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0引言
在測重精度要求較高的現(xiàn)代化流水線作業(yè)環(huán)境中，稱重系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對工業(yè)生產(chǎn)的效率和質量起著非常重要的作用。目前，大部分在線稱重系統(tǒng)主要靠手動控制，單機操作，自動化程度不高。本文中的稱重系統(tǒng)可以進行遠程控制，聯(lián)網(wǎng)操作，對系統(tǒng)參數(shù)可以在線調整和監(jiān)控，主要作為包裝生產(chǎn)線以及輸送系統(tǒng)中的測重部分，具有較高的精度，運行穩(wěn)定可靠，界面友好，特別適用于對測重精度要求較高，可靈活配置系統(tǒng)參數(shù)的場合，主要用于在線檢測產(chǎn)品重量是否合格，包裝內是否缺少部件，以及提供反饋信號調節(jié)加料設備等。而本文所介紹的就是這種稱重系統(tǒng)中主要部件即嵌入式速度控制器的設計，該速度控制器決定了流水線運行的速度以及稱重的精度，對流水線生產(chǎn)的效率和質量起著關鍵性的作用。本文所設計的速度控制器將Rs-232/Rs-485兩種通用串行通信方式［1，2］集成于同一模塊中，實現(xiàn)了多種通信方式的兼容；提出了一種將浮點數(shù)運算轉化成定點數(shù)運算的計算方式，避免了對單片機而言復雜的浮點數(shù)運算，大大提高了單片機處理數(shù)據(jù)的速度，增強了系統(tǒng)的實時性和快速性。
l稱重系統(tǒng)簡介

稱重系統(tǒng)主要由稱重平臺、液晶顯示屏、控制鍵盤、速度控制器、數(shù)據(jù)處理器以及作為系統(tǒng)上位機的工控機等部分組成。系統(tǒng)的稱重平臺如圖l所示，主要由轉輪、皮帶、稱重傳感器以及光電檢測器等部件組成。轉輪由速度控制器所控制得電動機驅動，利用摩擦力帶動皮帶運動，兩個光電檢測器分別用于檢測被測物體進入和離開稱重區(qū)域，當檢測到物體進入稱重區(qū)域后數(shù)據(jù)處理器便開始采集稱重傳感器傳來的重量數(shù)據(jù)，直到光電檢測器檢測到該物體離開稱重區(qū)域為止，然后數(shù)據(jù)處理器將這一時間段內采集到的重量數(shù)據(jù)進行處理，將最終的被測物體重量數(shù)據(jù)送到顯示終端顯示，同時，根據(jù)被測物體重量的合格與否進行物體的分類處理，不合格產(chǎn)品將被剔除，剔除裝置采用推桿式的機械結構。
系統(tǒng)的原理如圖2所示，作為上位機的工控機首先發(fā)出指令初始化速度控制器、數(shù)據(jù)處理器以及液晶顯示屏的顯示內容，然后根據(jù)測量工序對速度控制器和數(shù)據(jù)處理器進行控制。數(shù)據(jù)處理器將采集到的重量數(shù)據(jù)進行處理后傳回工控機，工控機將所得的數(shù)據(jù)按指定的格式顯示在液晶顯示屏上。
控制鍵盤是集成在液晶顯示屏上的，采用塑料薄膜按鍵，鍵盤主要進行人機界面交換等。速度控制器主要與上位機進行通信、接收上位機的命令，對多個電動機進行同步和高精度的恒速控制，并對電動機進行調速控制等。
2速度控制器的設計
速度控制器首先必須接收上位機的指令來設置本身的參數(shù)，并根據(jù)指令輸出特定頻率的脈沖，通過│/V轉換控制電動機輸出系統(tǒng)所要求的速度。它具有4通道獨立方波脈沖輸出；非光電隔離輸出、光電隔離輸出可選；輸出電平：TTL電平（非光電隔離）或+l2V電平（光電隔離）可選；脈沖輸出頻率為0λ500Hz可調；通信接口：Rs-232/485可選；內置看門狗；電源+l0Vλ+30VDC非調節(jié)（通常為+24VDC）；控制器上還提供光電隔離用的外部電源引入端口。該速度控制器能夠檢測上位機指令的正確性，根據(jù)特定的通信協(xié)議向上位機反饋信息，所有數(shù)據(jù)全部以AsCⅡ碼形式傳輸，并加以累加和校驗。
2.1硬件電路設計
速度控制器的硬件原理如圖3所示，它以Interl6位單片機80Cl96KB為中央處理器，外擴一片EPR0M27Cl28，另有Rs-232、Rs-485收發(fā)器［3］，TLP52l-4四光耦芯片各一片，以及復位電路和電源模塊。

80Cl96KB單片機作為該系統(tǒng)的核心，其作用是接收上位機的操作指令，判斷指令的正確性，并向上位機返回相關信息；若指令有效則執(zhí)行該指令，并向上位機返回確認信息，若指令無效則等待，并向上位機返回報錯信息。Rs.485收發(fā)器用于以高數(shù)據(jù)速率或者長距離進行通信的場合，也可
用于與計算機之間的通信，但需要增加Rs-485到Rs-232之間的轉換部分。TLP52l-4四光耦芯片用于和外電萬路方的數(shù)隔據(jù)離，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力；80Cl96KB的Pl.0λPl.3口按要求輸出4路獨立方波脈沖，方波脈沖的占空比為50%，并提供兩種輸出方式，一種是非光電隔離輸出即脈沖直接輸出方式，另一種是光電隔離輸出方式即4路方波脈沖分別經(jīng)4個獨立光耦輸出；而經(jīng)光電隔離后的輸出脈沖波形比較穩(wěn)定，抖動很小，這就大大增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。電源模塊為該速度控制器中的所以芯片提供＋5V的TTL電平，光耦的＋12VDC的隔離電源由外電路提供，該電源模塊不提供這一電源；該電源模塊選用sEMTECH公司的LM2575.ADJ芯片［4］作為其核心器件，可以將4Vλ40VDC之間的任一電壓轉換成＋5V左右的可調電壓，通過一個電位器可以精確的調節(jié)＋5V電壓供TTL電平的芯片使用。該電源模塊的輸出電流為150mAλ1.0A，完全能夠滿足需要。
2.2軟件設計
系統(tǒng)的軟件部分主要由主程序，接收中斷服務程序以及其他一些子程序組成。
2.2.l主程序
主程序的流程圖如圖4所示。程序開始首先要進行初始化；初始化的內容主要包括定義存儲單元并賦初始值，設置傳輸波特率，置堆棧初值，設置中斷寄存器、控制寄存器和串行口狀態(tài)寄存器，開中斷等。程序剛開始沒有接收到上位機的指令，將P1.0λP1.3四路通道的輸出全部置零，然后開始查詢狀態(tài)標志位，這里的狀態(tài)標志位有四位，分別對應著P1.0λP1.3口，用來記錄四路通道中有哪幾路是有脈沖輸出的，有脈沖輸出的位被置1，沒有脈沖輸出的位被清0，狀態(tài)標志位的置位與清零在接收中斷服務程序中完成；當檢測到某一狀態(tài)標志位為1時，便讓它所對應的一路通
道開始輸出脈沖，脈沖的輸出寬度由接收中斷服務程序中接
收的上位機的指令來確定，從上位機指令中分離出脈寬數(shù)據(jù)，然后再將脈寬數(shù)據(jù)轉換成定時器的計數(shù)個數(shù)存入指定的RAM單元備用，這一過程由脈寬轉換子程序來完成，具體的脈沖輸出過程敘述如下：檢測到第i位狀態(tài)標志位為1，則讓P1.i口輸出低電平（i=1，2，3，4），記錄下開始輸出脈沖時定時器的初值，然后不斷的讀取定時器的值，定時器的溢出次數(shù)也要記錄，由定時器溢出中斷服務子程序完成，將這兩個值相減得到的差值與脈寬數(shù)據(jù)的定時器值相比較，如果相等則輸出脈寬達到要求，讓P1.i口輸出高電平，如果不相等則查詢下一位狀態(tài)標志位，然后不斷重復以上的操作實現(xiàn)脈沖的輸出，狀態(tài)標志位為零的通道輸出始終保持零。

2.2.2接收中斷服務程序
接收中斷服務程序的流程圖如圖5所示，接收中斷發(fā)生后首先要保護現(xiàn)場，然后將接收緩沖區(qū)內的數(shù)據(jù)存到指定的存貯單元，根據(jù)通信協(xié)議和上位機之間所有的數(shù)據(jù)都以AsCⅡ碼形式傳輸，并加以累加和校驗，那么就需要驗證上位機傳送的指令正確性，將所有的數(shù)據(jù)相加，不計進位所得的和與上位機發(fā)萬來方的數(shù)校據(jù)驗位比較，如果相等則向上位機反饋確認信息，如果不相等則向上位機反饋報錯信息，當檢測到指令是正確的，然后再對該指令進行處理；首先要將接收的AsCⅡ碼形式的數(shù)據(jù)轉換為十六進制形式的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)通信協(xié)議從指令中分離出脈沖輸出的通道號和脈寬數(shù)據(jù)，根據(jù)脈沖輸出的通道號置相應的狀態(tài)標志位，所得的脈寬數(shù)據(jù)要經(jīng)過處理轉換為脈寬數(shù)據(jù)的定時器值存入RAM的指定單元備用，脈寬數(shù)據(jù)的處理由脈寬轉換子程序來完成；最后恢復現(xiàn)場，中斷返回，接收中斷服務程序結束。
2.2.3相關子程序
主程序和接收中斷服務程序中用到的子程序主要有脈寬轉換子程序，定時器溢出中斷服務子程序，脈寬判斷子程序，發(fā)送子程序，AsCⅡ碼到十六進制的轉換子程序，十六進制到AsCⅡ碼的轉換子程序等。脈寬轉換子程序主要實現(xiàn)的是將從上位機的指令中分離出來的脈寬數(shù)據(jù)轉換為定時器的計數(shù)值，從上位機的指令中分離出來的脈寬數(shù)據(jù)為兩位十六進制數(shù)01HλFFH之間，它所代表的是0λ500Hz的脈沖輸出頻率，也就是說將0λ500Hz分成了255等分，每一等分代表的是500/255Hz；輸出脈沖的周期為頻率的倒數(shù)，又因為輸出脈沖的占空比為50%，所以其周期的一半就是脈沖的高電平或低電平的寬度；該單片機系統(tǒng)的晶振為8MHz，其定時器T1的計數(shù)單位時間為2us，脈寬轉換的計算過程如下：

當x<2時，y為三字節(jié)，因此，需要進行浮點數(shù)運算，浮點數(shù)運算對單片機系統(tǒng)來說是不利的；但如果將上式的分子拆分成兩部分，分別計算后再相加，就可以避免浮點數(shù)運算，而將其轉化成定點數(shù)運算，因而，上式可轉化為如下定點數(shù)運算：

然后將求得的脈寬定時器計數(shù)值按高低字節(jié)分別存入RAM指定單元供脈寬判斷子程序使用。
3結論
通過現(xiàn)場的調試嵌入式速度控制器在此稱重系統(tǒng)中反應靈敏，運行穩(wěn)定，能夠快速而準確的執(zhí)行上位機傳輸來的各種指令。經(jīng)過光電隔離的輸出脈沖波形比較穩(wěn)定，無明顯波動，抗干擾能力強；直接輸出的脈沖波形受負載的影響較大，一般適用于負載干擾較小的情況；經(jīng)光電隔離的輸出脈沖為+12V電平，直接輸出的脈沖為TTL電平，可以根據(jù)現(xiàn)場的條件和需要選擇合適的輸出方式；該控制器具有Rs-232/485兩種通信方式，完全能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場的各種通信要求。整個稱重系統(tǒng)通過了8000V非接觸式高壓沖擊試驗和6000V接觸式高壓沖擊試驗，性能可靠，工作穩(wěn)定，說明該嵌入式速度控制器完全達到系統(tǒng)的性能要求；該速度控制器的功能還可以進一步加強，如加入數(shù)字量的輸入/輸出功能，可以支持光電隔離的數(shù)字量輸入和繼電器輸出功能等，軟件方面可以加入一些智能算法，進一步提高系統(tǒng)的輸出精度。該嵌入式速度控制器集成了一般嵌入式工控模塊的幾大功能，并可以根據(jù)現(xiàn)場的控制要求方便靈活的擴展其功能，大大節(jié)約了系統(tǒng)集成的成本。
 

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