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隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，對連續(xù)累計自動衡器的需求也愈來愈大，稱量的準(zhǔn)確與否已成為影響人們生產(chǎn)生活的一個重要因素，這對配料秤的性能和質(zhì)量提出了更高的要求。以往的配料秤都采用8位5l系類的單片機(jī)進(jìn)行控制，而且在數(shù)據(jù)采集模塊采用的芯片轉(zhuǎn)換位數(shù)小，傳統(tǒng)的配料秤由于存在計量精度低、穩(wěn)定性差、控制有滯后等缺點(diǎn)，論文采用AT91SAM7X256單片機(jī)設(shè)計了配料秤控制器，提高了測量精度和穩(wěn)定性，并能實(shí)時控制。首先主要介紹了配料秤的基本組成結(jié)構(gòu)、稱重原理，設(shè)計了硬件電路，介紹了各個模塊的硬件功能，包括芯片選擇、器件大小的選擇等。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了配料秤控制器的軟件部分。

1.配料皮帶秤的組成結(jié)構(gòu)

先對被稱量的幾種物料給定一個質(zhì)量比例，對這幾種物料進(jìn)行累計計量并定量配比的衡器稱為配料秤。配料秤大體上可分為兩部分：機(jī)械秤體和變頻控制，變頻控制主要是變頻器和電機(jī)，機(jī)械秤體包括運(yùn)輸皮帶、秤架、平行托輥、大皮帶、稱重托輥、前后滾筒等。由于該配料秤采用雙通道設(shè)計，因而有兩個速度通道和重量通道llJ，當(dāng)一個通道出現(xiàn)故時，另一通道仍能正常工作，提高了配料效率。在配料皮帶秤的運(yùn)行過程中，首先由給料機(jī)進(jìn)行加料，物料落到運(yùn)輸皮帶的落料段后，經(jīng)由運(yùn)輸皮帶傳輸?shù)竭_(dá)有效稱量段，同時，裝在稱量段的四個稱重傳感器分別感受到重量信號，并將重量信號轉(zhuǎn)換為電信號，送人單片機(jī)。單片機(jī)采用累加法來計算物料重量。配料秤控制器將通過儀表盤顯示瞬時流量值，并將瞬時值與給定值不斷進(jìn)行比較，得到瞬時偏差。對偏差進(jìn)行PID控制后，單片機(jī)發(fā)出控制命令控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)——電機(jī)發(fā)出動作，通過不斷的調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變配料秤的瞬時流量，不斷減小偏差，使控制效果達(dá)到最優(yōu)，提高了配料秤稱量的精確度。

2.配料秤控制器的硬件電路設(shè)計

配料秤控制器的硬件電路部分主要包括AT91SAM7X256單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、3．3V電源電路、鍵盤與顯示接口電路、速度通道電路、重量通道電路(兩路)、通信電路等基本電路。由于采用了無測速傳感器技術(shù)，有時可省去速度通道電路。

2.1AT9lSAM7X256單片機(jī)最小系統(tǒng)電路配料皮帶秤控制器的主控芯片采用美國AT—MEL公司生產(chǎn)的AT91SAM7X256單片機(jī)。該單片機(jī)集成了ARM7TDMIARMThumb處理器，有高性能的32位RISC架構(gòu)，高密度的16位指令集，具有低成本、低功耗、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計指標(biāo)要求。AT91SAM7X256單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路如圖3所示。該電路中，電源電壓：VDDIN一3．3V，VDDIO一3．3V．VDDOUT一1．8V，VDDCORE一1．8V，VDDFLASH一3．3V單片機(jī)外接18．432MHz的晶振。PA11和PAi0這兩個引腳被配置為Ic模塊的引腳，單片機(jī)與鐵電存儲器FM24C16通過這兩個引腳相連。

2.2鍵盤、顯示接口電路

鍵盤與顯示接口電路通過SPI接口和單片機(jī)進(jìn)行通信。采用BC728l作為該電路的控制芯片，BC7281是8位／16位LED數(shù)碼管顯示及鍵盤接口專用控制芯片，它的驅(qū)動輸出極性及輸出時序均為軟件可控。顯示電路用于4位流量、8位累計量以及控制器的工作狀態(tài)等的顯示。鍵盤電路上安有2O個鍵，分別是上下移動鍵、6個功能鍵(主要用于控制調(diào)零、掛碼、實(shí)物標(biāo)定、數(shù)字輸入等)、10個數(shù)字鍵、鎖鍵、結(jié)束鍵。

2.3 3．3V電源電路設(shè)計

電源電路為整個配料秤控制器提供能量，提供的電壓是否穩(wěn)定、保護(hù)電路是否合理、對芯片是否有損壞、輸入／出電壓電流是否合理穩(wěn)定、能否降低紋波噪聲，這些都是設(shè)計電源電路需要考慮的問題。

2．4重量通道電路

由于采用雙通道設(shè)計，因而重量通道電路有兩路，分別為前向通道和后向通道。前后兩向通道之間的距離為0．6m，皮帶的寬度為1In。采用中原電測公司生產(chǎn)的的CZL6F型號的壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)重量數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)有重物通過配料秤有效稱量段時，傳感器的橫粱受壓，根據(jù)壓力傳感器的原理，貼在上面的電阻應(yīng)變片產(chǎn)生形變，該形變直接導(dǎo)致阻值變化，電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，實(shí)現(xiàn)了重量信號到電信號的轉(zhuǎn)變。設(shè)計采用CS5532芯片進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，該芯片為16／24位ADC芯片。由現(xiàn)場的實(shí)測數(shù)據(jù)可得，在外接晶振為4．096MHz，字速率wR3-WR0位為1000的前提下，CS5532ADC轉(zhuǎn)換器的采樣頻率為3200Hz。

2．5通信電路

設(shè)計采用RS一232C和RS一485串行通信電路。RS一232C是目前最常用的一種串行通信接口，主要用于短距離的通信，如配料秤和上位機(jī)的通信。配料秤控制器采用8P3232芯片實(shí)現(xiàn)RS一232C通信。RS一485主要用于長距離的通信，如與現(xiàn)場的其他設(shè)備進(jìn)行通信。

3.配料秤控制器的軟件設(shè)計

由于整個配料秤控制器軟件龐大、復(fù)雜，因此設(shè)計將FreeRTOS操作系統(tǒng)移植到AT91SAM7X256單片機(jī)上，將復(fù)雜的系統(tǒng)分成各個任務(wù)，分模塊進(jìn)行執(zhí)行，合理而有效的利用了CPU資源，使應(yīng)用軟件的設(shè)計更為簡化，而且該系統(tǒng)具有多任務(wù)處理能力，便于其進(jìn)行實(shí)時、同步、可靠的處理數(shù)據(jù)。配料秤控制器的主程序是將Fre—eRTOS操作系統(tǒng)移植到AT91SAM7X256單片機(jī)上，首先配置各處理器，初始化系統(tǒng)。接著開啟各個任務(wù)，分別為秒任務(wù)、皮帶速度和重量檢測任務(wù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制任務(wù)，通信任務(wù)，各個任務(wù)輪流執(zhí)行。FreeRTOS操作系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各模塊任務(wù)之問的工作，給各子程序合理的分配空間。通過程序設(shè)定任務(wù)執(zhí)行的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的任務(wù)先執(zhí)行?？刂扑惴ǖ能浖鞒讨饕獮椋洪_始一一給定設(shè)定值一計算偏差、偏差變化一PID控制一輸出一結(jié)束。

4討論

由于配料秤的工作現(xiàn)場環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的51系列的單片機(jī)控制精度低，不足以滿足現(xiàn)場的需求。采用32位的ARM系列單片機(jī)后，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量，其精度可達(dá)到l。

5結(jié)論

該配料秤控制器基于AT91SAM7X256單片機(jī)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了對配料秤流量及時、準(zhǔn)確控制，從而可實(shí)現(xiàn)各物料流量的準(zhǔn)確配比。經(jīng)砝碼標(biāo)定可得，將0．1t的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放到秤架上，顯示器顯示0．099t，稱量精確度達(dá)到1%，并具有抗干擾性強(qiáng)、控制實(shí)時性強(qiáng)，但其對現(xiàn)場的隨機(jī)變化缺乏控制的靈活性。

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