)算法和程序流程，再根據(jù)流程圖編制程序。每個(gè)模塊程序調(diào)試成功后，最后連接在一起進(jìn)行總調(diào)。本設(shè)計(jì)的軟件體系非常復(fù)雜，編程任務(wù)很重，著重通過以下幾個(gè)方面來介紹： （1）皮帶配料稱主程序設(shè)計(jì) （2） 鍵掃描及顯示。 （3） 鍵輸入和鍵命令處理。 （4） 運(yùn)行管理程序，包括信號(hào)采集、計(jì)算瞬時(shí)流量及控制輸出三部分。 同時(shí)為了提高控制精度，采用了浮點(diǎn)數(shù)的技術(shù)，在程序中調(diào)用了大量的實(shí)用子程序。4.1 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化主要任務(wù)是在程序開始時(shí)，對(duì)本系統(tǒng)中所用到的各個(gè)地址、串行口和定時(shí)器1的工作方式進(jìn)行初始化設(shè)定，并對(duì)用戶地址進(jìn)

37、行規(guī)劃。如表4-1所示，以簡(jiǎn)單的形式，把需要初始化的單元列出來，并對(duì)存放的數(shù)據(jù)以及初始化狀態(tài)逐個(gè)做出介紹。 表4-1 初始化狀態(tài)表工作單元存 放 數(shù) 據(jù)初始化狀態(tài)38H，39H，3AHe（上次實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之差）00H，00H，00H29H，2AH，2BHe（兩次誤差之差e-e）00H，00H，00H65H，66H，67HV（上次輸出控制變量）00H，00H，00H3BH超限次數(shù)00H位地址存 放 數(shù) 據(jù)初始化狀態(tài)3EH判斷S鍵是否按下標(biāo)志0（未按）3DH判斷是否首次按鍵標(biāo)志0（首次）3FH判斷電機(jī)是否在中速運(yùn)行標(biāo)志1（中速）35H系統(tǒng)P輸入標(biāo)志位0（未送過）36H系統(tǒng)a輸入標(biāo)志位0（未送過）

38、37H系統(tǒng)c輸入標(biāo)志位0（未送過）報(bào)警標(biāo)志位1（禁止報(bào)警）設(shè)定值輸入標(biāo)志位1（無輸入） 4.2 鍵盤掃描及顯示 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)之前，需要確定是否輸入設(shè)定值，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了鍵掃描的方式。在進(jìn)行鍵盤掃描時(shí)，先整體掃描是否有鍵按下，如果有，再逐行掃描，確定是哪個(gè)鍵按下。在進(jìn)行逐列行描時(shí)，先得出按鍵所在行，然后經(jīng)過掃描得出列值， 行值加列值就得到按鍵的鍵值。如圖4-1所示 （1）進(jìn)行整體掃描時(shí)，從74LS164輸出00H判斷P0.0、P0.1是否為0，當(dāng)為0時(shí)表示有鍵按下。此時(shí)P3.2為1，表示流量設(shè)定值還未輸入，返回值掃描等待輸入。 （2）當(dāng)有鍵按下時(shí)，調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)10ms，消除鍵抖動(dòng)。再次

39、整體掃描，進(jìn)行第二次判斷以消除干擾。 （3）第二次掃描仍為有鍵按下時(shí)，由逐列掃描找出這個(gè)鍵所在的位置。此時(shí)74LS164逐次輸出對(duì)應(yīng)的值。掃描第一列時(shí)由74LS164輸出低電平，分別掃描各列，判斷P0.0或者P0.1是否為0，當(dāng)為0時(shí)表明第一行有鍵按下，轉(zhuǎn)去計(jì)算鍵值。當(dāng)?shù)谝恍袥]有鍵按下時(shí)，再繼續(xù)掃描第二行。逐次掃描各行直到找到為0的列輸出為止，由按鍵所在的行值和列值即可計(jì)算出按鍵所在的位置。因本系統(tǒng)按鍵只有兩列，故行值加列值即得鍵值。其中，第一列的列值是00H（P0.0=0），第二列的列值為08H（P0.1=0）。 （4）當(dāng)鍵值大于等于10時(shí)，說明按下的是功能鍵，則通過散轉(zhuǎn)程序轉(zhuǎn)到各自的入口地

40、址，分別實(shí)現(xiàn)各自的功能。若按鍵值小于10，則為數(shù)字鍵，調(diào)用顯示子程序。圖4-1 鍵掃描程序流程圖4.3 鍵輸入和鍵命令處理 本系統(tǒng)在執(zhí)行鍵掃視時(shí)，當(dāng)鍵值大于等于10時(shí)，說明按下的是功能鍵，下面介紹各個(gè)功能鍵的功能： (1) 當(dāng)按下的鍵值為10時(shí)，代表WR鍵。WR鍵的功能為輸入流量設(shè)定值或PID調(diào)節(jié)及線性公式中的系數(shù)(P、I、D、a、b、c、d)。流量設(shè)定值是一個(gè)兩位數(shù)，P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)速系數(shù)是4位數(shù)，其格式為前兩位是整數(shù)位，后兩位是小數(shù)位。在輸入設(shè)定值時(shí)，應(yīng)先保證S鍵(設(shè)定鍵)已按下，此時(shí)輸入的兩位數(shù)為設(shè)定值的兩個(gè)單字節(jié)BCD碼，再將其壓縮為一個(gè)字節(jié)的壓縮BCD碼，存入內(nèi)存緩沖區(qū)設(shè)

41、定值單元以備計(jì)算時(shí)使用。在輸入系數(shù)時(shí)，應(yīng)按照P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)速系數(shù)的順序依次送入相對(duì)應(yīng)的數(shù)。同理，也應(yīng)將4位數(shù)據(jù)壓縮為兩個(gè)字節(jié)的壓縮BCD碼備用。WR鍵處理流程圖見圖4-2所示。圖4-2處理流程圖 (2)當(dāng)鍵值為11時(shí)，代表S鍵。S鍵是用戶設(shè)定流量的專用鍵。按下此鍵流量設(shè)定值先顯示出來，如需要改變?cè)O(shè)定值，則用鍵盤敲入相應(yīng)的數(shù)字鍵，隨后按下WR鍵即可。S鍵處理流程圖見圖4-3所示圖4-3 S鍵處理流程圖 (3)當(dāng)鍵值為12時(shí)，執(zhí)行退出鍵MON。按下該鍵后，6個(gè)LED中最右邊的顯示器顯示提示符“P”，其他5個(gè)顯示器全熄滅。然后返回鍵掃描程序，這樣就可以退出命令狀態(tài)，執(zhí)行清標(biāo)志位功能，等

42、待新命令的輸入。 在調(diào)試過程中，MON鍵用得非常頻繁，修改參數(shù)或輸入命令鍵出錯(cuò)時(shí)可按MON鍵退回到初始狀態(tài)。 (4)當(dāng)鍵值為13時(shí)，執(zhí)行停機(jī)鍵STOP。STOP鍵的功能是當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，按下該鍵，使系統(tǒng)停止工作。在本設(shè)計(jì)中，DAC0832的片選信號(hào)是由端輸出并接反向器后引入的，DAC0832的地址為C000H。將00H送DAC 0832，則D/A轉(zhuǎn)換后的模擬量為0，電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到了STOP鍵的功能。停機(jī)后系統(tǒng)仍要跳回到鍵掃描程序，為下次投入運(yùn)行做準(zhǔn)備。 (5)當(dāng)鍵值為15時(shí)，執(zhí)行Z鍵。Z鍵是校零鍵，它是測(cè)試輸送皮帶自重的專用鍵。按下此鍵，先啟動(dòng)輸送皮帶空轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，然后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器

43、對(duì)荷重傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，取若干次結(jié)果的平均值作為皮帶的自重，寫入相應(yīng)單元保存。在正式運(yùn)行中，荷重傳感器輸出的是毛重信號(hào)，計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除皮帶自重。 (6) 當(dāng)鍵值為14時(shí)，執(zhí)行運(yùn)行鍵RUN，即配料系統(tǒng)在按下RUN鍵后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，首先要判別是否已輸入過設(shè)定值，若沒有輸入過，則應(yīng)跳回鍵掃描。如果設(shè)定值已經(jīng)輸入，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行本系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)-運(yùn)行管理程序。 4.4 運(yùn)行管理程序 運(yùn)行管理程序是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)制轉(zhuǎn)換，還包括計(jì)算和顯示以及報(bào)警等功能，還有系統(tǒng)的重要控制和處理。下面介紹其計(jì)思想。4.4.1 采樣程序 本系統(tǒng)的采樣周期是2s，用延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)。該系統(tǒng)任務(wù)單一

44、，CPU只是需要按順序進(jìn)行采樣、計(jì)算、控制輸出、顯示等任務(wù)，各個(gè)任務(wù)之間無時(shí)序上的沖突，因此不用采用中斷處理。采樣程序工作過程如下： （1）啟動(dòng)ADC0832將荷重傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再減去執(zhí)行Z鍵后所得的皮帶自重，將皮帶單位長(zhǎng)度上的瞬時(shí)重量P（t）存入固定的單元，為后面的F（t）做準(zhǔn)備。 （2）讓定時(shí)器1選用門控方式計(jì)數(shù)。將TMOD的最高位GATE置1，這樣當(dāng)TR1為1（開定時(shí)器1）時(shí)，定時(shí)器的起停將由控制。根據(jù)定時(shí)器中的值可計(jì)算引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度。然后應(yīng)用T法測(cè)速原理計(jì)算線速度。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，定時(shí)器1以方式1（16位計(jì)數(shù)器模式）工作，則定時(shí)器方式選擇寄存器TMOD中的M1M0=1

45、0B，T法測(cè)速時(shí)采用門控方式，GATE=1。故TMOD=10010000B，即在初始化時(shí)TMOD將置為90H。4.4.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換程序 由于計(jì)算過程中出現(xiàn)了三次方，加上PID調(diào)節(jié)的精度要求高，因而變成軟件計(jì)算過程中采用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)。P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)換系數(shù)是以兩個(gè)字節(jié)的壓縮BCD碼存放的，規(guī)定第一個(gè)字節(jié)存整數(shù)，第二個(gè)字節(jié)存小數(shù)，但實(shí)際的系數(shù)是4位十進(jìn)制數(shù)，所以要轉(zhuǎn)換為三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)。 （1）將雙字節(jié)壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換為4個(gè)單字節(jié)BCD碼，并擴(kuò)大100倍，即把兩個(gè)字節(jié)全看作整數(shù)。 （2）調(diào)用4位二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)的子程序，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式。 （3）調(diào)用雙字節(jié)整數(shù)（二進(jìn)制數(shù)）轉(zhuǎn)

46、換為三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)的子程序，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)形式。4.4.3 計(jì)算過程本設(shè)計(jì)的計(jì)算主要有兩部分：一是計(jì)算瞬時(shí)流量，二是通過PID調(diào)節(jié)程序計(jì)算輸出控制變量。為了提高控制精度，采用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘等算法進(jìn)行計(jì)算。 用公式F(t)= a+b+cx(t)+dV(t)計(jì)算瞬時(shí)流量F(t)，可調(diào)用浮點(diǎn)數(shù)加法、乘法子程序，計(jì)算結(jié)果送入顯示程序。用PID調(diào)節(jié)子程序在流量測(cè)試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實(shí)際測(cè)試得到的瞬時(shí)流量值進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差，再用增量式PID調(diào)節(jié)算法計(jì)算出輸出控制量，控制滑差電機(jī)的速度，從而實(shí)現(xiàn)流量控制。系統(tǒng)流程圖如圖4-4所示。調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)減法子程序計(jì)算S-調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)

47、乘法子程序計(jì)算I*調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)減法子程序計(jì)算e=e-e調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)加法子程序計(jì)算e+ I*調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)減法子程序計(jì)算調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)乘法子程序計(jì)算D*調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)加法子程序計(jì)算e+ I* D*調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)加法子程序計(jì)算調(diào)用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)乘法子程序計(jì)算=P（e+ I* D*）送入DAC0832控制流量 圖4-4 PID調(diào)節(jié)子程序流程圖 當(dāng)超限三次后，就要報(bào)警。圖4-5為運(yùn)行管理程序流程圖。若報(bào)警條件滿足，則置為0。由硬件電路可知，為0后震蕩器脈沖便可輸出，從而使揚(yáng)聲器發(fā)聲。同時(shí)計(jì)算值去控制滑差電機(jī)，使瞬時(shí)流量盡可能跟隨設(shè)定值，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 YNY開始采樣荷重及皮帶走速信號(hào)

48、送相應(yīng)單元a、b、c、d轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算P(t)PID及轉(zhuǎn)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算F(t)并顯示計(jì)算=S-是否超限?超限計(jì)算器加1超限次數(shù)超過3次否？清超限計(jì)數(shù)器用PID計(jì)算公式求出浮點(diǎn)數(shù)取整后依字節(jié)送DAC0832延時(shí)2sP2.3=1關(guān)報(bào)警跳回鍵掃描N圖4-5 運(yùn)行管理程序流程圖 結(jié)論 電子技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟，給工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)帶來了深刻的變革，也給整個(gè)稱重技術(shù)注入了新的血液，為提高皮帶配料秤的計(jì)量性能創(chuàng)造了有利條件。而國(guó)內(nèi)在這方面的技術(shù)水平雖然有了一定的進(jìn)步，但與國(guó)外還是有很大差距，國(guó)內(nèi)制造的皮帶秤配料秤的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較差。本課題在消化吸收國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對(duì)皮帶秤配料秤的研制進(jìn)行了初步的探索。 本