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一種定量自動稱重控制器

發(fā)布時間:2019-11-15 14:18:06 |來源:網絡轉載

0引言

稱重控制器是一種實時測量物料重量并根據重量自動發(fā)出控制信號的智能儀器,廣泛應用于包裝、配料等工藝流程中。國內在定量稱重控制器方面進行了多方面的研究,也設計出一批高性能、功能完備的稱重控制器,但也存在改進之處,如維護困難、精度低、配料時間長等。同時,集成電路和控制算法的發(fā)展也為研究和設計新型的稱重控制器提供了可能。

1.定量稱重控制器的工作原理

定量稱重控制器用于物料定量裝袋系統(tǒng)中。物料定量裝袋系統(tǒng)由稱重控制器、備料斗、計量斗和夾袋機構組成,備料斗用于存放要包裝的物料,通過提升機保證備料斗有足夠的物料;計量斗兩側裝有重量傳感器,可實時測得計量斗內物料重量;夾袋機構可根據控制信號夾住或松開包裝袋;稱重控制器是整個系統(tǒng)的控制核心。虛線表示檢測或控制信號。開始運行時,稱重控制器對備料斗發(fā)出投料信號,物料從備料斗進入計量斗。計量斗把物料重量反饋給控制器。稱重控制器根據當前重量和目標重量,自動控制備料斗依次按大、中、小3種速度向計量斗卸料,使物料快速精確進入計量斗。當計量斗物料重量達到目標值,停止卸料。若此時包裝袋已準備好,控制器通知計量斗向包裝袋卸料,卸料結束后松開包裝袋自動開始下一個過程。該稱重控制器具有16路開關量輸入/輸出,落差自動修正和零位跟蹤功能,可實現(xiàn)除了人工上袋外的全部物料自動包裝過程,且雙控制器可實現(xiàn)互聯(lián),進一步提高包裝效率。

2.硬件設計

稱重控制器硬件部分包括單片機及其外圍電路、傳感器信號測量電路、鍵盤和顯示、輸入輸出、系統(tǒng)時鐘和通信等部分。

2.1單片機

單片機采用臺灣華邦的W77E58,該單片機除具有5l系列單片機的全部功能,還有如下特點:完全與MCS一51兼容的芯片,速度比標準5l快2.5倍以上;512B數據存儲器(其中256B

以MOVX訪問),32KB程序存儲器;3個定時器/計數器;內置電源管理模塊,有正常和省電模式。系統(tǒng)中外圍器件控制和數據的處理等任務均由W77E58完成。

2.2傳感器信號測量電路

物料包裝系統(tǒng)中使用的稱重傳感器為電阻應變式稱重傳感器,其原理為應變電阻構成的惠斯登電橋…。電橋輸出的信號很微弱,一般只有幾mV.測量電路主要完成稱重傳感器信號放大,并通過ADC采樣得到用于單片機處理的數據。橋路信號采樣首先需將信號放大。放大電路要求精密、低溫漂和高共模抑制比,一般采用精密儀用放大要求;要達到比較高的測量精度則需要高分辨率的ADC,對于一般稱重系統(tǒng)在設計中要選用14位或更高有效分辨率的ADC.從性能成本等方面綜合考慮,系統(tǒng)選用了AD7730是AnalogDevices推出的24位乏一△串行ADC,非常適合于稱重等精密測量應用。主要特點有:雙通道差分輸入,輸人滿量程電壓可選lOmV,20mV,40mV或80mV;24位高精度,峰一峰計數達230,000;可編程濾波器;可編程增益放大器;可提供內部校準和系統(tǒng)校準;具有斬波工作方式。AI)"/730使用單電源工作,為了防止干擾,模擬部分和數字部分分別單獨供電。系統(tǒng)采用的傳感器為m—c3型電阻應變式稱重傳感器,

靈敏度為2.000mV/V,在5V電壓激勵下滿刻度輸出為lOmV,所以將AD7730的輸入電壓量程選為10mV.A.D"/730的有效分辨率和采樣更新速率有關,更新速率越低有效分辨率越高。在滿足其他要求的情況下盡量降低更新速率,由此來提高有效分辨率。AD7730的最低更新速率為50Hz,但如果選擇50Hz的更新速率,電網頻率(我國為50Hz)干擾可能會產生失調并且降低了線路頻率共模抑制,因而系統(tǒng)的采樣更新速率選擇60Hz.此時線路頻率共模抑制優(yōu)于90dB,能夠達到近80,000個計數相當于16.5位的有效分辨率,完全能夠滿足系統(tǒng)測量的要求。對于橋式測量電路,其輸出電壓的穩(wěn)定性與其工作電源(供橋電源)的性能是密切相關的,要求供橋電源能夠對溫度、時間等因素具有良好的穩(wěn)定性能。這就需要設計專用的供橋電源以保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和測量精度。AD7730的基準電壓最高允許為+5V,可以與模擬電源電壓和供橋電壓相同,這就非常方便將測量電路接成比率測量方式,電橋激勵電壓的輸入同時也作為AU7730的參考電壓,激勵電壓的變化不會影響測量結果,能夠保證測量精度。比率測量工作方式無需精確穩(wěn)定的基準電壓源即可實現(xiàn)精確的測量,降低了對供橋電源的要求,簡化了電路,同時也有效的降低了硬件成本。AD7730的SCLK、DIN、DOUT分別與W77E58的VO口連接,通過SPI方式與單片機通訊。

2.3鍵盤和顯示

稱重控制器的人機交互通過8個LED管和12個按鍵實現(xiàn)。稱重控制器采用新型鍵盤顯示芯片CH45l來檢測按鍵和LED顯示。CH451是一款集數碼管顯示驅動、鍵盤掃描控制和?P監(jiān)控于一體的多功能外圍芯片,較之同類產品,其優(yōu)點如下pJ:

(1)在數碼管動態(tài)掃描方面。CH451內置RC振蕩電路,可以直接驅動8位數碼管或64位LED;具有BCD譯碼或不譯碼功能;可實現(xiàn)數據的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各位獨立閃爍等控制功能;內置大電流驅動級,段電流不小于30mA,字電流不小于160mA,并有16級亮度控制功能;

(2)在鍵盤控制方面。CH451內置64鍵鍵盤控制器。可實現(xiàn)8X8矩陣鍵盤掃描,并內置去抖動電路,可提供按鍵中斷與按鍵釋放標志位等功能;

(3)在外部接口方面,CH45l可選擇簡潔的1線串行接口或高速4線串行接口(可高達10M),且內置上電復位和看門狗電路。該芯片速度快,操作方便,外圍電路簡單,廣泛用于以單片機、DSP等為CPU的智能儀器和小型控制系統(tǒng)中。

2.4系統(tǒng)時鐘

采用DSl2887作為系統(tǒng)的時鐘芯片,其作用有:提供當前時間和日期;提供114位非易失性RAM;輸出I腳的周期信號。該信號接單片機的INTO,為可編程定時器提供時鐘信號。

4結束語

控制器采用高精度多功能模數轉換器AD7730,保證了系統(tǒng)精度和動態(tài)過程的實現(xiàn)性,簡化了外圍電路設計。多功能鍵盤顯示芯片CH451的使用也節(jié)省了控制器的開發(fā)時間。該稱重控制器經現(xiàn)場調試和改進,現(xiàn)已進入試用階段,表明該裝置操作簡單,維護方便,精度和速度完全能滿足現(xiàn)場的要求。

 

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