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第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計
測控儀器的總體設(shè)計就是要確定系統(tǒng)的原理方案，進行數(shù)學(xué)建模，確定系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，進行精度設(shè)計和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。現(xiàn)代計量測試儀器設(shè)計應(yīng)遵循一定的要求，以下是測控儀器設(shè)計中幾條比較重要的一般要求8出此氣
L精度要求。衡量測控儀器精度的指標有很多種，如復(fù)現(xiàn)性、靈敏度等，應(yīng)根據(jù)被測對象的要求具體確定儀器的精度指標。
2.速度要求亦稱效率要求。即儀器的測控速度應(yīng)與測控對象的速度（一般指生產(chǎn)效率）相適應(yīng)。提高檢測效率不僅對系統(tǒng)的經(jīng)濟性有影響，而且往往對檢測精度也會產(chǎn)生一定影響并且兩者經(jīng)常表現(xiàn)為矛盾性。
3.可靠性要求?？煽啃砸缶褪且笤O(shè)備在一定時間和條件下，無故障地、穩(wěn)定地發(fā)揮其功能的概率要高，這要由可靠性設(shè)計來保障。
4.經(jīng)濟性要求。即在滿足儀器的功能和可靠性要求的前提下，具有較好的性能價格比，而不能盲目追求所謂“復(fù)雜、髙級”的設(shè)計方案。
5.使用條件要求。儀器的工作環(huán)境的溫濕度、機械振動和電磁干擾等對其性能甚至是正常工作具有重要影響，儀器設(shè)計時必須予以認真考慮。
6.美觀與人性化要求。儀器的外觀要美觀，功能實現(xiàn)及外型設(shè)計要便于操作者使用。
2.1定量稱重控制系統(tǒng)的組成和工作原理
2.1.1定量稱重裝置的組成
定量稱重裝置的一般組成如圖2.1.1所示，它由料倉、給料裝置、稱重傳感器、稱量斗、卸料門、夾袋機構(gòu)和輸送設(shè)備等組成[25][26\
L給料裝置。給料裝置是根據(jù)物料的粒度、流動性、定量精度和理化特性來選型的。常見的給料方式有如下幾種：閘門式自重給料用于流動性好、不易結(jié)塊的物料，如大米、小麥等顆粒狀物料；螺旋輸送式給料用于不會粘著的、粉狀或細粒狀的物料，如飼料、面粉等；振動式給料用于自由流動、粒度較大的物料，
如食品、飼料等。

2.稱重部分。稱重部分主要由稱重傳感器、稱量斗（又稱承載器）和卸料門等組成，其中稱重傳感器是稱重部分的關(guān)鍵部件。一般需結(jié)合物料的最大定量稱重值和堆比重，設(shè)計不同大小的稱量斗。卸料門一般采用氣動式,其動作迅速、工作穩(wěn)定可靠、維修簡單方便，其氣源一般采用壓力為0.4?0.7MPa的壓縮空氣。
3.夾袋及包裝輸送部分。夾袋機構(gòu)用于夾住包裝袋，其動作是由兩個夾袋氣缸來推動的，而包裝輸送部分則由包裝機和輸送設(shè)備組成。當定量給料結(jié)束時，夾袋機構(gòu)松袋，包裝袋落在輸送設(shè)備上輸送至包裝袋封口設(shè)備。
2.1.2自動定量稱重控制的工作原理
自動定量稱重控制系統(tǒng)的工作原理如下：系統(tǒng)開始工作時，在控制儀的控制下，卸料門首先關(guān)閉，自動去皮后開啟給料機構(gòu)進行給料。物料不斷進入稱量斗內(nèi)，由壓力傳感器將質(zhì)量（重量）轉(zhuǎn)換成電信號送至控制儀?？刂苾x不斷顯示物料的質(zhì)量值，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)依次輸出各個運行步驟的控制信號，使給料機構(gòu)依次分別以快加、中加和慢加三級給料速度連續(xù)向稱暈斗內(nèi)給料，直至達到預(yù)定的定量稱重質(zhì)量后給料機構(gòu)關(guān)閉，從而結(jié)束給料過程。在夾袋機構(gòu)處于夾緊的狀態(tài)下，秤量斗的卸料門打開，物料依靠重力經(jīng)夾袋筒流入包裝袋。卸料結(jié)束后，卸料門關(guān)閉，夾袋機構(gòu)自動張開以便卸下包裝袋，從而完成一個工作周期。夾袋機構(gòu)一側(cè)設(shè)置手動式行程開關(guān)，用于配合人工套袋操作發(fā)岀夾袋信號，控制夾袋機構(gòu)的松開與加緊動作。
2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案
2.2.1系統(tǒng)概述
本控制儀采用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，將物體重量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。此電壓信號通過信號調(diào)理電路進行濾波和放大后，以A/D轉(zhuǎn)換器為核心的數(shù)據(jù)釆集電路把模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可以處理的數(shù)字信號，從而得到程量斗中的物料質(zhì)量值。然后，結(jié)合軟件程序控制，將檢測到的質(zhì)量值與設(shè)定的目標質(zhì)量值進行比較，單片機根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出氣缸動作控制信號，從而使定量稱重裝置處于快加、中加、慢加、到量、夾袋、開卸料門、關(guān)卸料門和松袋等不同的工作狀態(tài)。
本系統(tǒng)將單片機作為整個儀器的核心，通過它進行系統(tǒng)運行控制以實現(xiàn)高效、高精度自動定量稱重的控制目的。根據(jù)所采用的傳感器量程和所設(shè)定的定量目標值的不同，完成相應(yīng)的定量稱重過程，稱重的累計量等過程數(shù)據(jù)可以自動保存。稱重的實時信息、功能設(shè)定和狀態(tài)等相關(guān)信息，可以通過LED數(shù)碼管和發(fā)光二極管進直觀顯示和指示。
2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
按照所完成的主要功能不同，可以把本控制儀的系統(tǒng)劃分為圖2.2.1所示結(jié)構(gòu)網(wǎng)。各模塊的基本功能分述如下：

稱重傳感器

圖2.2.1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖
1.信號調(diào)理和數(shù)據(jù)釆集模塊。信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集模塊主要由信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)釆集電路組成。信號調(diào)理電路實現(xiàn)對稱重傳感器送來的小信號的放大、濾波處理。本系統(tǒng)還結(jié)合軟件進行信號數(shù)字濾波，以簡化信號輸入通道的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集電路用來實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化，由單片機讀取數(shù)字量并據(jù)之執(zhí)行相應(yīng)操作。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集電路中的核心器件。
2.人機通信模塊。人機通信模塊是為了完成人機對話功能，以便于使用者對儀器進行有關(guān)設(shè)置和管理，它包括顯示器接口部分和鍵盤進口部分。本控制儀在前面板上設(shè)置了16個按鍵，六位藍色0.8"主顯數(shù)碼管和兩位0.56"副顯數(shù)碼管和13個綠色發(fā)光二極管。按鍵包括數(shù)字鍵。?9和一些功能鍵，其中數(shù)字鍵還包含有復(fù)用功能。數(shù)碼管用于顯示稱重數(shù)據(jù)以及功能設(shè)置和鍵盤操作等狀態(tài)下的有關(guān)信息，發(fā)光二極管用來指示當前計量單位以及運行狀態(tài)和控制標志?？刂苾x的操作面板如圖2.2.2所示。

圖2.2.2定量稱重控制儀的操作面板
3.開關(guān)量輸入和輸出模塊。本系統(tǒng)中所應(yīng)用的按鍵、繼電器和行程開關(guān)操作信號均屬于開關(guān)量信號。這種信號只有開和關(guān)，也就是高電平和低電平兩個狀態(tài),相當于二進制的“1”和“0”，其處理較為簡便。本系統(tǒng)利用MCU的并行I/O口與控制對象進行開關(guān)量信息交換。由于工業(yè)現(xiàn)場中經(jīng)常存在電場、磁場和噪聲等干擾，因此在本系統(tǒng)的輸入和輸出口均采用了光電耦合器作為隔離器件，以抑制外界各種干擾的影響。另外，由于MCU輸出電流不足以驅(qū)動繼電器，因此在控制儀的輸出口設(shè)置ULN2803A達林頓管陣列芯片作為驅(qū)動器，來驅(qū)動控制氣缸動作的電磁閥繼電器。
2.3系統(tǒng)的功能、特點及主要技術(shù)指標
一、    本儀器實現(xiàn)的功能
本控制儀的核心功能是完成除套袋外的自動定量稱重過程控制，其主要功能包括：
1.定量稱重過程控制；
2.可事先存儲20種規(guī)格的定量稱重數(shù)據(jù)，各種定量稱重規(guī)格的快、中、慢控制數(shù)據(jù)的自行修正；
3.稱重數(shù)據(jù)的自動保存；
4.系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時顯示；
5.簡便實用的鍵盤操作功能；
6.設(shè)有超差報警功能；
7.設(shè)有手動控制功能，可人工控制給料和卸料，以便于清理結(jié)塊和堵塞的物料。
二、    本儀器的特點
本控制儀具有以下幾個主要特點：
1.可在額定定量稱重質(zhì)量范圍內(nèi)，任意設(shè)定定量稱重的質(zhì)量值；
2.采用高精度電阻應(yīng)變式稱重傳感器和24位△-E高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，稱重精度高；
3.三級給料控制，結(jié)合控制算法，實現(xiàn)了快速、準確的定量稱重；
4.自動修正給料過程參數(shù)，以提高定量稱重控制的精度和速度；
5.鍵盤操作功能豐富而又簡便。
三、本儀器的主要技術(shù)指標
通過研發(fā)設(shè)計，應(yīng)使本定量稱重控制儀的主要技術(shù)指標達到如下要求:
1.量程：。?50Kg；
2分度值：10g;
3,稱量誤差：WO.1%FS。

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