乳粉包裝自動稱重系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)項目可行性研究報告

1、 乳粉包裝自動稱重系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)項目可行性研究報告目錄 TOC o 1-5 h z 引言 5.國內(nèi)電子稱重的現(xiàn)狀 5.電子稱重技術發(fā)展的趨勢 6.稱重傳感器 7.稱重儀表 7.承載器 8.乳粉包裝稱重的工藝流程 9 系統(tǒng)方案的設計 1.0 系統(tǒng)的硬件構成 1.0系統(tǒng)的技術要求和傳感器選擇 1.0.測量放大器及求和器 1.35.1.3A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇 1.4存儲器的擴展 1.7鍵盤及顯示接口擴展 1.7輸出接口擴展 2.0系統(tǒng)的電源電路介紹 2.1系統(tǒng)軟件設置 錯誤. ！未定義書簽。乳粉包裝稱重對象的數(shù)學模型分析 錯. 誤！未定義書簽。系統(tǒng)補償?shù)脑砗头桨?錯誤！未定義書簽。系統(tǒng)軟件設計

2、原則 錯誤！未定義書簽。存儲區(qū)分配及程序流程圖 2.3抗干擾技術及措施 2.7硬件抗干擾的設計 2.7電源的干擾以及抑制措施 2.8空間干擾的防御措施 2.8結(jié)束語 2.8致謝 2.9參考文獻： 2.9ABSTRACT.錯.誤. ！未定義書簽摘要：論文分析了國內(nèi)外稱重技術發(fā)展的基礎上， 主要討論了一個用于工業(yè)控制且功能 較齊全的自動稱重系統(tǒng)的開發(fā)。隨著自動化和管理現(xiàn)代化的進展，自動在線稱重,快速動態(tài)稱重和稱重系統(tǒng)中有了很大的發(fā)展，進一步采用新技術，開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng) , 提高稱重的準確度。論文所介紹的自動稱重系統(tǒng)是應用于工業(yè)上的乳粉包裝自動稱重中的， 它的實現(xiàn)有 兩個過程，第一階段由異步電機

3、帶動粗螺旋推進器給料，這一階段可看成為粗調(diào)過程， 給料重量一定要小于額定重量。 第二階段由步進電機帶動細螺旋推進器進料， 可看成是 細調(diào)過程，使實際重量等于要求的額定重量。 本系統(tǒng)應用了傳感器， 各種芯片及單片機。 工業(yè)性能強，便于應用與工業(yè)上。關鍵詞 :自動稱重系統(tǒng) 粗調(diào) 細調(diào)引言電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展， 促進了微型計算機測量和控制技術的迅速發(fā)展 和廣泛應用，從國防技術、 航空航天等到日常生活中的電梯、微波爐等都采用到了微機 測控技術。工業(yè)生產(chǎn)中的自動稱重系統(tǒng)就是微機測控技術的應用。 自動稱重系統(tǒng)主要包 括稱重裝置和數(shù)據(jù)的存儲兩大部分。物料計量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。 稱重

4、裝置或衡量器是不可缺少的計 量工具。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和商品流通的擴大，衡器的需求也日益增多， 過去沿用 的機械杠桿秤已不能適應上產(chǎn)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。 自六十年代以后， 由于傳感 器技術和電子技術的迅速發(fā)展， 電子稱重技術日趨成熟， 并逐步取代機械秤。尤其是七 十年代初期，微處理機的出現(xiàn)使電子稱重技術得到了進一步的發(fā)展?？焖佟⒒创_、操作 方便、消除人為誤差、 功能多樣化等方面己成為現(xiàn)代稱重技術的主要特點。稱重裝置不 僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而工作為工業(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

5、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)營等多方面的作用。 稱重裝置應用己遍及到國民經(jīng)濟各領域， 取得了顯著的經(jīng)濟效益。 但是，我國在這方面 的產(chǎn)品少且功能不齊全， 所以改善現(xiàn)有稱重裝置、 開發(fā)研究功能齊全的自動稱重系統(tǒng)是 勢在必行的。國內(nèi)電子稱重的現(xiàn)狀我國從六十年代中期開始研制和生產(chǎn)電子秤， 初期為模擬指針式， 后來發(fā)展成數(shù)字 式。由于當時技術條件的限制， 產(chǎn)品準確度低、 可靠性差，適應工廠惡劣環(huán)境的能力差， 一直故障率和損壞率都很高。 自八十年代初以來， 開展了與國外技術交流和合作，引進 了一批樣機、生產(chǎn)技術和加工測試設備；通過消化、吸收和改造，使電于稱重裝置的綜合水平有了很大的提

6、高。 產(chǎn)品品種發(fā)展到幾十種包括電子計價秤， 電子臺秤、 電子吊秤、 電子汽車衡、 電子皮帶秤、電子軌道秤、 電子包裝秤。電子配料秤以及各種專用電子秤。 這此產(chǎn)品中作為商用靜態(tài)秤都已能滿足國際法制汁量組織（O、I、 M 、 L） III 級秤3000d的要求。靜態(tài)使用的工藝秤也都能達到0.10.3 %的準確度。動態(tài)計量用的皮帶秤能做到0.250.5%，動態(tài)軌道衡能達到國家規(guī)定的 0.5級的要求，個別的產(chǎn)品也 可達到 0.2 級?？偟膩碚f我國電子稱重裝置的水平相當于發(fā)達國家八十年代中期水平。 這里應強調(diào)的是有少數(shù)產(chǎn)品的技術已處于國際先進水平。 這表明我國在引進消化國外先 進技術的基礎上， 走上了自

7、行開發(fā)的道路。 但是同發(fā)達國家相比， 尚存在著不少的差距， 突出表現(xiàn)在數(shù)量上電子衡器所占比例僅為 6.6%，其次是品種尚少，功能不齊全，不能 滿足經(jīng)濟建設科技進步的全部需要，第三是有些制造廠的產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性還比較 差，產(chǎn)品好的廠家， 其所用的關鍵配套件還得依賴于進口，例如動態(tài)軌道衡用的高穩(wěn)定 性稱重傳感器還大部分依賴于進口。應該看到中國的大市場本身就為電子稱重裝置的發(fā)展開辟了廣闊的前景。 據(jù)調(diào)查冶 金企業(yè)是電子衡器的最大用戶每年新增和更換的各類工業(yè)電子秤約 5000 臺，其他工 業(yè)交通部門如港日、鐵道、煤炭、建材、化工、飼料以及商業(yè)部門都需要在技術進步中 裝備人量的電子稱重裝置。因此有人稱

8、衡器工業(yè)為朝陽工業(yè)也是有道理的。電子稱重技術發(fā)展的趨勢自七十年代以來， 發(fā)達國家在電子稱重方面， 無論從技術水平、品種和規(guī)模等方面 都達到了較高水平。 在技術水平方面的主要標志是準確度、 長期穩(wěn)定性和可靠性。目前 作為貿(mào)易結(jié)算用的靜態(tài)秤（如平臺秤、汽車衡、靜態(tài)軌道衡等）己能做到O、l、M 、L規(guī)定的 3000d （分度），最高可做到 6000d 。在穩(wěn)定性方面要求一年內(nèi)不允許超差。在 可靠性方面稱重傳感器在正常使用條件下的壽命一般在十年以上， 儀表的平均故障間隔 時（MTBF）都超過2000小時，有些產(chǎn)品達到5000小時。在生產(chǎn)過程用電子秤方面, 由于加強了應用技術開發(fā)，能夠適應各種惡劣環(huán)境（

9、高溫、振動、粉塵、電磁干擾、爆炸危險等）下使用；準確度一般能做到 0.103 %。在品種方面隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和新技木的應用， 出現(xiàn)了新品種， 如非連續(xù)式自動 累加秤、電腦組合包裝秤、高速自動包裝秤等、這些自動秤往往與生產(chǎn)過程緊密相連， 成為生產(chǎn)線的一個組成部分，或者與生產(chǎn)機械組合成一臺機電一體化設備。電子稱重裝置主要由承載器、 稱重傳感器和稱重儀表三部分組成， 稱重方式也是電 子稱重技術不可分割的內(nèi)容，下面分別敘述其進展和發(fā)展趨勢。稱重傳感器稱重傳感器是電子稱重的核心部件， 它把重力轉(zhuǎn)換成電信號。 稱重傳感器從原理上 分有很多種，包括電阻應變式、壓磁式、電容式、振弦式、電感式、核輻射式等，但

10、從 準確度、重復性、經(jīng)濟性、使用方便等方面綜合考慮，目前大量生產(chǎn)的仍然是電阻應變 式傳感器。它在稱重傳感器中所占的比例達 90%以上。電阻應變式傳感器近幾年在性 能上又有了提高，隨著工業(yè)控制系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展， 近幾年來數(shù)字式稱重傳感器也被開發(fā)和應用。 由 干它直接輸出數(shù)字量， 大大提高了傳輸中的抗干擾能力， 并使得與計算機的通信極為方 便。由于取消了儀表中的模擬放大、 A/D 轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，使儀表大為簡化在計算機中顯 示和控制的場合，可以不用稱重儀表。 目前這種傳感器大致有兩類：電阻應變式數(shù)字稱 重傳感器和新型數(shù)字式稱重傳感器。稱重儀表稱重儀表由于采用了低漂移高增益放大器、高分辨率 AD 轉(zhuǎn)換器

11、、單片微型機、 電可擦存儲器（ EEPROM ）和非易失性隨機存儲器（ NOVRAM ），使其性能和功能都藝一（積分的增量）調(diào)制型有了很大提高。近幾年來稱重儀表又增加了兩項新技術： 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和印刷電路板的表面安裝技術（ SMT ）。這些新技術的采用，進一步提高了 儀表性能和可靠性， 井為儀表小型化創(chuàng)造了有利條件。 在性能上已能做到：非線性優(yōu)于 0.01 %靈敏度優(yōu)十0.2V /d , A/ D轉(zhuǎn)換速度一般為1030次/秒，用于動態(tài)稱重可 達 100 次秒以上。由于采用了比較方式測量，傳感器供橋電源和 A D 轉(zhuǎn)換基準電 源共用一個電源，使電源波動的影響得到了補償。在功能上也比較齊全，人部分是

12、用軟件來實現(xiàn)。這些功能包拈：各種參數(shù)的設定； 如分度值、最大秤量、小數(shù)點、固定皮重等設定；零點自功跟蹤；自動去皮；量程自動 校準；動態(tài)檢測；開機自檢和故障診斷，停電數(shù)據(jù)保擴：超載報警：非線性補償；以及 毛重、凈重、皮重和累加值的顯示等。有些專用的儀表中還有附加的各種功能。為了便于與計算機通信，現(xiàn)代稱重儀表都配有各種輸出接口供選用。如RS232C 、RS485 或 RS422A、20mA 電流環(huán)、模擬量（ 420mA ）以及繼電器接點輸出。有些 制造廠為了加強儀表與計算機的通信， 采用直接與工業(yè)控制機總線相連的方式。 如西門 子 SIWARE 稱重儀的輸出能直接與兩門子 PLC 控制器的總線相連

13、。為了適應各種應用的需要， 當前稱重儀表發(fā)展的一個趨勢是： 通過硬件或軟件的積 木式組合來實現(xiàn)不同的功能需求。 例如在儀表機箱內(nèi)通過不同電路板的組合或更換軟件 存儲芯片，來實現(xiàn)不同的功能，以滿足各種用途。承載器承載器是承載重力并將力傳遞到稱重傳感器的機械結(jié)構。國外已較多的采用 CAD 進行承載器（秤臺或秤架）的設計，在保證一定強度和剛度的前提下優(yōu)化設計，從而達 到節(jié)省鋼材，降低造價的目的。據(jù)國外資料介紹， 在電子稱重裝置中， 稱重傳感器的價格這幾年變動不大，儀表價格隨著電子器件價格下降而成下降趨勢， 而占成本比重比較大的承載器由于鋼材和加工 費用的上漲使成本提高。 回此要降低成本提高競爭力，

14、重點是降低秤臺造價，所以優(yōu)化 設計，發(fā)展薄型結(jié)構己是制造廠向的主要目標。隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進展， 自動在線稱重、 快速在線稱重和稱重系統(tǒng)有 了很大發(fā)展。進一步采用新技術，開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重的準確度，加 強網(wǎng)絡功能是當今各國發(fā)展的重點。 本課題正是從這一方面出發(fā)進行設計的， 使得本課 題設計的自動稱重系統(tǒng)既能獲取稱重信息， 又能實現(xiàn)對稱重信息的管理， 而且其穩(wěn)定性 好，稱量速度快、精度高，可連續(xù)自動稱重，顯示、打印稱量結(jié)果，實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的 存儲，并且該自動稱重系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化， 從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護企業(yè)和客 戶的利益。另外，其界面直觀，便于使用。乳粉包裝稱重

15、的工藝流程圖1為乳粉包裝稱重系統(tǒng)的工藝流程圖。 當輸送帶把一個空的乳粉袋送往落料管下 方時，稱重系統(tǒng)開始工作。異步電機啟動，帶動粗螺旋推進器（又稱絞籠）旋轉(zhuǎn)，推動 乳粉從落料管落下。當乳粉重量接近設定重量時（略小于設定重量） ，停止粗螺旋推進 器進料，然后啟動細螺旋推進進行微量添加， 直到乳粉重量滿足給定重量的要求。細螺 旋推進器由步進電機帶動。 一袋乳粉稱重滿足要求后， 由輸送帶把該袋乳粉傳到下一道 工序進行包裝， 而后面的空袋又輸送來， 進行第二袋乳粉的稱重， 如此周而復始的工作， 乳粉稱重分為兩個階段， 第一階段由異步電機帶動粗螺旋推進器給料， 這一階段可看成 為粗調(diào)過程，給料重量一定要

16、小于額定重量。第二階段由步進電機帶動細螺旋推進。料斗散乳粉圖1:乳粉包裝稱重系統(tǒng)工藝流程圖5系統(tǒng)方案的設計5.1系統(tǒng)的硬件構成該硬件電路系統(tǒng)實際上就是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，任務是把由壓力傳感器輸出的420mA的電流信號轉(zhuǎn)換來的0SV的電壓信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器。然后 AD轉(zhuǎn)換器將 該模擬信號轉(zhuǎn)換為00HFFH的數(shù)字信號，當其轉(zhuǎn)換結(jié)束時發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)束信號給單片 機，單片機對其轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進行濾波、量化等處理，處理后的結(jié)果送往LED進行顯示。5.1.1系統(tǒng)的技術要求和傳感器選擇傳感、通信、計算機技術構成現(xiàn)代信息的三大基礎，80年代是個人計算機，90年代是計算機網(wǎng)絡，預計21世紀第一個10年熱點很可能是傳感

17、、執(zhí)行與檢測。傳感器的作用主要是獲取信息、是信息技術的源頭。在信息時代里，隨著各種系統(tǒng) 的自動化程度和復雜度的增加，需要獲取的信息越來越多，不僅對傳感器的精度、可靠 性和響應要求越來越高，還要求傳感器與標準輸出形式以便和系統(tǒng)連接。 顯然傳統(tǒng)的傳 感器因其功能差，體積大，很難滿足要求。發(fā)展高性能的，以硅材料為主的各種先進的 傳感器已成為必然。如諧振式、電容式、光電式和場效應化學傳感器等。盡管它們的敏 感機理不同，但其總的共同特點是向微型化、智能化發(fā)展。是因近年來，微電子，微機 械，新材料，新工藝的發(fā)展與計算機、 通信技術的結(jié)合創(chuàng)造出新一代的傳感器與檢測系 統(tǒng)。新型的電子稱重系統(tǒng)，大都采用傳感器作

18、為載重量度以及轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)是高精度的稱重系統(tǒng)。 要求使用精度高、 性能穩(wěn)定的壓力傳感器。壓力傳感 器通常以應變片為敏感元件，壓力傳感器一般按檢測對象分類，包括加速度傳感器、 荷 重傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器。檢測原理有壓阻式和壓電式。我們知道硅鍺半導體材料的導帶都是多個極值， 由于受應力作用， 晶格間距發(fā)生變 化，導帶極值發(fā)生移動，導致禁帶寬度的變化；同時能谷發(fā)生轉(zhuǎn)移，使載流子遷移率 u 不相同，故引起電阻率的變化， 這種現(xiàn)象稱為壓阻效應。電阻應變片是進行應力應變測 量的關鍵元件，同時也是用來制造荷重、扭矩、加速度、位移、壓力等傳感器的敏感元 件。電阻應變片分為金屬電阻應變片和半導體應變片

19、。 半導體應變片的種類很多，目前 使用較多的是體型硅應變片和擴散硅應變片 .根據(jù)乳粉包裝稱重系統(tǒng)的工藝流程圖，提出以下技術要求：（1 ）該稱重系統(tǒng)中每袋乳粉額定重量為 500 克；（2 ）要求每小時包裝數(shù)量為 200 袋；（3 ）系統(tǒng)的稱重控制控制精度要求為 0.1 根據(jù)系統(tǒng)的技術要求，壓力傳感器選擇北京長城技術有限公司生產(chǎn)的 CYY-1 型微 量固態(tài)壓力傳感器， 它是由半導體應變片構成的橋式輸入動態(tài)壓力傳感器， 測量范圍是 01kg/cmA2 ，橋路供電電壓為6V,橋路輸出電壓最大為20mV , CYY-1型壓力傳感器的電路圖如圖2所示:二 +6VR2R3Re S2Re S2R1POT 2R

20、5RE S2R4RE S2圖2: CYY-1型壓力傳感器圖中RP是電橋調(diào)零電位器，為連接調(diào)零電位器方便，橋路本身并未接成閉合橋路， 應變片共有5個接線端子，其中端子1和5是為接調(diào)零電位器而設置的，該外接電位 器的精度將直接影響到測量精度及靈敏度， 因此不宜選得過大，一般以小于橋臂電阻的 十分之一為宜。如不需要調(diào)零，可直接把 1和5端短接作為橋路輸出的一個端子。傳 感器組數(shù)N的選擇由下式計算：N = (KG0 + C)/M式中K為安全系數(shù)，該系統(tǒng)選 K=2,C為稱臺自重，該系統(tǒng)稱臺自重為1500克, M為最大量程，取m = 1000克，G0為1袋乳粉的重量，則N = 2.5，實際取N=3， 所以

21、本稱重系統(tǒng)采用了三組橋路，見系統(tǒng)的硬件原理圖所示：圖3 : OP07接口電路模擬輸入端5.1.2測量放大器及求和器選擇測量放大器要注意增益及干擾問題。 該系統(tǒng)選擇INA102型測量放大器，它是 低功率高精度測量放大器，由內(nèi)膜電阻提供優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性，用先進的激光微調(diào)技術 保證有高的增益精度和共模抑制比，同時又不需要昂貴的外部元件，因此它適用于前置 放大器應用的場合。INA102測量放大器的結(jié)構如圖4所示，其主要特性如下:(1 )靜態(tài)電流：最大電流為 750Ua;內(nèi)部增益：x 1、X10、X100、X1000 ；增益漂移：w 5ppm/ C共模抑制比：90dB偏移電壓漂移：w 2uV/ C偏移電

22、壓：w 100uV/ C非線性：w 0.01%輸入阻抗：10X0INA102的結(jié)構決定了它具有高輸入阻抗，輸出級四 個匹配良好的電阻用以保證獲得良好的共模抑制比， 所有 的內(nèi)部電阻均由IC上的薄膜鎳鉻鐵合金構成，關鍵電阻 經(jīng)過激光微調(diào)。該芯片在不接外部電阻的情況下，有四種 增益：將第6、7腳連接，增益G= 1;將第2、6、7腳連 接，G= 10 ;將第3、6、7腳連接，G = 100 ;將第4、6、7腳連接，G= 1000。該系統(tǒng)將第3、6、7腳連接，所以G= 100。INA102芯片 外圍電路見圖 3 中的相關部分該系統(tǒng)稱重傳感器共有三組，每一組輸出接到 INA102 的輸入進行放大，三個

23、INA102 的輸出信號在求和器求和。 由于壓力傳感器轉(zhuǎn)換后的電壓信號是幅度根小的微 伏級信號，很難直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此需要對這以模擬電圖 4： INA102 的內(nèi)部結(jié)構圖 信號進行放大處理。然而，通用運算放大器一般都具有毫伏 級的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫度漂移， 顯然不能用于放大微弱信號， 因此，在本設計 中選用高精度的運算放大器 OP07 。OP07 放大器有 A 、D、C、E 各檔，它的主要特征是增益和共模比很高（一般為 100dB ），而其失調(diào)電壓和失調(diào)電流、 溫漂以及噪聲又很小， 其廣泛地應用于穩(wěn)定積分、 精密加法、比較、閥值電壓檢測、微弱信號精確放大等場合，是一種通用性極強的運算

24、 放大器。OP07電源電壓范圍為上318V，輸入電壓范圍為014V，下圖為其接口電路 即模擬輸入端。求和器用 OP07 芯片，接線圖見圖 3 中的相關部分。5.1.3A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇 由于單片機處理的必須是數(shù)字信號， 而傳感器輸出的卻是模擬量， 所以在單片機的實時 測控和智能化儀表等應用系統(tǒng)中， 需將檢測到的連續(xù)變化的模擬量壓力轉(zhuǎn)換成離散的數(shù) 字量，才能輸入到單片機中進行處理。所以要進行 AD 轉(zhuǎn)換器的選擇，主要根據(jù)下面 的技術指標。（ 1 ）分辨率（ Resolution ）對 ADC 說，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。 轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與

25、 2An之比值其中n為ADC的位數(shù)。（ 2 ）量化誤差（ Qizing ErTor ）量化誤差是由 ADC 的有限分辨率而引起的誤差。（3 ）偏移誤差 Offset Error ）偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。 偏移誤差通常是由于放大器或比較器輸入的偏移電壓或電流引起的。一般在 ADC 外部 加一個做調(diào)節(jié)用的電位器便可使偏移誤差調(diào)至最小。（4）滿刻度誤差（ Full Scale Error ）滿刻度誤差又稱為增益誤差（ Gain Error ）。 ADC 的滿刻度誤差是指滿刻度輸出 數(shù)碼所對應的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差， 一般滿刻度誤差的調(diào)節(jié)在偏

26、移誤差調(diào) 整后進行。（5 ）線性度（ Linearity ）線性度有時又稱非線性度（ Non Lineanty ），它是指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理 想直線的最大偏移。線性度不包括量化誤差、偏移誤差與滿刻度誤差。（6 ）絕對精度（ Absolute Accuracy） 在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼相對應的實際模擬電壓與其理想的電壓值之差并非是一 個常數(shù)，把這個差的最大值定義為絕對精度。（7 ）相對精度（ Relative Accuracy ） 它與絕對精度相似，所不同的是把這個最大偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分數(shù)， 或者用二進制分數(shù)來表示相對應的數(shù)字量。它通常不包括能被用戶消除的刻度誤差。（8 ）轉(zhuǎn)

27、換速率（ ConversionRate ）ADC 的傳換速率就是能夠重復進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次 A D ）轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間） ，則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。超大規(guī)模集成電路技木的發(fā)展，使集成 A D 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展速度驚人。品種繁多、 性能各異的滿足不同要求的集成 A/D轉(zhuǎn)換器不斷涌現(xiàn)。因此在進行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 時，首先必須選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足應用系統(tǒng)設計要求的問題。A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定與整個測量控制系統(tǒng)所要測量控制的范圍和精度有關，但 又不能唯一確定系統(tǒng)的精度。因為系統(tǒng)精度設計的環(huán)節(jié)較多，包括傳感器變換精度、信 號預處理電路精度和A/D轉(zhuǎn)換器及輸出電路

28、、伺服機構精度，甚至還包括軟件控制算 法。A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇主要是位數(shù)的選擇，由于該系統(tǒng)的精度為0.1 %，故選擇分辨力為12位的A/D芯片，另外系統(tǒng)要求采樣時間短，故選擇了高速A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574A。它是美國模擬器件公司生產(chǎn)的標準 28腳封裝的雙列直插集成A/D轉(zhuǎn)換器， 無需外接元器件，就可以獨立完成 A/D轉(zhuǎn)換，內(nèi)部設有三態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，非線性誤差 為1/2LSB或土 1LSB, 次轉(zhuǎn)換時間為35us，電源供電為土 5V和土 15V。由于芯片內(nèi) 部比較器有改變量程的電阻和雙極性輸入電阻（10k ），因此AD574A輸入模擬量程范 圍分0+ 10V，0+ 20V，- 5V+ 5V以及一1

29、0V+ 10V共四種。AD574A的邏輯控制輸入信號有 CE、CS、R/C、12/ 8，用以對AD574A控制 啟動，輸出，當CE= 1，CS二0，同時滿足時，AD574A才能處于工作狀態(tài)，其邏輯 關系見圖5。STS為工作狀態(tài)指示端，STS= 1表示正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，STS返回到低電 壓時表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，該信號可供微處理器作為中斷或查詢端。AD574A與8031單片機的接口電路見原理圖中的相關部分。R/C12/ 8A0工作狀態(tài)0X0啟動12位A/D轉(zhuǎn)換0X1啟動8位A/D轉(zhuǎn)換1接1腳（5V）X12位并行輸入有效1接15腳（0V）0咼8位并行輸出有效1接15腳（0V）1低4位加上尾隨4個零有效

30、圖5 : AD574A的邏輯關系分別是片選、片時能、數(shù)據(jù)讀/啟動信號，A0和12/ 8用于控制轉(zhuǎn)換數(shù)為據(jù)長度（12位或8位）及數(shù)據(jù)格式。無論啟動、轉(zhuǎn)換、還是輸出結(jié)果，為保證CE為高電平，單片機的 WR、RD端要通過與非門與AD574A的CE端連接。轉(zhuǎn)換結(jié)果分為低4位 和高8位，12/ 8端應接地。CS接74LS138譯碼器的Y7端。A0、R/C在讀取結(jié)果時 保持相應電平，故通過74LS373鎖存器后接入。STS是轉(zhuǎn)換標志，用查詢方式接 P1.0 端。AD574A 的相應口地址為：啟動口地址（QIDONG）9C00H，高8位輸出（HDATA ） 9C01H，低四位輸出（LDATA） 9C03H。

31、注意：當CE= 1、CS時，啟動轉(zhuǎn)換，在啟動 信號有效前，R/C必須保持低電平，否則將產(chǎn)生讀數(shù)據(jù)錯誤。5.1.4存儲器的擴展該系統(tǒng)用2732作為程序存儲器，因為8031內(nèi)部的128單元RAM已能滿足該系 統(tǒng)的要求，所以沒有擴展數(shù)據(jù)存儲器。2732與74LS373的接線圖見原理圖中的相關部 分。5.1.5鍵盤及顯示接口擴展鍵盤及顯示接口擴展選擇8279可編程鍵盤/顯示控制器芯片，8279是InteI公司 生產(chǎn)的通用可編程鍵盤和顯示器接口芯片。由于它本身可提供掃描信號，因此可代替 CPU完成鍵盤和顯示器的控制，從而減輕了 CPU的負擔。其主要特點如下：（1 ）與MCS - 51等系列單片機兼容;(

32、2)能同時執(zhí)行鍵盤和顯示器操作；(3 )掃描式鍵盤工作方式；有8個鍵盤FIFO (先入先進)存儲器；帶觸點去抖動的二鍵鎖定或 N鍵巡回功能;兩個8位或16位的數(shù)字顯示器；可左/右輸入的16字節(jié)顯示RAM ；有鍵盤輸入時可產(chǎn)生中斷信號。8279的雙相的三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器將內(nèi)部總線和外部總線DB07用于傳送CPU和 8279之間的命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)。CS為片選信號，當為低電平時，CPU才選中8279 讀寫，A0用于區(qū)分信息的特征，當 A0為1時，CPU寫入8279的信息為命令，CPU 從8279讀出的信息為8279的狀態(tài)，當A0為0時，I/O信息都為數(shù)據(jù)。8279有兩種掃描方式，一是外部譯碼方式，4位記

33、數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼出16位掃描線。一是內(nèi)部譯碼方式。掃描計數(shù)器的低二位經(jīng)內(nèi)部譯,OUT A0OUT B0.OUT A1OUT B1,OUT A2OUT B2.OUT A3OUT B3.DB0BD,DB1.DB2SL0.DB3SL1.DB4SL2.DB5SL3.DB68279.DB7RL0RL 1 IRQRL2U2RL3CSRL4RDRL5WRRL6 A0RL7bCL KSHIFT RE SETCNT L /S42102339363 738391267827762524121 31415161 718193233343531_329-28-碼器后從SL0SL3輸出。

34、8279在該系統(tǒng)中的使用情況見原理圖 6中的相關 部分。顯示器接口是單片機系統(tǒng)中的主要人機接口之-， 常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED( Light Emiting Diode )液晶顯示器，簡稱 LCD ( Liquid CrystalDisplay )；熒光顯示器。近年來也開始使用簡 易的CRT接口，顯示一些漢字及圖形。前三種顯示器都用兩種顯示紀構:段顯示和陣顯示。而發(fā)光二極管又分為固定段顯圖6 8279芯片引腳示和可以拼裝的大型字段顯示。 此外還有共陽極和共陰極之分等。 三種顯示器中，以熒 光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動顯示，必須有外光 源?？紤]

35、到本系統(tǒng)中只用來簡單的顯示重量數(shù)據(jù)，所以選用發(fā)光二極管顯示器LED。LED 與其它顯示器件相比，還具有工作電壓低、多色、壽命長、發(fā)光控制簡單等特點。共陰極LED段顯示器結(jié)構與原理LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器；有7段和“米”字段之分，它又有共陽極和共陰極之分、在本設計中選用的是7段共陰極LED顯示器。這種LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在起，通常此共陰極接 地，當某個發(fā)光二極管的陽極位高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。下面的 表列出了本設計中所要用到的十型碼。顯示字符0123456789字型碼3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FHLED顯示器及顯

36、示方式 有N片LED顯示塊可拼成N位LED顯示器。LED顯示器有 靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式，分別介紹如下：(1) LED靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極連接在一起并接地；每位的段選 線分別與一8位的鎖存輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是由于顯示器中的各位相互獨 立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定， 相應鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字 符為止。也正因為如此，靜態(tài)顯示的亮度都較高。雖然這種顯示方式接口編程客易，管 理也簡單，但是占用的口線資源較多。對于該系統(tǒng)來說，若要用口線接口，則要用5個8位I/O 口，若要用鎖存器接口，則要用 5片鎖存器芯片?？紤]到經(jīng)濟問題，

37、在此不選用這種顯示方式2）LED 動態(tài)顯示方式在多位 LED 顯示時。為了簡化電路，通常將所有位的段選線相應的并聯(lián)在一起，由一個 8 位的 I/O 口控制，形成段選線的多路復用。而各位的共陰極分別由IO 口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。對于這種顯示方式來說，整個顯示器共占用一個 8 位 I/O 口控制，只需一片地址鎖存器， 而位選線占用一個 4 位 l/O 口。由此以來， 整個電路得 以簡化，所用資源也節(jié)儉很多，所以本設計中選用動態(tài)顯示方式。在顯示過程中， 由于每位顯示數(shù)字不同， 所以采用掃描顯示方式， 即在某一時刻， 只讓某位的位選線處于選通狀態(tài)， 而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)。 同時，段選

38、線 上輸出相應位要顯示數(shù)字的字型碼，這樣同一時刻， 8 位 LED 中只有選通的那一位顯 示出數(shù)宇，而其他幾位則是熄滅的。同樣，在下時刻，只讓下位的位選線處于選通 狀態(tài)，其他各位的位選線處于熄滅狀態(tài)，段選線上輸出相應位將要顯的數(shù)字的字型碼。 如此循環(huán)下去， 就可以使各位顯示出將要顯示的數(shù)宇， 雖然這些數(shù)字是在不同時刻顯示 的。而且同一時刻只有位顯示，其他各位熄滅；但由于入眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每 一位顯示時間足夠短（一般為 35秒）則可造成多位同時顯示的假象，達到顯示的目 的。LED顯示器接口 根據(jù)本設計中的稱重范圍，需要 8位LED數(shù)碼管顯示稱出的重量和 一天生產(chǎn)的總袋數(shù)，本設計中，用一片

39、74LS374 鎖存器完成顯示數(shù)據(jù)段碼的鎖存和驅(qū) 動。這樣處理既簡化了接口電路又使 LED 數(shù)碼管的驅(qū)動得以實現(xiàn)，大大簡化了電路， 同時使數(shù)據(jù)輸出時直接可以通過一條數(shù)據(jù)與指令完成。八位數(shù)碼顯示的位地址；采用 8279 的 SI 口的 02 三個端口的輸出經(jīng) 74LS138 譯碼即可實現(xiàn)。5.1.6 輸出接口擴展輸出接口選擇8255芯片。8255是In tel公司生產(chǎn)的通用可變成并行I/O接口芯片。它具有3個8位并行I/O 口。分別稱為PA 口。PB 口和PC 口。其中PC 口有可分為 高4位口和低 4為口。它們都可通過軟件編程來改變其 I/O 口的工作方式。該系統(tǒng)將 8255的B 口作為輸出口

40、。PB0PB2分別接入步進電機的 A B C三相激磁繞組，PB3 的輸出控制異步電機的無觸點開關。8255 的 WR，RD，RESET線直接與 8031 的 WR，RD，RESET相連。D0D7 直接與數(shù)據(jù)總線相連。 8255 在該系統(tǒng)中的使用情況原理圖中的相關部分。系統(tǒng)的電源電路介紹該系同需要土 5V。土15V,3V和步進電機所需80V供電電源。（1 ）步進電機電源（ 80V ）：步進電機電源對穩(wěn)壓氣精度要求不高，整流后加濾波 即可。（2）15V電源；15V電源采用CW825和CW802寬緯度范圍的支流集成穩(wěn) 壓器，它是由北京維持技術有限公司生產(chǎn)的。 該產(chǎn)品在常溫下無外接調(diào)整功率管時，可 向

41、負載提供最大輸出電流為500A :能在-55 C +175 C的范圍內(nèi)可靠地工作。該系統(tǒng) 所用土 15V直流穩(wěn)壓電源電路如圖7所示。+ 15 V-1 5V為保證穩(wěn)壓性能，U1和U0電壓之差應大于3.5V4V 。限流電阻RS=0.6/l ,改變 R2可調(diào)整輸出電壓U0。最大位21V ,不得超過30V ,在工作中最大瞬時輸入電壓（如 脈沖尖峰干擾）不得超過40V,最大瞬時電流不要超過1A，在穩(wěn)壓器輸入和輸出端分 別并聯(lián)0.1UF和0.01UF電容，對高頻或脈沖干擾進行濾波。（3 ）電橋電源電橋電壓不穩(wěn)定將影響壓力傳感器的輸出電壓，CYY 1型的比例系數(shù)為 R/R =0.005根據(jù)誤差傳遞規(guī)律，經(jīng)放

42、大后，幾乎是 1:1的反映到A/D芯片上。為了使供 橋電壓的被動不至于影響 A/D轉(zhuǎn)換的輸出。起波動范圍應小于 10V/4096=2.4mV,而 供橋電壓為6V，則起精度為2.4mV/6V=0.04% ,可見其精度要求很高。所以通常的穩(wěn) 壓電源難以滿足要求，應選擇高精度的基準電源。該系統(tǒng)選擇帶有恒溫器的高精度基準 電壓源LM399，并將LM399的輸入電源進行預穩(wěn)壓。供橋電源電路如圖8所示。+5V+15 VaR7RE S2D4R8RE S2SCHOT - KYC9接壓力傳感器圖8: LM399結(jié)構示意圖圖中R1，設了狀態(tài)，便于查閱，程序的運行都可通過狀態(tài)標志來控制，此處，還 應考慮到系統(tǒng)的控制

43、要求，做到采樣時間短，控制精度高，乳粉包裝產(chǎn)量大。由于該系 統(tǒng)是不可逆的，所以系統(tǒng)的精度和包裝產(chǎn)量要統(tǒng)一考慮。從以上分析可知在線辨識落管乳粉柱重量，基本上是從軟件上解決精度問題。而影響生產(chǎn)的主要因素為ER,這就依賴于對風險系數(shù)ER的辯識，在軟件上采用ER自尋優(yōu)程序，除此之外，為提高系統(tǒng)的 精度和速度，還采用以下措施。盡量減小異步電機供料過程的采樣時間，除選擇高速芯 片外，盡量減小程序運行時間，即縮短程序長度，所以在滿足精度的條件下不使用浮點 運算。5.2.4存儲區(qū)分配及程序流程圖主程序 程序存儲區(qū)分配，系統(tǒng)主程序是占用0030H單元開始到01FFH單元的存 儲區(qū)：從0200H開始到03FFH的

44、單元存放各應用子程序；從 0400H到04FFH單元 存放鍵盤中斷服務程序。數(shù)據(jù)存儲區(qū)分配，共用了兩組工作寄存器。主程序主要使用I組工作寄存器，中服 務程序使用 2 組工作寄存器，從 20H2FH 單元存放各種中間變量，和各種狀態(tài)標志， 從303FH存放各種有用數(shù)據(jù)，具體分配如下，(31H)(30H )存放系統(tǒng)的皮重；(32H ) 存放風險的系數(shù)ER;(33H)存放AR,(35H ) (34H)存放滯瀉后乳粉柱重量厶G; (39H)( 38H )重量給定值存放單元；( 3BH )( 3AH )修改系數(shù)， MODIFY 存放單元；( 3DH )(3CH )為Gg ER-R值存放單元。主程序流程圖

45、見下頁A圖15 :退出鍵程序流程圖主程序流程圖中，8279初始化包括設置鍵盤顯示方式為 8位LED顯示，雙鍵鎖定,時鐘分頻為100kHz，清顯示RAM。8255初始化包括將B 口設置為輸出方式，各工 作單元賦初始值包括數(shù)據(jù)區(qū)（30H31H ）單元中的系數(shù)和標志置初值，設置RETURN鍵的作用，如果上機后。LED顯示“P”后將等待，如果需要校核。放上 100克標準 砝碼，按CHECK鍵；如果不需要校核，按 RETURN鍵，則轉(zhuǎn)如主程序。圖14:顯示鍵程序流程圖圖16:顯示總數(shù)程序流程圖運行鍵（RETURN）;該鍵在運行中，只作為一種標志，但是為了防止誤按該鍵, 使程序運行錯誤，該功能的程序只完成

46、返回功能。6抗干擾技術及措施在微機應用于工業(yè)控制中，由于控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣，情況復雜，因此必須考慮系統(tǒng) 的抗干擾能力，以適應現(xiàn)場控制的需要。乳粉包裝自動稱重系統(tǒng)的單片機部分放置于現(xiàn) 場，在現(xiàn)場中由于強電磁干擾，電網(wǎng)干擾，空間干擾等，以及大量的粉塵等導體，使主 機系統(tǒng)的工作環(huán)境變的很惡劣。因此，在系統(tǒng)設計和制造過程中，考慮到系統(tǒng)的抗干擾 性能的要求，從硬件和軟件上都設法提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)充分適用于現(xiàn)場的 要求，保證系統(tǒng)的可靠性。6.1硬件抗干擾的設計各種干擾是機電一體化系統(tǒng)和裝置出現(xiàn)瞬時故障的主要原因。干擾的抑制要從干擾源、傳播途徑、接收器三個方面入手。因此，在系統(tǒng)設計中，應盡可能避開干

47、擾源，并 針對不同的干擾源， 對耦合通道采取有效的方法。 干擾竄入系統(tǒng)的渠道有三種，即空間 干擾，過程干擾，和供電系統(tǒng)的污染。一般常用的抗干擾措施有合理布置電源、屏蔽干 擾源、隔離、濾波、接地等。6.2 電源的干擾以及抑制措施任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻， 這些內(nèi)阻就會引起電源的噪聲干擾。 由于電源是 整個系統(tǒng)運行的基礎， 并且危害最嚴重的干擾源是電源的污染。 電源性能的好壞在很大 程度上將直接影響整個系統(tǒng)的可靠運行。 由于工業(yè)控制計算機的電源都接自電網(wǎng)， 故由 于現(xiàn)場的用電情況復雜。 如電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定， 對計算機系統(tǒng)造成很大的干擾，干擾微機 系統(tǒng)的正常工作，因此， 系統(tǒng)選用帶恒溫的高精度基準

48、的電源，并對此電源的輸出電源 進行預穩(wěn)壓，這樣有效的保證了系統(tǒng)的抗干擾能力和 A/D 轉(zhuǎn)換精度?？臻g干擾的防御措施空間干擾主要是指電磁場在線路、導線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。對外來的空 間干擾，主要的措施是屏蔽用金屬殼體，并將機殼接地，起封閉金屬罩的作用，對共膜 干擾有較強的抑制作用，在布線時，注意模擬地和數(shù)字地分開，最后經(jīng)一點接入大地。 將電源布置的盡可能粗，并使電源、 地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞方向盡可能一致，以增強抗 噪聲能力。7 結(jié)束語 乳粉包裝自動稱重系統(tǒng)實現(xiàn)了自動的原理，也就是在系統(tǒng)中應用電動機、單片機、 還有內(nèi)部程序的共同作用， 使乳粉從落粉槽中落下， 在各種內(nèi)部結(jié)構的控制下，看一袋

49、 乳粉的重量是否達到預期的重量， 如果達到則通過傳送帶傳送出去進行下一袋乳粉的自 動稱重。此過程中重量的調(diào)節(jié)有粗調(diào)和細調(diào)，分別有兩臺電動機及內(nèi)部程序控制完成。步進電機實現(xiàn)粗調(diào)的目的， 當乳粉的重量接近預期重量的時候， 就要停止步進電機的運 行轉(zhuǎn)為用異步電機實現(xiàn)細調(diào)的階段，直到一袋乳粉的重量等于我們想要的重量為止。8 致謝本文是在指導教師劉老師、侯老師的悉心指導和嚴格要求下完成的。從論文選題、 設計、撰寫、直至論文的最后審閱，都傾注了老師的心血。在此衷心感謝她在這段時間 以來在學習和生活上所給予的精心指導和無微不至的關懷。 同時在完成論文的期間， 我 還得到許多同學的幫助。在此，一并向他們表示深深的謝意！值此論文完成之際，謹向 所有給予我關心、指導和幫助的各位老師、 同學和朋友們致以誠摯的謝意和深深的祝福。 參考文獻：陸伯勤.電子稱重技術和自動