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0引言

稱重控制器是一種實(shí)時(shí)測(cè)量物料重量并根據(jù)重量自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)的智能儀器，廣泛應(yīng)用于包裝、配料等工藝流程中。國(guó)內(nèi)在定量稱重控制器方面進(jìn)行了多方面的研究，也設(shè)計(jì)出一批高性能、功能完備的稱重控制器，但也存在改進(jìn)之處，如維護(hù)困難、精度低、配料時(shí)間長(zhǎng)等。同時(shí)，集成電路和控制算法的發(fā)展也為研究和設(shè)計(jì)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(jì)量斗和夾袋機(jī)構(gòu)組成備料斗用于存放要包裝的物料，通過(guò)提升機(jī)保證備料斗有足夠的物料；計(jì)量斗兩側(cè)裝有重量傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)得計(jì)量斗內(nèi)物料重量；夾袋機(jī)構(gòu)可根據(jù)控制信號(hào)夾住或松開(kāi)包裝袋；稱重控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。虛線表示檢測(cè)或控制信號(hào)。開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，稱重控制器對(duì)備料斗發(fā)出投料信號(hào)，物料從備料斗進(jìn)入計(jì)量斗。計(jì)量斗把物料重量反饋給控制器。稱重控制器根據(jù)當(dāng)前重量和目標(biāo)重量，自動(dòng)控制備料斗依次按大、中、小3種速度向計(jì)量斗卸料，使物料快速精確進(jìn)入計(jì)量斗。當(dāng)計(jì)量斗物料重量達(dá)到目標(biāo)值，停止卸料。若此時(shí)包裝袋已準(zhǔn)備好，控制器通知計(jì)量斗向包裝袋卸料，卸料結(jié)束后松開(kāi)包裝袋自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)過(guò)程。該稱重控制器具有16路開(kāi)關(guān)量輸入／輸出，落差自動(dòng)修正和零位跟蹤功能，可實(shí)現(xiàn)除了人工上袋外的全部物料自動(dòng)包裝過(guò)程，且雙控制器可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，進(jìn)一步提高包裝效率。

2.硬件設(shè)計(jì)

稱重控制器硬件部分包括單片機(jī)及其外圍電路、傳感器信號(hào)測(cè)量電路、鍵盤(pán)和顯示、輸入輸出、系統(tǒng)時(shí)鐘和通信等部分。

2.1單片機(jī)

單片機(jī)采用臺(tái)灣華邦的W77E58，該單片機(jī)除具有5l系列單片機(jī)的全部功能，還有如下特點(diǎn)：完全與MCS一51兼容的芯片，速度比標(biāo)準(zhǔn)5l快2．5倍以上；512B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(其中256B以MOVX訪問(wèn))，32KB程序存儲(chǔ)器；3個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；內(nèi)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(shù)據(jù)的處理等任務(wù)均由W77E58完成。

2.2傳感器信號(hào)測(cè)量電路

物料包裝系統(tǒng)中使用的稱重傳感器為電阻應(yīng)變式稱重傳感器，其原理為應(yīng)變電阻構(gòu)成的惠斯登電橋…。電橋輸出的信號(hào)很微弱，一般只有幾mV．測(cè)量電路主要完成稱重傳感器信號(hào)放大，并通過(guò)ADC采樣得到用于單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)。橋路信號(hào)采樣首先需將信號(hào)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(dá)到比較高的測(cè)量精度則需要高分辨率的ADC，對(duì)于一般稱重系統(tǒng)在設(shè)計(jì)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【2兒3。。AD7730是AnalogDevices推出的24位乏一△串行ADC，非常適合于稱重等精密測(cè)量應(yīng)用。主要特點(diǎn)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(jì)數(shù)達(dá)230，000；可編程濾波器；可編程增益放大器；可提供內(nèi)部校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)；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(shù)字部分分別單獨(dú)供電。系統(tǒng)采用的傳感器為m—c3型電阻應(yīng)變式稱重傳感器，其靈敏度為2．000mV／V，在5V電壓激勵(lì)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(guān)，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(lái)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(wǎng)頻率(我國(guó)為50Hz)干擾可能會(huì)產(chǎn)生失調(diào)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(shí)線路頻率共模抑制優(yōu)于90dB，能夠達(dá)到近80，000個(gè)計(jì)數(shù)相當(dāng)于16．5位的有效分辨率，完全能夠滿足系統(tǒng)測(cè)量的要求。對(duì)于橋式測(cè)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(guān)的，要求供橋電源能夠?qū)囟?、時(shí)間等因素具有良好的穩(wěn)定性能。這就需要設(shè)計(jì)專用的供橋電源以保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和測(cè)量精度。AD7730的基準(zhǔn)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(cè)量電路接成比率測(cè)量方式，電橋激勵(lì)電壓的輸入同時(shí)也作為AU7730的參考電壓，激勵(lì)電壓的變化不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，能夠保證測(cè)量精度。比率測(cè)量工作方式無(wú)需精確穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓源即可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，降低了對(duì)供橋電源的要

3軟件設(shè)計(jì)

3.1初始化

初始化主要是初始化外圍各芯片，如實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DSl2887、鍵盤(pán)顯示芯片CI-t451、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7730，設(shè)置中斷，串口配置，并將默認(rèn)的參數(shù)從EEPROM讀入RAM中。

3.2標(biāo)定

當(dāng)系統(tǒng)的工作參數(shù)或者工作環(huán)境發(fā)生變化后，需重新調(diào)整AD的零點(diǎn)和增益，以及重量與AD采樣值的轉(zhuǎn)換系數(shù)，并將它們存人EEPROM，此過(guò)程稱為標(biāo)定。

3.3通訊程序

通訊程序包括兩部分。第一部分是兩個(gè)控制器同時(shí)工作時(shí)主副之間的通訊。雙控制器之問(wèn)的通訊確保對(duì)同一袋物料包裝時(shí)協(xié)調(diào)同步，包括副機(jī)請(qǐng)求卸料，主機(jī)批準(zhǔn)卸料，主機(jī)查詢副機(jī)狀態(tài)的命令，傳送累積量等；第二部分是單控制器與計(jì)算機(jī)之間的通訊。單控制器與計(jì)算機(jī)之間的通訊包括計(jì)算機(jī)對(duì)儀表時(shí)間和三級(jí)密碼設(shè)定和下載系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)功能。

3．4自動(dòng)控制過(guò)程

控制器在運(yùn)行時(shí)能夠自動(dòng)控制快、中、慢下料、計(jì)量斗卸料及松袋的全部過(guò)程?？刂品椒ú捎没跁r(shí)間的過(guò)程控制。其工作過(guò)程說(shuō)明如下：

(1)啟動(dòng)，同時(shí)開(kāi)啟大投、中投和小投，快速下料；

(2)當(dāng)物料的稱重值>大投值，則關(guān)閉大投信號(hào)進(jìn)行中速加料，并等待t。時(shí)間(用于避免過(guò)沖)；

(3)繼續(xù)下料，當(dāng)稱重值>中投值，關(guān)閉中投信號(hào)進(jìn)行慢速下料，并且再等待t。時(shí)間；

(4)當(dāng)物料的稱重值>目標(biāo)值一落差值時(shí)，則關(guān)閉小投信號(hào)停止加料，并啟動(dòng)t：定時(shí)器(用于避免計(jì)量斗振動(dòng))；

(5)t：時(shí)間到后，判斷夾袋延時(shí)時(shí)間t5是否到，不到則等待，時(shí)間到則將物料卸人包裝袋；

(6)卸料過(guò)程中，當(dāng)稱重值≤零區(qū)值時(shí)，延時(shí)t，后關(guān)閉卸料信號(hào)，同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器t。和t。，f。到時(shí)則向夾袋機(jī)構(gòu)發(fā)出松袋信號(hào)，松開(kāi)包裝袋；

(7)t．時(shí)間到則啟動(dòng)下一個(gè)過(guò)程。其中目標(biāo)值、大投值、中投值、落差值、零區(qū)值以及各時(shí)間參數(shù)由用戶設(shè)定，以滿足現(xiàn)場(chǎng)包裝的需要。合理調(diào)節(jié)重量參數(shù)和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)合的快速包裝。

4結(jié)束語(yǔ)

控制器采用高精度多功能模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7730，保證了系統(tǒng)精度和動(dòng)態(tài)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)性，簡(jiǎn)化了外圍電路設(shè)計(jì)。多功能鍵盤(pán)顯示芯片CH451的使用也節(jié)省了控制器的開(kāi)發(fā)時(shí)間。該稱重控制器經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和改進(jìn)，現(xiàn)已進(jìn)入試用階段，表明該裝置操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，精度和速度完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)的要求。

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