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 隨著電子技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、微處理器技術(shù)的發(fā)展和成熟，定量稱量包裝秤已逐漸實(shí)現(xiàn)電子化，定量稱量系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的杠桿平衡原理的機(jī)械秤逐漸向由微處理器控制，以高精度稱重傳感器核心的電子秤的轉(zhuǎn)化。

1硬件設(shè)計(jì)

選擇MCS51系列單片機(jī)，采用應(yīng)變片式傳感器，將重量信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過直流放大器放大后送人A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，推動(dòng)繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    設(shè)計(jì)要求稱量范圍為10 ~ 100kg，誤差小于等于0.6250%。在設(shè)計(jì)過程中，著重考慮電子部分的設(shè)計(jì)。首先需考慮精確度。根據(jù)《定量包裝商品計(jì)量監(jiān)督規(guī)定》要求，需將稱量精確度控制在40kg±0.25 kg以內(nèi)，即誤差小于等于0.625%。電子秤的誤差分為兩類：①靜態(tài)誤差。包含稱重傳感器引起的誤差0.05%。調(diào)零電路和放大環(huán)節(jié)的誤差0. 02%，橋路供電電壓誤差0.01%．A/D轉(zhuǎn)換器的綜合誤差為0.02%，總的合成誤差是各種偶然誤差的均方根合成，即0.0580%。由此可以看出，其靜態(tài)誤差完全符合國家稱量標(biāo)準(zhǔn)。②動(dòng)態(tài)稱量誤差。主要來源于電子秤對干擾信號響應(yīng)的相對滯后。具體而言，與物料是否均勻，物料密度大小，是否有塊料，粗、細(xì)進(jìn)料門限值，與稱量速度也有關(guān)，與機(jī)械震動(dòng)的關(guān)系較大?？偟膩碚f需要滿足40kg±0.25 kg的國家標(biāo)準(zhǔn)。

    根據(jù)圖l和需要控制的各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差，選擇相關(guān)的元器件。

    1)稱重傳感器：根據(jù)定量包裝秤的沒計(jì)范圍稱重傳感器選擇量程為100 kg，其靈敏度為2mV/V，即滿量程時(shí)1V激勵(lì)電壓對應(yīng)輸出的電壓值。在物料的稱量過程中，物料的凈重可以設(shè)置為10~100 kg，桶重約50 kg，這樣稱量過程中皮重約60~ 150 kg(靜態(tài))，稱量過程中的沖擊力預(yù)計(jì)最大100N，采用2個(gè)傳感器懸掛1個(gè)料桶，每個(gè)傳感器均衡受力，確保每個(gè)傳感器受力滿載時(shí)為35 ~80kg。選擇量程為100 kg的傳感器能滿足要求。

    如果按照10V激勵(lì)電壓，傳感器在稱量過程中輸出電壓約為7 ~ 16mV，滿載時(shí)的輸出不會超過其量程范圍，傳感器的線性度較好，同時(shí)也增加了靈敏度和傳感器的輸出。

    2)傳感器供電模塊：AD581是美國AD公司出品的高精度電壓輸出模塊，其輸出電壓的精度為0. 01%，具有良好的穩(wěn)定性。

3)測量放大器選擇AD公司出品的儀用放大器AD522B，其誤差為0.02%，能做到阻抗匹配，抑制干擾，具有輸入阻抗高、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益的特點(diǎn)，是一種集成的精密測量放大器，該測量放大器內(nèi)部是一個(gè)三運(yùn)放的放大器結(jié)構(gòu)，其增益由RG進(jìn)行調(diào)整。AD522的4、6腳接高精度電位器用于調(diào)整放大器零點(diǎn)，如果是在強(qiáng)干擾環(huán)境中使用，引腳13可接信號傳輸導(dǎo)線的屏蔽網(wǎng)以減小干擾，不用則懸空。

4)硬件減法器：在設(shè)計(jì)過程中，為了提高控制精度，增加了一級高精度減法器。選擇AD公司的ADOP07運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)去皮重電路?？紤]到16位A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格較貴，采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，通過加一級硬件減法器提高稱量精確度，同時(shí)得到了最好的性價(jià)比。

5) A/D轉(zhuǎn)換器：該電路采用AD574 AJ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為20μs。工作溫度為0—70℃。

AD574是美國'Analog Device公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其主要特點(diǎn)：①有參考電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘電路，不需外部時(shí)鐘就可以工作；②轉(zhuǎn)換速率高，12位轉(zhuǎn)換25μs，8位轉(zhuǎn)換16μs；③8位或16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接掛在單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上而無需接口電路；④溫度適應(yīng)范圍大，在-55 ~+125℃范圍內(nèi)滿足線性要求?？紤]到傳感器電位信號在反應(yīng)前后產(chǎn)生突變，只需采樣反應(yīng)前后趨于穩(wěn)定的電位特征值即可，12位的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片已完全能夠滿足要求。

6)采樣／保持電路：根據(jù)《自動(dòng)控制原理》中的奈奎斯特采樣定理，在一個(gè)數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，為了使輸出信號能無失真地自我復(fù)現(xiàn)輸入信號，必須使采樣頻率至少為輸入信號最高有效頻率的兩倍。故需要加一級采樣保持電路，選擇AD582采樣保持電路。

7)人機(jī)接口電路：考慮到需要在現(xiàn)場操作及管理人員需要在控制室觀察操作，為此，采用2片Intel 8031 CPU，l片進(jìn)行現(xiàn)場的顯示重量和掃描鍵盤，1片放在控制機(jī)房進(jìn)行采樣、控制、鍵盤、數(shù)字顯示控制。可以方便增加無線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作站和控制機(jī)房無線連接。

2軟件設(shè)計(jì)及聯(lián)合調(diào)試

    采用Intel 8031匯編語言進(jìn)行編程，在線仿真編程器進(jìn)行調(diào)試。在軟件設(shè)計(jì)的過程中盡量采用模塊化設(shè)計(jì)，比如，將數(shù)據(jù)采集用的A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)成A/D轉(zhuǎn)換采樣模塊。將濾波程序設(shè)計(jì)成濾波模塊，將數(shù)字顯示部分設(shè)計(jì)成數(shù)顯模塊，將鍵盤掃描電路設(shè)計(jì)成鍵盤掃描模塊，將延時(shí)程序設(shè)計(jì)成延時(shí)模塊。在設(shè)計(jì)開始以前要詳細(xì)分配各個(gè)模塊的人口參數(shù)地址和出口參數(shù)地址。布爾開關(guān)量應(yīng)當(dāng)在CPU寄存器中設(shè)置固定的地址。

    軟件設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，分別進(jìn)行硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，調(diào)試合格后進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，根據(jù)現(xiàn)場的情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決。實(shí)驗(yàn)成功后將硬件電子電路制作成規(guī)范化的電路板。

3結(jié)束語

經(jīng)過上述設(shè)計(jì)，完成了淀粉定量稱量包裝秤電子部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)過程，成功制造了淀粉自動(dòng)秤。該秤具有自動(dòng)跟蹤料斗重量，自動(dòng)調(diào)整門限值的功能，自動(dòng)調(diào)整控制稱量精度。維護(hù)方便、精度高、速度快，可以應(yīng)對不同行業(yè)的顆粒物料的定量稱量的需求，具有較廣闊的市場前景。

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