ARM传送皮带秤计量配料控制器设计方案

1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：基于ARM勺传送皮带秤计量配料控制器的设 计年级：2003级本科专科学生学号：20035333学生姓名：陈昊指导教师：李众立 罗亮学生单位：信息工程学院技术职称：教授讲师学生专业：自动化教师单位：信息工程学院基于ARM勺传送皮带秤计量配料控制器的设计摘要：嵌入式系统是一种面向具体应用的将底层硬件，实时操作系统和应用软件相 结合的专用计算机系统，其广泛应用于控制领域，消费电子产品等行业，已成为现 代电子领域的重要研究方向。也越来越多的应用于工业控制领域中。水泥厂的生料 配料是将经过粗加工的水泥原料按一定比例混合

2、在一起的过程，提高生料配料的精 度在水泥生产过程中是保证水泥煅烧质量的重要条件，但是目前我国很多的中小水 泥厂由于资金不足采用人工配料，无法快速，准确，实时的控制生料配料，本文设 计了一种采用基于ARM内核的LPC2132单片机作为核心控制器的水泥配料控制系 统，该系统主要能够完成对原料的配送，检测，管理和自动控制。控制算法采用PID 算法，数字滤波采用中值平均算法，能够有效改善系统的控制性能，达到快速，实 时，精确的对水泥原料进行配比。关键词：皮带秤；ARM单片机；数字滤波；PIDThe Desgin of automatic cement burden Controllorand ARM

3、RealizedAbsract: Embeded system is the speciality computer system ,which the bottom hardware, the Rtos and the application software are united ,it has been used in the fields of control ,consumer electronic product and etc .it has been one of the most important research aspect of the electr on field

4、.a nd it has bee n more and more used in the in dustry con trol fields too. The ceme nt burde n system is a process which mixed raw materialstis very importa nt that inhance the accurate of ceme nt burde n system in process which mix the raw materials.But now many small and medium-sized factory due

5、to in sufficie nt fun ds, so they have to used artificial in gredie nts, not rapid, accurate, Real-time con trol these raw in gredie nts.This paper in troduce aotomatic ceme nt burde n system which used ARM LPC2132 as a core con trollor. The feed ing of row matierals,detectio n,man ageme nt and auto

6、matic con trol are accomplished by the system.the con trol algorithm used PID algorithm. Digital filter used ,the control performanee of system can be improved by them. achieve rapid, real-time, accurate right raw materials for ceme nt ratio. The ceme nt burden system is a process which mixed raw ma

7、terials.It s very important that inhance the accurate of ceme nt burde n system in process which mix the raw materials.Keyword: ARM MCU , belt weigher, digital filter, PID目 录第一章绪论11.1 课题的背景目的及意义 11.1.1 课题的背景11.1.2 课题的目的及意义11.2 系统设计内容 1第二章控制器设计概述32.1 水泥配料系统的工作原理 32.2 系统硬件概述 32.3 系统软件设计概述42.4 系统的功能 42

8、.4.1 手动运行52.4.2 自动运行5第三章ADS集成开发环境及EasyJTAG仿真器介绍 73.1 ADS集成开发环境73.2 EasyJTAG 仿真器7第四章控制器的软件设计 94.1 系统软件概述 94.2 A/D采样模块94.2.1 A/D 动态采样 94.2.2 A/D 静态采样 144.3 D/A输出模块174.4 数据处理方法 174.5 速度脉冲模块 214.6 控制策略（PID算法） 23第五章调试285.1 调压 285.2 动态调试 285.2.1 零点电压校正 28522采样数据修正285.3 静态调试： 295.3.1 零点电压校正 295.3.2 数据修正295

9、.4 参数整定方法 29结论32致谢33参考文献34附录1 35附录2 46第1章绪论1.1 课题的背景目的及意义1.1.1 课题的背景目前我国中小型水泥厂在水泥生产中的比重越来越大，在企业生产工艺过 程中，需要将各种原料按照一定的比例配成混合物料，配比的准确性以及配料 系统的可靠性都将直接影响产品的质量和企业的经济效益。目前我国大部分中、小水泥厂在水泥生产过程控制和生产管理上仍然比较原始或落后。生产的质量 很不稳定，生产环境恶劣。究其原因，由于市场竞争激烈，它们的产品质量、价 格难以和大型水泥厂如海螺集团抗衡，另外也由于国家的政策调控如关停能耗 高、污染重的企业的原因，这些厂进入一种恶性循环

10、，效益低下，技改资金紧缺，技术力量不足，技术人才相当缺乏。在工业生产中，很多情况下是通过现场操 作人员按照配比，人工调节给料机的给料量。其缺点是给料量的大小完全靠操 作人员的经验或人工跑盘的结果来决定，配比精度较差，操作人员劳动强度大， 自动化水平极低。因此实现高精度自动配料对工业企业生产具有重要的意义。1.1.2 课题的目的及意义通过设计水泥配料自动系统，能够在中小水泥企业中推动技术革新， 提高广 大中小水泥企业的生产效率，减小现场操作人员的劳动强度，快速，实时，精确 的进行水泥物料的配比，提高中小水泥企业在市场竞争中的竞争力， 获得更高的 经济效益。此外本课题需要完成一个完整系统的设计，涉

11、及到电子技术、传感器技术、 计算机应用与控制技术，数字滤波等多学科性知识，是一个硬软件相结合的设计 性题目。本课题能提高我的检索资料的能力、电子系统设计的能力、实际动手的能力、分析排除故障的能力以及创新设计的能力等。并且，可以通过此次设计， 很好的掌握系统设计的工作流程、开发步骤，熟悉 AR单片机开发的编程语言。1.2 系统设计内容该系统主要是针对水泥生产的配料过程进行自动配料，以达到配比精度高，减少操作人员工作强度的目的，系统设计的详细任务如下：（1）数据采样，该控制器能够对传感器传上来的电压信号进行准确的采样。（2）数据显示，分为编辑和统计功能，可显示编辑台时配比调整系统和皮重。(3) 能

12、够通过改变变频器的电压值来改变皮带速度。(4) 能够根据实时流量和设定值的差值自动进行流量调整。实现所有的硬件、软件设计、系统整体调试、形成可以正常运行的产品为 本次设计的最终目标，但我所做的工作主要是对 A/D采样，D/A输出，对采样 数据进行处理以及用PID控制策略对系统进行控制。第2章控制器设计概述2.1 水泥配料系统的工作原理水泥生产原料经过磨碎后分别存入原料库中， 库底由棒状卸料阀进行卸料， 并安装一台皮带称，当系统启动运行时，需要下料的原料库卸料阀门打开，原 料流到皮带称上，电机带动皮带按照设定的速度转动，随着皮带的转动，下料 口的原料被皮带拉出，系统通过对皮带机上的原料称重和皮带

13、转动的线速度计 算出流量，并与设定的流量比较，若有偏差则调整皮带机的转速，以达到按一 定的比例和流量进行配料的目的。2.2 系统硬件概述系统硬件构成：由四路独立的定量计量系统构成，每路都包含动态申克皮带调速称、静态 斗式称，每条路都可以实现“动态”、“静态”、“动态加静态称”构成四路独立 的、双称高精度的、三种模式的定量计量控制系统，可以组合成2-4个组分，构成1或2个微机配料系统。控制系统能实现对系统内所有设备的启、停控制（如外围输送设备）和管理。皮带秤：本系统共有4台皮带秤，每台皮带秤的最大流量是 0.5吨/小时， 在皮带秤的右方安装有1台电机，用于拖动皮带转动，为了满足要求，因此在 电机

14、上安装了齿轮变速装置，用于降速。（转速较慢）提升机：有2抬提升机，分别将水泥原料从地下的储料室提升到皮带秤上 方的储料仓里，用于向皮带秤提供物料。动态秤荷重传感器：安装在皮带秤上靠近出料口的下方，测量范围从0到50公斤，采集得到的电压信号为 5伏。静态秤荷重传感器：安装在静态秤出料口的下方，测量范围从0到33公斤， 采集得到的电压信号为5伏。测速电机：安装在皮带秤的电机上，能够将电机的转速以脉冲的形式传送给变换器，齿轮转动时，每过1个齿，发出1个脉冲，输出的脉冲电压信号为 12伏。变频器：变频器安装在电气控制柜中，能够将给定的电压信号传送给皮带 秤上的电机，用于调整皮带的转速。线性电源：也就是

15、1台变压器，安装在电气控制柜中，由于电气控制柜中安 装有很多A/D或D/A变换器，因此需要提供工作电压，线性电源能够将220伏转换为12伏作为这些变换器工作的基准电压。该称配料系统可以进行手动操作或自动运行，简单方便。整个系统由4台电气控制柜分别对4台皮带秤进行控制。电气控制柜：该系统共有4台电气控制柜，用于控制4台皮带秤，可手动 或自动，其面板图见附录二。在每台电气控制柜中安装有很多变换器，用于将 上述3种传感器采样得到的电压信号转换为 LPC2132可以承受的电压3.3伏， 此外变频器，线性电源也安装在里面。我要完成的主要是水泥称配料系统的自动运行控制器的设计。系统原理框图如图2-1所示：

16、该控制器是采用基于 ARM架构的单片机LPC2132,对传感器输出的模拟 量进行数据采集和处理，并为使用者提供了 LED显示模块，使智能化程度更高、 结构更紧凑、功能更丰富。该系统的粗略框图如下图所示，模拟量通过传感器 经过变送器和滤波器变为03.3V，再由A/D转换器变为数字信号后，送给单 片机2132和LED显示器，一旦测得的流量与设定值有偏差，则单片机2132就 通过D/A向变频器发出电压信号，改变皮带转速，以达到调整流量的目的。2.3 系统软件设计概述系统软件采用模块化设计，功能组态方便。基本软件模块包括以下几大模 块。(1) A/D采样模块(2) LED显示模块(3) D/A输出模块

17、(4) PID控制算法模块()控帀算法模犬 图2-1系统硬件结构原理框图(5) 速度脉冲模块其中PID控制算法模块是整个软件的核心。2.4 系统的功能定量配料实践教学系统是由西南科技大学制造学院与绵阳市盛实自动化 有限公司共同研究开发的集实验教学与生产实践于一体的新装备。该装备以当 前水泥生产现场定量配料的真实的多台皮带秤和斗式秤为基础，以自主研究开 发的ARM嵌入式定量配料控制器为核心，完成真实的定量配料生产过程控制 任务。系统要求4台秤以两台为1组，1组流量为2吨/小时，1组流量为0.5吨/小时 系统要求要能完成以下操作：2.4.1 手动运行1. 将操作面板左上方的“变频秤”旋钮打至“手动

18、”状态，此时可通过调 节动，静态系数进行校秤。2. 往上打开操作板右方的“校秤”开关，指示灯亮，动、静态秤 LED显示 表亮，第1位显示“ A ”（表示现在显示的是动、静态秤系数调节），后面3位 是调节量，转动LED显示表下方相应的滑动变阻器调节，则动，静态秤 LED 显示表后3位调节量会发生相应变化，可调节系数直到满意为直到满意为止，往下关闭“校秤”开关，指示灯灭。（注意：“变频秤”旋钮打至“手动”状态 时才能调节，打至“自动”状态时不能调节。）2.4.2 自动运行1. 将操作面板左上方的“变频秤”旋钮打至“自动”状态。2. 若要调节给定流量，打开操作面板右上方的“流量给定”按钮，指示灯亮，

19、动、静态秤LED显示表亮，第1位显示“ b”（表示现在显示的是动、静态 秤给定量），后面3位是调节量，转动LED下方相应的滑动变阻器，则动，静态 秤LED显示表后3位调节量会发生相应变化，可调节给定量直到满意为止，关 闭“给定”按钮，指示灯灭。（注意：“变频秤”旋钮打至“自动”状态时才能 调节，打至“手动”状态时不能调节。）3. 确定校秤和给定设置好后，将操作面板上的变频器旋钮打至“手动”状 态，同时打开操作面板右下方的“手动计量”按钮，动、静态秤开始自动运行， 若“手动计量”关闭，则动、静态秤停止自动运行。该系统能提供很强的供学生学习、操作的定量配料功能，每路定量计量系 统可以实现手动、自动

20、和有DCS网络控制等多种控制功能。整个微机配料系统 能提供使学生通过仪表或者软件，采集或测试系统工作的基本参数的能力（如 调速电机的控制电压、带速、称重传感器的电源信号等等）。提供基于PC机的带JTAG接口的在线仿真系统控制软件开发平台，使任何 一台普通PC都可用于系统控制；提供研究该系统的部分样例程序（如外围接 点采样、控制，以及设备应用的样例程序）以供学生学习、研究。达到学生能 通过学习利用软件开发平台，自行编制控制软件（或部分控制软件）对系统中 的各个硬件设备乃至整个系统的工作进行控制。第3章 ADS集成开发环境及EasyJTAG仿真器介绍3.1 ADS集成开发环境ADS集成开发环境是A

21、RM公司推出的ARM核微控制器集成开发工具，英文 全称为ARM Developer Suite，成熟版本为ADS1.2。ADS1.2支持ARM1之前的所 有ARM系列微控制器，支持软件调试及 JTAGM件仿真调试,支持汇编、C、C+ 源程序，具有编译效率高、系统库功能强等特点，可以在Windows98、WindowsXP、Windows2000以及 RedHat Linux上运行。ADS1.2集成开发环境的组成ADS1.2由6个部分组成，如表3-1所示：表3-1 ADS 1.2 的组成部分名称描述使用方式代码生成工具ARM：编器，ARI的 C, C+编译器，Thum啲C, C+编译器，由 Co

22、deWarrior IDE 调用集成开发环境ARM连接器Varrior IDE工程管理，编译连接调试器AXDADW/ADU仿真调试指令模拟器armsd ARMulator由AXD调用ARM开发包一些底层的例程使用程序(如 fromELF )一些使用程序 CodeWarriorIDE调用ARM应用库C, C+函数库用户程序使用3.2 EasyJTAG 仿真器EasyJTAG仿真器是广州周立功单片机发展有限公司开发的LPC2000系列ARM7微控制器的JTAG仿真器，支持ADS1.2集成开发环境，支持单步、全速及 断点等调试功能，支持下载程序到片内FLASH和特定型号的片外FLASH，采用ARM公

23、司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口。其主要特点如下：采用RDI通讯接口，无缝嵌接ADS1.2和其它采用RDI接口的IDE调试环境。 高达1M速率的JTAG时钟驱动。采用同步Flash刷新技术(synFLASH，同步下载用户代码到Flash中，即下即调采用同步时序控制技术（synTIME）,仿真可靠稳定。支持32位ARM指令/16位THUM指令的混合调试。增加映射寄存器窗口，方便用户查看/修改寄存器数值。 微型体积设计，方便用户灵活使用。第4章控制器的软件设计4.1 系统软件概述作为该系统的主要部分，系统的软件设计是该系统是否具备自动配料功能 的重要条件，通过对皮带自动配料系统工作原理的分析

24、，该系统主要包括以下 几？大功能，因此对系统软件采取模块化设计，功能组态方便，基本程序模块 包括初始化程序，中断服务程序等，其中中断服务程序又包括（1）A/D采样模块（2）D/A输出模块（3）PID控制算法模块（4）LED显示模块（5）脉冲测试模块以上模块就是能够实现系统功能的软件模块，在编程语言方面采用了我们 教为熟悉并且应用很广泛的C语言，还有少量汇编语言（仅作初始化用）4.2 A/D 采样模块作为皮带配料系统，其工作原理首先要求的就是能够对正在皮带称上运动 的水泥原料进行质量测试，通过对皮带称的结构分析得出，需要质量采样的地 方有两处，一处是皮带上运动的物料，另一处则是皮带称出料口出料仓

25、里所装 的物料，因此整个A/D米样模块可分为动态米样和静态米样两大部分。4.2.1 A/D 动态采样这一模块主要针对随皮带运动的水泥物料的质量检测，在皮带称下方安装 有一台压力传感器，它能将在皮带上运动的物料的压力信号转化为电压信号， 传给控制器。为了能够获取其传出的电压值，有以下工作要完成，其程序结构如下： 初始化管脚 进行ADC模块设置 定时器初始化 中断设置 中断服务程序（A/D动态采样） 返回(1) 初始化管脚PINSELO = 0x00000000;设置管脚连接 GPIOPINSEL1 = 0x15400000;p0.27,p0.28,p0.29 p0.30设置为 AIN0，AIN1

26、,AIN2，AIN3(2) ADC模块设置由于开发板自带有A/D转换电路，因此，不需要再接外接电路，只需在软 件中进行设置即可，由于A/D转换器ADC(A/D converters)的基本时钟由VPB 时钟提供，每个转换器包含一个可编程分频器，可将时钟调整至逐次逼近转换 所需的4.5MHz，完全满足精度要求的转换需要11个转换时钟。使用ADC模块时，先要将测量通道引脚设置为 AINx功能，然后通过ADCR寄 存器设置ADC的工作模式，ADC转换通道和转换时钟(CLKDIV 时钟分频 值)，并启动ADC转换。可以通过中断的方式等待 ADC转换完毕，转换数据 保存在ADDR寄存器中。ADC转换时钟

27、分频值计算公式如下：CLKDIV=Fpclk / Fadclk 1其中：Fadclk为所要设置的ADC时钟，其值不能大于4.5MHz。因此，取转换时钟设置为1MHz,使用AIN0进行10位ADC转换的初始化 程序如下：/*进行AD模块设置，其中x<<n表示第n位设置为x(若x超过一位，则向高位顺延) */ADCR = (1 << 0)/ SEL = 1，选择通道 0(Fpclk / 1000000 - 1) << 8) / CLKDIV = Fpclk / 1000000 -1 ，即转换时钟为1MHz(0 << 16)/ BURST = 0，软件

28、控制转换操作(0 << 17)/ CLKS = 0，使用11clock转换(1 << 21)/ PDN = 1，正常工作模式(非掉电转换模式)(0 << 22)/ TEST1:0 = 00，正常工作模式(非测试模式)(1 << 24)/ START = 1，直接启动/ADC转换(0 << 27);/ EDGE = 0 (CAP/MAT 引脚/下降沿触发ADC专换)(3) 定时器初始化由皮带配料系统采样原理可知，需要每25ms采样一次，因此可采用定时器匹配的工作方式，每25ms匹配一次，当匹配成功，此时就产生中断。其基本操作流程为：1.

29、 计算定时器的时钟频率，设置 PR进行分频操作2. 设置比较匹配通道的初值及其工作模式3若使用定时器的相关中断，贝U设置 VIC,使能中断4.设置TCR,启动定时器其中要使用的寄存器为 T0PR，T0MCR， T0MR0， T0TCRvoid TimeOlnit(void)/* Fcclk =Fosc*4 =11.0592MHz*4 =44.2368MHzFpclk=Fcclk/4=44.2368MHZ/4=11.0592MHz*/T0PR =99;/设置定时器0分频为100分/频，得 110592HzT0MCR=0x03;/匹配通道0匹配中断并复位T0MR0=110592*0.025;/比较

30、值(25mS定时值)T0TCR=0x03;/启动并复位T0TCT0TCR=0x01;(4) 中断设置LPC2132通过向量中断控制器(VIC )管理中断，使用VIC的IRQ中断处 理过程如下：(1) 用户程序首先要初始化(VIC)使能相关中断，然后正常运行用户程序(2) 有IRQ中断产生时，VIC将会根据中断源设置 VICVectAddr寄存器为 相应中断服务程序地址(3) 切换处理器工作模式为IRQ模式,并跳转到异常向量表的IRQ的中断 入口 0x00000018 处(4) 读取VICVectAddr寄存器的值，然后放入 PC程序指针，跳转到相应中断服务程序(5) 中断服务中执行相应的中断处

31、理，清除中断标志(6) 中断服务完成后，切换原来的模式，并返回原中断点 整个中断处理过程见下图4-1：图4-1中断原理示意图II所有中断通道设置为IRQ中/定时器0中断通道分配最高II设置中断服务程序地址II使能定时器0中断因此，对定时器0在25m$匹配设置中断的初始化的程序如下:/*设置定时器0中断IRQ */VICI ntSelect = 0x00;断VICVectC ntl0 = 0x24;优先级（向量控制器0）VICVectAddr0 = （ui nt32）IRQ_Time0;向量VICI ntE nable = 0x00000010;（5）中断服务程序根据皮带秤A/D采样原理得出，每

32、当经过25ms,定时器0匹配后回产生 一个中断，此时程序将跳入中断服务程序中，执行诸如 A/D转换，数据处理等 工作，因此，这部分程序将是整个模块功能的体现者，其采样程序如下：ADCR = (ADCR&0xFFFFFF00)|0x02|(1 << 24);/切换通道并进行第一次转换，采样AIN1while( (ADDR&0x80000000)=0 );/ 等待转换结束ADCR = ADCR | (1 << 24);/ 再次启运转换while( (ADDR&0x80000000)=0 );ADC_Dataco unt = ADDR;ADC_Data

33、cou nt = (ADC_Datacou nt>>6) & 0x3FF;ADC_Datacou nt = ADC_Datacou nt * 3300;ADC_Datacou nt = ADC_Datacou nt / 1024;这样就得到了压力传感器传回的电压信号，在这里其实际电压ADC_DaTa为式(4-1)：(4-1)式中，VALUEad0dr表示从A/D转换寄存器读到的电压值整个A/D动态采样的程序流程图见下图 4-2：设置管脚连接GPIOp0.27,p0.28,p0.29p0.30 设置为 AINO ,AIN1,AIN2 , AIN3AD转换设置：通道选择，转 换

34、启动控制，转换时钟数， 转换模式初始化定时器0,等待中断I中断发生，跳入中 断服务程序ADC模块开始样，获取采样电压数字中值滤波算法算术平均值滤波算法得到最终1秒采样值图4-2 A/D采样流程图4.2.2 A/D 静态采样这一模块主要针对出料仓中的水泥物料的质量检测，它的过程和A/D动态采样过程基本上一样，都是每25ms定时器匹配一次，产生中断，然后主程序跳转至中断服务程序，执行采样，一直到每 200ms 8个采样值采样结束，然后 排序，取中间值，1s钟内重复以上过程，得到5个采样值，对这5个采样值求 和，再取平均值，就能够得到接近于出料仓中真实值的采样值，其程序结构与 动态采样的结构是一样的

35、，有如下结构：(1) 初始化管脚(2) 进行ADC模块设置(3) 定时器初始化(4) 中断设置(5) 中断服务程序(静态)(6) 返回(1) 初始化管脚/ 设置管脚连接GPIOPINSEL0 = 0x00000000;PINSEL仁 0x15400000;p0.27,p0.28,p0.29p0.30/ 设置为 AIN0, AIN1,AIN2，/ AIN3(2) ADC模块设置这里的ADC模块设置与动态时对ADC的设置是一样的，具体过程就不在 详述。ADCR = (1 << 0)(Fpclk / 1000000 - 1) << 8)(0 << 16)(0<

36、;< 17)(1 << 21)/(0 << 22)/ BURST = 0/ PDN = 1/ TEST1:0 = 00/ SEL = 1 ，选择通道0/ CLKDIV = Fpclk / /1000000 - 1 ，即转换时/钟为1MHz，软件控制转 /换操作CLKS= 0，使用 11clock/转换，正常工作模 式(非掉电转换模式)，正常工作/模式(非测试模式)(1 << 24)/ START = 1，直接启动ADC/转换(0 << 27);/ EDGE = 0 (CAP/MAT引脚下降/沿触发ADC专换)(3) 定时器初始化静态A/D采

37、样的定时器0的初始化与动态时一样，其源代码如下：void TimeOlnit(void) /* Fcclk = Fosc*4 = 11.0592MHz*4 = 44.2368MHzFpclk = Fcclk/4 = 44.2368MHz/4 = 11.0592MHz*/T0PR = 99;T0MCR = 0x03;T0MR0 = 110592*0.025;T0TCR = 0x03;T0TCR = 0x01;(4)中断设置/设置定时器0分频为100分/ 频，得 110592Hz/匹配通道0匹配中断并复位/比较值（25mS定时值）/启动并复位T0TC当定时器0的25ms匹配时间到时，此时定时器应产

38、生中断，以便主程序 跳转到中断服务程序，对定时器中断进行设置的源代码如下：/*设置定时器0中断IRQ */VICI ntSelect =0x00;/所有中断通道设置为IRQ中/断VICVectC ntl0 :=0x24;/定时器0中断通道分配最高/优先级（向量控制器0）VICVectAddr0=(ui nt32)IRQ_Time0;/设置中断服务程序地址向量VICI ntE nable =0x00000010;/使能定时器0中断（5）中断服务程序中断服务程序的主要功能就是对采样模块传输回来的电压值进行采样，以得到此时皮带上流动的水泥物料的质量。其采样程序的源代码如下：/切换通道并进行第一次/转

39、换，采样AIN1/等待转换结束ADCR = (ADCR&0xFFFFFF00)|0x02|(1 << 24);while( (ADDR&0x80000000)=0 );ADCR = ADCR | (1 << 24);/ 再次启运转换while( (ADDR&0x80000000)=0 );ADC_Dataco unt = ADDR;ADC_Datacou nt = (ADC_Datacou nt>>6) & 0x3FF;ADC_Datacou nt = ADC_Datacou nt * 3300;ADC_Datacou nt

40、= ADC_Datacou nt / 1024;4.3 D/A输出模块对DAC模块进行设置DACR=(Da_data<<6)&0x0000ffc0; / 设置 DA专换int mai n (void)/ add user source codeui nt32 DA_data;DA_data = 400;PINSEL1 |= 1<<19; /P0.25选择 DAt效DAtra ns(DA_data);4.4 数据处理方法由于有各种各样的干扰，如环境温度、电场、磁场等，会使采样值偏离真 实值，为了降低采样数据的干扰，提高系统的性能，因此需要将干扰滤掉，也 就是进行滤

41、波。对于计算机系统，其滤波非常容易实现，就是设计一些计算程 序，称为数字滤波器，数字滤波可以实现各种各样的滤波。数字滤波器与模拟RC滤波器相比，具有以下优点：(1) 不需要增加硬件设备(2) 可靠性高(3) 可多通道共享(4) 可以对频率很低(如0.1Hz)的信号滤波(5) 使用灵活、方便，如可选择不同的滤波器和参数克服由外部环境偶然因素引起的突变性扰动或控制器内部不稳定引起误码 等造成的尖脉冲干扰，是仪器数据处理的第一步。通常采用简单的非线性滤波 法。如下列几种常用的数字滤波法。1 限幅滤波法限幅滤波法(又称程序判别法)通过程序判断被测信号的变化幅度，从而 消除缓变信号中的尖脉冲干扰。具体方

42、法是，依赖已有的时域采样结果，将本 次采样值与上次采样值进行比较，若它们的差值超出允许范围，则认为本次采 样值受到了干扰，应予删除。2 限速滤波限速滤波也是滤掉采样值变化过大的信号。限速滤波有时需要三次采样值来决定采样结果。(1) 限速滤波的方法 当|丫(2) - 丫(1)| > /丫时，不是取丫(1)作为本次的 采样值，而是再采样一次，取的 丫(3),然后根据|丫(3) - 丫(2)|与/丫的大小关 系，来决定本次的采样值。设顺序采样时刻t1、t2、t3所采集到的数据分别为丫、丫(2)、Y(3)当 |丫(2) - 丫(1)| W/丫 时，采用 丫(2)当|丫(2) - 丫(1)| &g

43、t; /丫时，不采用丫(2)，但保留，继续采样取得 丫(3) 当 |丫(3) - Y(2)| W/ 丫时， 采用 丫当 |丫(3) - 丫(2)| > /丫时，则取(Y(3) + Y(2)/2 为采样值(2) 限速滤波的特点：既照顾了采样的实时性，有顾及了采样值变化的连续性。不足之处：一是不够灵活，二是不能反映采样点数大于3时各采样数值受干扰情况。故应用受到限制。3 中值滤波中值滤波是对某一参数连续采集 n次(一般n取奇数)，然后把n次的采样 值从小到大、或从大到小排序，取其中间值作为本次采样值。中值滤波的功能对于去掉偶然因素引起的波动、或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉 动干扰有效。

44、中值滤波的应用系统适用与信号变化比较缓慢的系统，对于变化快速的信号，如流量、快速运 动的位移、角度等不适用。中值滤波的程序设计程序设计流程图如左图所示，为冒泡法排序(最后大数在前，小数在后) 求中值。4.算术平均值滤波(1) 算术平均值滤波是要寻找一个丫(k)，使该值与各采样值之间误差 的平方和为最小，见式(4-2):(4-2)(2) 算术平均值滤波公式由一元函数求极限值原理，得算术平均法数字滤波公式，见式(4-3)：(4-3)式中-为第k次采样N个采样值的算术平均值X(i) -第i个采样值N-采样次数(3) 算术平均值滤波的实质是把一个采样周期内N次采样值相加，然 后再除以采样个数N，得到该

45、周期的采样值主要用于对压力、流量等周期脉动的信号采样值进行平滑处理。不适用脉冲性干扰较严重的场合。N的取值，N大， 平滑度提高、灵敏度降低。通常对流量系统N取12次，对压力系统N取4次； 对于如无噪声干扰可不用平均滤波。从上面诸多数字滤波方法中我们可以看出，为了获取准确的采样数值，单 纯依靠一种滤波方法不能够获取尽可能准确的采样值，因此，在这个水泥配料 系统中，我们采取中值滤波和算术平均值滤波两种不同的方法复合形成的滤波 方法，组成复合数字滤波器，既能够对周期性的脉动信号作平滑处理，也能够 消除脉冲干扰。其方法是如采样20个数据，经过排序后可表示为，见式(4-4):X(1) < X(2)

46、 < X(3)< X(N)K N < 20(4-4)则去掉2个最大值和2个最小值后，其采样值取见式(4-5):(4-5)该式也称为防干扰的平均值滤波器。根据上述原理，因此对于水泥自动配料系统，采取每 25ms中断一次，对 压力传感器进行一次A/D采样，这样连续采样8次，获得8次采样值，al, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8,随后对这8次采样值进行采样大小比较，排序后得到式(4-6):X1 < X2 < X3 < X4 < X5 < X6 < X6 < X7 < X8(4-6)取中间值X5，由于8次采样用时2

47、00ms,因此每1s后取得有5个X5，此时 就采用算术平均值滤波法，将5个X5相加，再除以5,就可以得到经过复合数 字滤波器处理后的比较精确的采样值，其流程图见下图 4-3:8次采样值排序取中间值X(i)得到5个中间值X(i)求和刀X(i),求平均返回图4-3数字滤波程序流程图#defi ne N 8/#defi ne P 55uint32 ADC_DataN=0;/25ms 8uin t32 DB_dataP=0;/200ms 5uint8 count = 0;/uin t8 count2 = 0;/for (j=0;j<N-1;j+)根据流程图，它的源代码如下:/*中值平均值滤波算法

48、*/给定采样点数为8次特征值平均滤波次采样值个临时代表值数AD采样次数数200ms 5个值for (i=0;i<N-j-1;i+)if ( ADC_Datai>ADC_Datai+1)temp = ADC_Datai;ADC_Datai = ADC_Datai+1;ADC_Datai+1 = temp;coun t2+;if(cou nt2!=P) DB_datacou nt2-1 = ADC_DataN/2 ;8for(i=0;i<N;i+)ADC_Datai = 0;else/次采样后取中间值放/到临时代表区域清零采样区域得到5次值后将5个值取/平均值清零采样区域得到最终

49、的1s/值DB_datacou nt2-1 = ADC_DataN/2;for(i=0;i<N;i+)/ADC_Datai = 0;count2 = 0;for(i=0;i<P;i+)FDBdata +=DB_datai;FDBdata = FDBdata/P;/4.5 速度脉冲模块根据水泥自动配料系统的原理得知，为了达到对水泥物料的精确配比，特 别是自动的改变配料比，这时就需要从两个方面来对皮带上的物料进行比较， 一是从压力传感器上A/D采样得到的物料流量，根据皮带的转速，以及每单位 时间皮带移动的距离（皮带线速度）计算得到的水泥物料流量，二就是控制器 的设定值，当两者发生差异时

50、，这时就需要控制器对控制电机转动的变频器发 出信号，来改变皮带转速，以达到自动配料的功能。因此，怎样得到皮带的线速度是很关键的一点。通过对皮带秤的硬件分析，得知皮带秤上安装有一台测速发电机，当电机 转动时，它能够根据速度的快慢发出一个一个的脉冲，我们只需知道在单位时 间内测速发电机发出的脉冲数，然后测出皮带在这一段时间内所走的路程，然 后就能够知道测速电机每一个脉冲所代表的皮带行走的长度，这样，在系统运 行时，只要知道了在一定时间内测速电机所发出的脉冲个数，就知道了皮带所 运行的长度，再乘以动态采样得到的单位长度的质量，就能够计算出此时皮带 上的水泥原料的流量要想获得测速电机的脉冲信号，可以采

51、用捕获中断的方式，ARM单片机LPC2132拥有两个32位定时器/计数器，具有4路捕获电路，因此，可以通过 设置定时器，使当中断发生时，对脉冲引起的中断进行捕获并计数，这样就得 到了测速电机单位时间内发出的脉冲数了。其结构如下：（1）初始化（2）定时器设置（捕获）（3）返回定时器设置因为A/D采样时需要定时器0来匹配时间，所以我们只能对定时器1进行 捕获设置，其源代码如下：定时器1捕获中断服务程序void Timer1_Capl nt （void）uin t32 bak;bak=VICI ntE nable;VICI ntEn Clr=1 << 5;VICVectAddr = 0x

52、00;IRQE nable（）;/IRQ 中断使能CAPFIag+T1IR = 1 << 6;/ 清除 CAP1.2中 断标志VICI ntEn able=bak;4.6 控制策略（PID算法）在水泥配料系统中，控制方法对配料系统的稳定性，精度，灵敏度影响很 大，因此，选择合适的控制方法是整个系统的关键。常用的控制算法有很多种，比如比例P调节，微分I调节和积分D调节等，但是这些方法都各自有一定的缺点， 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度 S的大小不仅会 影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（ PI）调节 器，由于积分的作用，不仅能实现系统

53、无余差，而且只要参数S,Ti调节合理， 也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器 的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动 态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分 作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而 对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。因此，必须选择合适的控制算法。我们选择了基于以上算法的PID控制算法PID控制算法是计算机控制的一个广泛应用的基本算法，而PID控制的数字化是属于控制算法设计中的模拟化设计方法，它是由连续系统PID控制发展起来的，具有

54、原理简单，易于实现，鲁棒性强和使用面广等优点，在大多数工业 生产控制中效果较为满意，因此长期以来被广泛使用，不过用计算机实现PID控制，不仅仅是简单的把PID控制数字化，而是进一步与计算机的计算与逻辑 功能相结合起来，使之发展与改进，变得更加灵活多样，更能满足生产过程控 制中提出的各种要求。模拟PID控制器的理想算式见式（4-7）:（4-7）式中：u（t）控制量（控制器输出）e（t）被控量与给定值的偏差，即：e（t）=r（t）-y（t）kp 比例增益Ti积分时间常数Td微分时间常数将上式写成传递函数形式见式（4-8 ）:（4-8）式（4-7）的框图如图4-5所示图4-5 PID系统框图利用后向差分法可求出其对应的脉冲传递函数D（z），见式（4-9）:（4-9）式中T为采样周期，显然采用不同的离散化方法，可以得到形式相异的Z传递函数。实际上，针对（4-7）式，可以直接以矩形面积代替积分项，在时域将（4-7） 式转变成为便于计算机实现的差分方程得式（4-10）:（4-10）其中：u（k）为k时刻数字PID控制器的输出，它对应于执行机构的位置， 故称为位置式算法。在计算的过程中需要累加的输入误差，计算费时且占用的 内存较多，而且计算机的任何故障都会使执行机构