皮带配料秤单片机控制系统毕业设计

1、第1章 绪论 基于皮带配料秤单片机控制系统是在总结比较现有多种配料系统的总体结构，控制方法的基础上，并结合微机配料生产过程自动化要求不断提高的情况以及配料秤系统本身所处环境和所控对象特殊性、多样性的情况下设计研制而成的。该系统是一种用于测量和控制皮带输送机的速度和物料流量的实时控制器。实现了自动化管理，具有技术先进、功能比较完备、操作简单、应用灵活、运行可靠等优点。 皮带输送机广泛地应用于矿山、冶金、码头和化工等行业，对于散装的固态原料(如矿石、水泥、煤粉)进行自动输送，特别适合于高温、高空和有害环境下作业。对于食品等工农业生产也有很大的作用，例如：饲料的生产需根据各种牲畜的生长规律，在不同的

2、生长期需要成份含量不同的饲料；各种化工产品、建筑材料、农药的生产也是一样。配料质量控制的优劣直接关系着下游生产能否顺利进行。一方面为了提高产品的质量和产量，提高生产效率，另一方面对特殊性、多样性的环境，可以减轻岗位工人的劳动强度，保护了工人的安全。鉴于这种情况，我们就需要高精度高速度的皮带配料秤单片机控制器来进行自动控制。同时，优化设计研制技术先进、设备成熟、经济实用的单片机配料控制系统至关重要。 目前利用单片机和微机组成的皮带配料秤单片机控制器已广泛地应用在冶金、化工、建材、饲料加工等诸多行业，皮带配料秤控制系统不仅具有自动化程度高，配料连续性好，操作人员劳动强度低，而且配料精度高，产品质量

3、容易控制，还能实现动态物料的配比，自动和手动相结合，实现自动跟踪误差调整、自动称重、自动混合、自动显示。因此使用皮带配料秤单片机控制器能明显地提高工作效率，增加经济效益，提高管理的现代化水平。 随着单片机技术和微电子技术的发展，配料控制系统的发展经历了人工手动控制、机械电气控制、单片机控制、工业控制计算机集中控制等几个阶段。 第一阶段中，微机配料设备庞大，各设备之间互不联系，或联系甚少，由现场的操作人员决定是否要调整控制器。一个操作人员只能监视和操作一个至两个计量秤，并且手工记录配料的相关数据，在很大程度上产品的质量取决于操作员的熟练程度。 在第二阶段，随着电子管、晶体管技术的飞速发展，逐渐出

4、现了各种小型化的微机配料电动组合仪表。但电动组合仪表也存在着两大问题，一是电噪声的问题比较严重，为克服噪声，不得不采用极为复杂的电子线路：另一个问题由于微机配料系统所控对象所处环境常常都很恶劣，电子元器件的老化严重，抗干扰的能力和可靠性不高。 而单片机配料系统是在大规模集成芯片技术成熟的基础上应运而生的。单片机配料系统较的系统设计电路复杂程度低，可靠性也比以前的配料系统大大的提高，而且满足了用户实用性的要求。所以迄今为止，单片机配料系统在一定程度上占据了中小型企业配料生产的主控地位。 配料过程中的计量和检测是十分重要的。其计量方式也是多种多样，各有利弊。如果选择不合理，不仅使用效果不佳，也将给

5、生产造成不应有的损失。配料计量秤的分类计量按其称重方式分为：容量法和重量法两种。以水泥行业为例，单片机配料控制系统选用的都是重量法。重量法按其计量过程状态分为静态计量(或间断计量)和动态计量(或连续计量)。水泥生产微机配料系统中常用的静态计量设备有：斗式秤、减法量斗式配料秤(失重秤)、双悬臂间断给料皮带秤。其动态计量设备有：单悬臂恒速皮带秤、双悬臂连续给料恒速皮带秤、调速皮带秤、核子秤等。由于动态连续计量，可以保持生产过程的连续性，从而适应连续性生产工艺要求，并为配料时物料的均匀混合提供有利条件。同时，其计量速度快，有利于减轻计量过程的劳动强度，改善劳动条件和为生产过程自动化提供有利条件。因此

6、本课题是动态时时测量皮带上物料的重量。 早在70年代，我国就从日本、德国、丹麦、美国、荷兰等国家引进了计量给料秤和连续给料秤制造技术，大大地促进了国内电子秤的发展。目前，无论是品种还是技术性能基本上能满足工业配料生产的需要。但是，一方面国产的工业电子秤的稳定性、可靠性差，功能不够完善，品种规格较少，标准化、系统配套化水平低。另一方面，例如水泥行业：绝大多数水泥厂管理和技术水平低，生产工艺装备落后，环境条件恶劣，特别是产量占全国水泥总产量80%以上的地方小型水泥厂更是如此。针对我国工业配料工艺的具体情况，微机配料计量秤的发展方向还是以重量法为主，要求计量秤的结构简单，操作和维修方便，计量准确且范

7、围宽，应用场合广，稳定可靠，经久耐用。 如今，国内的皮带配料秤水平与国际水平仍具有很大差距，而且各种新技术不断涌现，处于全国各种企业大力进行技术革新的形势之下，市场对皮带配料秤的需求增大，我国也一直在加大对皮带配料秤的研究。 本课题旨在在原有的皮带配料秤技术的基础上，设计一个以AT89S52单片机为核心的皮带配料秤控制系统。第2章 皮带配料秤的整体结构和总体设计方案 皮带配料秤是一种动态控制型平衡器，它利用皮带运转，将皮带上运载的物料称重，并能根据设定流量的要求通过改变电机的转速调整皮带速度，以使物料流量达到设定流量，并且通过数码管显示时时流量。下面说明以AT89S52单片机为核心的皮带配料秤

8、的整机结构和工作原理。2.1 皮带配料秤单片机控制系统整体结构 皮带秤组成大致分为秤架、称重传感器、速度传感器和显示控制器4大部分。具体设计以及硬件电路将在第三章作说明。皮带配料秤的整体结构图如图2-1所示。图2-1 皮带配料秤整体结构图 由皮带配料秤工艺结构图中可以看出在皮带的上方有一个料斗不断往下发料，皮带运动时物料随皮带输送出去，皮带运行速度的快慢直接影响输送出去料的多少。输送皮带由滑差电机M驱动，测速传感器SR输出信号的频率和皮带速度成正比，输送皮带的下方装有荷重传感器，输出与皮带上物料成正比的电压信号。皮带配料秤控制器BWF接收速度传感器的速度信号和荷重传感器的重量信号，计算皮带上物

9、料的瞬间流量并显示出来，经过BWM控制器的控制，输出电流控制信号，经功率放大器Q放大，从而通过控制可控硅VT的导通角来调节滑差电机M的转速，进而使物料流量稳定在预期的设定值。送皮带上物料流量的设定值由操作员在键盘上设定，系统投入运行后，单片机采样皮带荷重信号和走速信号，并且计算瞬时流量和输出控制电流(420mA)，实现对流量的控制。22 控制和测量原理系统闭环控制回路原理图如图2-2所示。F（t）瞬时流量流量设定荷重+PID调节D/A输出滑差电机计算 图2-2 系统闭环控制回路原理图2.2.1 瞬时流量的测量 当输送皮带以V(t)走带时，皮带上的物料一般为不均匀分布，瞬时流量为F(t)=P(t

10、)V(t) 式中： P(t)单位长度上物料的瞬时重量； V(t)皮带的瞬时线速度。 本系统中P(t)为荷重传感器电压输出信号的函数，因为存在着非线性，故可近似由三次多项式表示为： P(t)=a+b+cx(t)+d （2-1）式中：x(t)荷重传感器在时刻t输出的电压信号经A/D 转换后的数字量； a、b、c、d线性转换系数。由调试过程中现场测定,可通过键盘输入。从上述公式可推导出瞬时流量F(t)为： F(t)= a+b+cx(t)+dV(t)瞬时流量由5位十进制显示，显示形式为精确到小数点后3位。2.2.2 流量控制 在流量测试的基础上，把流量设定值和实际测试得到的瞬时流量进行比较，计算出误差

11、。采用增量PID调节算法，计算输出到DAC0832 的(数字量)，经DAC0832变换为420mA 的电流信号，经过放大后去控制可控硅的导通角，实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能，从而调节滑差电机的转速。增量式PID控制算法只需计算增量，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小；增量式积分项运算仅与本次偏差有关，不易产生积分饱和，可取得较好的调节效果；在实际系统中，易于实现手动和自动的无扰动切换，故在控制策略的选用中得到了广泛的推广。其计算公式如下： V=P(e +Ie+De) （2-2）式中： V 输出控制量的增量；e设定值S与本次实际测得的流量值Fi之差e=S-F，e=e-

12、ee上一时刻设定值与实测值之差；2e=(e-e)-(e-e)=e-e2e两次误差值的增量；其中,P 为比例系数；I 为积分系数；D 为微分系数。输出控制量V的表达式为 V=V+V （2-3）式中：V上一时刻输出的控制变量 系统选用AT89S52单片机作为系统的控制核心，构成皮带秤控制器BWF。皮带输送机投入运行前，输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。系统投入正常运行后，单片机采样皮带荷重信号(通过ADC0832)和走速信号(T法测速)，将皮带走速信号V(t)与皮带单位长度上的瞬时重量P(t)相乘即可计算出皮带上物料的瞬间流量F(t)。瞬间流量可通过6个七段数码管显示出来，为操作人

13、员提供工艺数据参考。AT89S52系统再将流量实际值与其设定值进行比较，经增量PID调节运算后计算出控制量Vi，通过DAC0832转换为电流输出信号(420 mA)，而后经LM339放大去控制可控硅的导通角，实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能，从而调节执行机构滑差电机的转速，使输送皮带上的物料流量尽可能稳定在设定值附近，并具有良好的静态指标和动态性能。 系统结构图如图2-3所示。A/D转换UANH荷重传感器报警电路键盘显示电路测速传感器整形物料D/A放大可控硅控制板单片机 图2-3 系统结构图 由系统结构图知道硬件设计部分的设计分为以下几部分：（1）单片机AT89S52系统。（2）称重信

14、号输入通道设计。（3）速度信号输入通道设计。（4）键盘输入电路设计。（5）键盘显示接口电路设计。（6）输出通道设计。 软件部分的设计主要是针对键的扫描，对数据进行采集并处理，计算出瞬时流量，再进行PID调节，控制可控硅的导通角，从而控制滑差电机的转速。可分为以下几个模块： (1) 主程序的设计。 (2) 键扫描及显示程序。 (3) A/D转换程序。 (4) D/A转换程序。 (5) PID运算程序。 第3章 皮带配料秤硬件电路的设计 硬件原理电路的设计关系到整个系统能否合理运行，是解决设计问题的重中之重，拥有系统设计的思想之后，就要对硬件电路进行设计，本系统的硬件模块第二章已经说过，现在具体说

15、明设计方法。 因为皮带配料秤控制器需要实现复杂的功能，其外围设备比较多，内部需要执行大量的数据处理和控制，软件非常庞大，要求执行速度比较快，而且为了降低成本、缩短开发周期、降低设计难度等因素，所以必须选择一款功能比较强的单片机。经过一番比较，选择现在非常实用的一款单片机AT89S52。 单片机AT89S52具有以下标准功能： 片内存储器包含8KB的Flash，可在线编程，擦写次数不少于1000次；具有256字节的片内RAM；具有可编程的32根I/O口线（P0,P1,P2和P3口）；具有三个可编程定时器T0,T1和T2；内含2个数据指针TPTR0和TPTR1；中断系统是具有8个中断源，6个中断矢

16、量，2级优先权的中断结构；串行通信口是一个全双工的UART串行口；2种低功耗节电工作方式为空闲模式和掉电模式；具有3级程序锁定位；含有一个看门狗定时器；具有断电标志POF；工作电源电压为4.05.5V。 本系统的设计中，AT89S52单片机是控制器的核心，其最小系统的设计如图3-1所示。 图3-1 单片机最小系统 本系统的设计中，称重信号输入通道是由传感器，放大器以及A/D芯片组成。系统设计中分别选用的是荷重传感器，LM339放大器以及AD0832转换芯片，并且将最后转换的数字信号输入到单片机的P3.4口。具体设计说明如下。3.2.1 荷重传感器原理电路 本系统选用的荷重传感器属于应变式压力计

17、，其原理是用应变片直接测量弹性元件的应变，实现间接测量压力。这种方法弹性元件变形极小，可以测量高频率变化的压力。 应变元件实际是一个测力应变筒，被测压力经膜片转换成相应大小的力，再传给应变筒。应变筒受压缩变形，沿轴向贴的应变片受压阻值变小，沿周向贴的应变片受拉阻值增大，组成应变电桥即可得到输出电压值，从而测出压力值的大小。 测量荷重传感器原理采用全桥，其中输出电压VSCVR1/R1。全桥中的R1、R2、R3、R4在没有压力时的阻值均相等，有压力时发生变化。R1为应变片测力时变化的阻值，它反映了所测压力的大小与输出电压Vsc的关系(成正比)。本设计使用全桥的目的在于：当R1R2R3R4时,电桥电

18、压灵敏度最高，并消除了非线性误差，也起到了补偿作用。 荷重传感器输出全桥电路如图3-2所示。图3-2 荷重传感器输出全桥电路3.2.2 A/D转换及放大电路的设计 称重传感器输出的模拟信号需要经过A/D转换处理，经过放大、压频转换，变成数字信号输入到单片机内，然后转换成对应的重量值。由于A/D转换输出的信号特别微弱，都是mV数量级的，因此对该信号处理时首先要进行放大。本文选用的A/D转换芯片是ADC0832，放大部分选择的是具有放大功能的比较器LM339。 ADC0832是美国国家半导体公司生产的8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨率可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与

19、参考电压的复用，使芯片的模拟电压输入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32S，具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS，CLK,DO,DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根线上使用。本设计采用的就是这种方式。在进行A/D转换时，须先将CS使能端接置低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片

20、时钟输入端CLK输入时钟脉冲，本系统AT89S52通过74LS74分频给芯片的CLK输入时钟脉冲。转换数据的传送经 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当

21、于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。3.2.3 称重信号输入通道的总体设计 本系统通过对各个硬件模块的合理选择，从而采集到单位长度皮带上的瞬时重量(皮带荷重信号)，具体电路原理（如图3-3所示）过程说明如下： (1)由荷重传感器测出瞬时变化的应变情况，并转化为电压信号以010 mV输出。 (2)经过放大器LM339变为标准电压05 V，送入串行A/D转换器ADC0832的单输入通道CH0。 (3)经A/D转换器把模拟量转换为

22、数字量送入AT89S52的口。 (4)在芯片AT89S52中进行数据处理以得到单位长度上皮带的瞬时重量。 图3-3 重量采集电路原理图速度信号输入通道设计 速度信号输入通道的设计包含以下几个硬件组成模块：测速传感器，比较器，光耦隔离等，同时涉及到门控方式。系统中分别选用的是光电测速传感器，比较器LM339，且运用T法测速。3.3.1 光电测速传感器 皮带配料秤上所用测速传感器目前主要有磁阻脉冲式、光电脉冲式两类。本系统选用光电式测速传感器。光电脉冲式测速传感器由装在输入轴上的开孔圆盘、光源、光敏元件等组成。当圆盘转到某一位置时，由光源发射的光通过开孔圆盘上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，

23、产生一个电信号。圆盘上的孔可以是1个或多个，取决于设备要求的脉冲数。转盘的圆孔的个数决定了测量的精度, 个数越多, 精度越高. 这样就可以在单位时间内尽可能多地得到脉冲数, 从而避免了因为两个过孔之间的距离过大, 而正好在过孔之间或者是在下个过孔之前停止了, 造成较大的误差. 在本系统的设计中，每当转盘随着后轮旋转的时候, 传感器将向外输出脉冲. 把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL 电平, 即可算出轮子即时的转速.3.3.2 速度信号输入通道的总体设计 光电脉冲式速度传感器输出的脉冲信号本身波形不是很好，再加上传输过程中引入的干扰，使得输入到皮带配料秤控制器AT89S52的

24、速度信号波形更差，如果不经过整形，会导致速度脉冲计数错误。如图3-4所示皮带走速原理图，该图的设计很好的完成了对波形信号的整形，同时满足了系统的技数要求。因此测速可通过以下过程实现：（1）由测速传感器输出的信号，其频率为皮带走速的线性函数，该频率由光码盘检测回路获得。（2）。（3）由AT89S52的定时器测出方波的周期，选用门控方式定时计数，Q输出高电平时T1计数，Q输出低电平时停止计数，然后读出的计数值m。（4）由公式n=60f/pm计算电机的转速，然后查表得转换系数，计算出皮带走速。 图3-4 皮带走速原理图 3.4键盘显示接口电路的设计 本设计使用的是扩展键盘接法，这种接法用的是mn矩阵

25、键盘，可以节省部分管脚，但编程较复杂。同时本文中由于单片机的管脚有限，实现的系统功能复杂，为了节省单片机的引脚，又在外部扩展接了一个芯片74LS164，此芯片是8位并入串出转换器，可以用于实现键盘输入功能。它与AT89S52的串行口按方式0连接，74LS164接受RXD端串行输出的待显示数据，每输出一个字节，AT89S52内部的硬件自动使SCON寄存器的中断标志TI置位，通过对TI的测试，即可确定一个字节是否发送完毕。这种方式在程序设计时与并行动态扫描编程方法类似。根据系统的实际需要，采用28键盘，包括09这10个数字键，6个功能键：写入键WR、设定键S、校零键Z、返回键MON、停机键STOP

26、、运行键RUN。 显示系统是几乎所有的仪表的必不可少的重要组成部分。最早的机械式指针指示因为其不直观，能够表达的信息很有限，已经很少使用。随后发展起来的LED数码管显示是直观的，能够表达ASCII码信息，主要用于显示数字。而且数码管有亮度高，显示大，驱动部分的软件简单等优点。基于以上原因，本文中皮带配料秤显示控制器采用数码管显示方式。 本系统配有6位共阳极LED显示器，运行时可实时显示瞬时流量，LED显示器有静态和动态显示两种方法，在微机控制系统中，若控制系统时间允许，常采用动态扫描显示，这种方法的优点是线路简单，价格便宜。而且对显示器要求不是太高的场合，可直接选用串行数据输出方式进行动态扫描

27、，这种方式利用AT89S52内部的串行口和某个并行口(如P1口)组成了控制电路。 键盘显示接口电路见图3-5所示。 图3-5 键盘显示接口电路 7407是集电极开路高压输出的六缓冲器/驱动器，其功能是对74LS164输出的段码信号进行放大，驱动LED显示，需通过上拉电阻接高电平。LED的位选由AT89S52的P0.2P0.7发出，经过7404反向驱动器来实现。3.5 输出通道的设计 系统的输出通道包括D/A转换芯片，触发电路以及滑差电机。本系统选用DACO832作为的D/A转换的芯片，触发控制芯片选用TC787，滑差电机选用SGETA-70的交流调速电机。3.5.1 D/A转换接口电路的设计

28、在本系统中,执行机构电机的转速可由经D/A转换芯片输出的控制电流来调节,从而实现对皮带上物料的流量控制。本系统选用的转换芯片是DAC0832。 DAC0832是国内使用较为普遍的8位D/A转换器，它采用CMOS/Si-Cr工艺制成。由于片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。DAC0832以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。因此本系统选用DAC0832作为D/A转换芯片。 在DAC0832与单片机AT89S52的连接中，（如图3-6）由于DAC0832内部已设有输入数据寄存器,因而可以直接与单片机的数据总线相连,并且作为单片机的外部数据存储单元。DAC0832的地址

29、可以设为C000H。Vcc和ILE接5V,AT89S52的与DAC0832的相连，Vss与、DGND相连后接地。本系统DAC0832工作于单缓冲方式，只用输入寄存器锁存数据。8位DA寄存器接成直通方式，即把及都接地。由单片机的P2.6选通。 图3-6 D/A转换原理图 D/A转换是进行调节滑差电机转速的核心部分，当数据采集后送入CPU进行处理，计算出瞬时流量，并与设定值作比较，通过PID调节送出控制变量Vi后，CPU对DAC0832进行一次写操作，把一个数字量直接写入数据寄存器，通过D/A转换，输出模拟量。 其中DAC0832的两个输出端Iout1和Iout2为电流输出形式，为了提供420 m

30、A的控制电流，输出加上一级功率放大，而后电流放大后接可控硅控制板，控制可控硅的导通角，从而调节滑差电机的转速，使物料流量稳定在预期的设定值。3.5.2 触发电路的设计 本系统DAC0832变换为420mA 的电流信号后，经过放大后去控制电机的转速时，需先去控制晶闸管的导通角，因此要设计一个触发电路控制晶闸管的导通角，而后控制电机的转速。 本系统在设计触发电路时，选用TC787的触发芯片。TC787具有一下主要特点：(1) TC787适用于主功率器件是晶闸管的三相全控桥或其他拓扑结构电路的系统中作为晶闸管的移相触发电路。而适用于以功率晶体管(GTR)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)为功率单元的三相

31、全桥或其他拓扑结构电路的系统中作为脉宽调制波产生电路，且任一种芯片均可同时产生六路相序互差60的输出脉冲。(2) TC787在单、双电源下均可工作，使其适用电源的范围较广泛，它们输出三相触发脉冲的触发控制角可在0180范围内连续同步改变。它们对零点的识别非常可靠，使它们可方便地用作过零开关，同时器件内部设计有移相控制电压与同步锯齿波电压交点(交相)的锁定电路，抗干扰能力极强。电路自身具有输出禁止端，使用户可在过电流、过电压时进行保护，保证系统安全。 本系统设计的触发电路如图3-7所示：同步信号经过电位器RP1，RP2，RP3及RCT型网络滤波接入到TC787的同步电压输入端，通过调节RP1，R

32、P2，RP3可微调各相电压的相位，以保证同步信号与主电路的匹配。连接在13脚的电容决定输出脉冲的宽度，7-12脚采用6只驱动管扩展电流，经脉冲变压器隔离后将脉冲输出。 图3-7 触发电路 3.5.3 滑差电机的选择 本系统选用工业控制常用的JD1A-40滑差电机，其中控制电机功率为15-45KW，调速范围10-1420r/min，直流90V 5A可控电机功率。3.6 主电路的设计主电源的设计如图3-8所示： 图3-8 主电路整流部分 VT1VT6组成三相桥式全控整流桥，将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连在一起的3个晶闸管称为共阳极组。晶闸管按1至6的顺序导通。晶闸管通过触发角

33、的改变，改变电路的工作情况，本系统中，通过控制晶闸管的导通角来控制滑差电机的转速。本设计选择的是直流励磁控制。 保护部分(1)电动机遇到冲击负载，或传动机构出现“卡住”现象，引起电动机电流的突然增加。(2)装置的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。2.起动中的过流当负载的惯性较大，而起动时间又较短时，将产生过电流。这是因为在起动过程中，系统工作频率上升太快，电动机的同步转速n0迅速上升，而电动机转子的转速n，则因负载惯性较大而跟不上去，导致转子绕阻切割磁力线的速度太快(等于转差太大)，结果是升速电流太大。3.制动中的过电流当负载的惯性较大时，而制动时间

34、太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这也同样使转子绕阻切割磁力线的速度太大而产生过电流。3.7 报警电路的设计 当系统配料出现问题三次以上时，需要给工作人员提醒，本系统设计报警器，其电路原理图如图3-6所示。 报警电路由AT89S52的触发，振荡器以555定时器芯片为核心。当系统工作正常时，输出为1，禁止振荡脉冲在与非门输出，扬声器关闭。当检测到异常情况时，清零，使扬声器发出报警信号。 由于P1口是准双向口，要想将某一位作输出位时，必须先在锁存器中写入“1”。所以应先将P1口置为高电平，使为1，再经过反向去封闭振荡器。这就

35、是在硬件上加一个反向器的原因。 振荡器可选用石英晶体振荡器或多谐振荡器，产生一个音频范围内的振荡波形，再由放大电路放大，驱动扬声器发音。 本设计采用由555定时器组成的多谐振荡器，其中555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。555定时器组成的多谐振荡器通过电容的周期充电与放电，使在电路的输出端得到一个周期性的矩形波，达到设计的需要。 图3-6 报警电路原理图 第4章 软件设计 软件是皮带秤显示控制器的灵魂，各种功能都需要软件配合完成，软件设计自然而然地成为本课题设计的重点之一。本系统采用模块化程序设计技术

36、编写监控软件。根据系统功能，将软件划分为若干个功能相对独立的模块，为每一个模块设计算法和程序流程，再根据流程图编制程序。每个模块程序调试成功后，最后连接在一起进行总调。本设计的软件体系非常复杂，编程任务很重，着重通过以下几个方面来介绍： （1）皮带配料称主程序设计 （2） 键扫描及显示。 （3） 键输入和键命令处理。 （4） 运行管理程序，包括信号采集、计算瞬时流量及控制输出三部分。 同时为了提高控制精度，采用了浮点数的技术，在程序中调用了大量的实用子程序。4.1 系统初始化 系统初始化主要任务是在程序开始时，对本系统中所用到的各个地址、串行口和定时器1的工作方式进行初始化设定，并对用户地址进

37、行规划。如表4-1所示，以简单的形式，把需要初始化的单元列出来，并对存放的数据以及初始化状态逐个做出介绍。 表4-1 初始化状态表工作单元存 放 数 据初始化状态38H，39H，3AHe（上次实测值与设定值之差）00H，00H，00H29H，2AH，2BHe（两次误差之差e-e）00H，00H，00H65H，66H，67HV（上次输出控制变量）00H，00H，00H3BH超限次数00H位地址存 放 数 据初始化状态3EH判断S键是否按下标志0（未按）3DH判断是否首次按键标志0（首次）3FH判断电机是否在中速运行标志1（中速）35H系统P输入标志位0（未送过）36H系统a输入标志位0（未送过）

38、37H系统c输入标志位0（未送过）报警标志位1（禁止报警）设定值输入标志位1（无输入） 4.2 键盘扫描及显示 系统运行时之前，需要确定是否输入设定值，本系统在设计时运用了键扫描的方式。在进行键盘扫描时，先整体扫描是否有键按下，如果有，再逐行扫描，确定是哪个键按下。在进行逐列行描时，先得出按键所在行，然后经过扫描得出列值， 行值加列值就得到按键的键值。如图4-1所示 （1）进行整体扫描时，从74LS164输出00H判断P0.0、P0.1是否为0，当为0时表示有键按下。此时P3.2为1，表示流量设定值还未输入，返回值扫描等待输入。 （2）当有键按下时，调用子程序实现延时10ms，消除键抖动。再次

39、整体扫描，进行第二次判断以消除干扰。 （3）第二次扫描仍为有键按下时，由逐列扫描找出这个键所在的位置。此时74LS164逐次输出对应的值。扫描第一列时由74LS164输出低电平，分别扫描各列，判断P0.0或者P0.1是否为0，当为0时表明第一行有键按下，转去计算键值。当第一行没有键按下时，再继续扫描第二行。逐次扫描各行直到找到为0的列输出为止，由按键所在的行值和列值即可计算出按键所在的位置。因本系统按键只有两列，故行值加列值即得键值。其中，第一列的列值是00H（P0.0=0），第二列的列值为08H（P0.1=0）。 （4）当键值大于等于10时，说明按下的是功能键，则通过散转程序转到各自的入口地

40、址，分别实现各自的功能。若按键值小于10，则为数字键，调用显示子程序。图4-1 键扫描程序流程图4.3 键输入和键命令处理 本系统在执行键扫视时，当键值大于等于10时，说明按下的是功能键，下面介绍各个功能键的功能： (1) 当按下的键值为10时，代表WR键。WR键的功能为输入流量设定值或PID调节及线性公式中的系数(P、I、D、a、b、c、d)。流量设定值是一个两位数，P、I、D、a、b、c、d转速系数是4位数，其格式为前两位是整数位，后两位是小数位。在输入设定值时，应先保证S键(设定键)已按下，此时输入的两位数为设定值的两个单字节BCD码，再将其压缩为一个字节的压缩BCD码，存入内存缓冲区设

41、定值单元以备计算时使用。在输入系数时，应按照P、I、D、a、b、c、d转速系数的顺序依次送入相对应的数。同理，也应将4位数据压缩为两个字节的压缩BCD码备用。WR键处理流程图见图4-2所示。图4-2处理流程图 (2)当键值为11时，代表S键。S键是用户设定流量的专用键。按下此键流量设定值先显示出来，如需要改变设定值，则用键盘敲入相应的数字键，随后按下WR键即可。S键处理流程图见图4-3所示图4-3 S键处理流程图 (3)当键值为12时，执行退出键MON。按下该键后，6个LED中最右边的显示器显示提示符“P”，其他5个显示器全熄灭。然后返回键扫描程序，这样就可以退出命令状态，执行清标志位功能，等

42、待新命令的输入。 在调试过程中，MON键用得非常频繁，修改参数或输入命令键出错时可按MON键退回到初始状态。 (4)当键值为13时，执行停机键STOP。STOP键的功能是当系统处于运行状态时，按下该键，使系统停止工作。在本设计中，DAC0832的片选信号是由端输出并接反向器后引入的，DAC0832的地址为C000H。将00H送DAC 0832，则D/A转换后的模拟量为0，电机就停止转动，起到了STOP键的功能。停机后系统仍要跳回到键扫描程序，为下次投入运行做准备。 (5)当键值为15时，执行Z键。Z键是校零键，它是测试输送皮带自重的专用键。按下此键，先启动输送皮带空转运动，然后启动A/D转换器

43、对荷重传感器的输出信号进行转换，取若干次结果的平均值作为皮带的自重，写入相应单元保存。在正式运行中，荷重传感器输出的是毛重信号，计算时应扣除皮带自重。 (6) 当键值为14时，执行运行键RUN，即配料系统在按下RUN键后进入运行状态。在本系统中，首先要判别是否已输入过设定值，若没有输入过，则应跳回键扫描。如果设定值已经输入，则转去执行本系统的核心环节-运行管理程序。 4.4 运行管理程序 运行管理程序是本系统设计的核心，包括数据采集，数制转换，还包括计算和显示以及报警等功能，还有系统的重要控制和处理。下面介绍其计思想。4.4.1 采样程序 本系统的采样周期是2s，用延时程序实现。该系统任务单一

44、，CPU只是需要按顺序进行采样、计算、控制输出、显示等任务，各个任务之间无时序上的冲突，因此不用采用中断处理。采样程序工作过程如下： （1）启动ADC0832将荷重传感器的信号转换为数字量，再减去执行Z键后所得的皮带自重，将皮带单位长度上的瞬时重量P（t）存入固定的单元，为后面的F（t）做准备。 （2）让定时器1选用门控方式计数。将TMOD的最高位GATE置1，这样当TR1为1（开定时器1）时，定时器的起停将由控制。根据定时器中的值可计算引脚上出现的正脉冲宽度。然后应用T法测速原理计算线速度。在进行设计时，定时器1以方式1（16位计数器模式）工作，则定时器方式选择寄存器TMOD中的M1M0=1

45、0B，T法测速时采用门控方式，GATE=1。故TMOD=10010000B，即在初始化时TMOD将置为90H。4.4.2 数制转换程序 由于计算过程中出现了三次方，加上PID调节的精度要求高，因而变成软件计算过程中采用三字节浮点数。P、I、D、a、b、c、d转换系数是以两个字节的压缩BCD码存放的，规定第一个字节存整数，第二个字节存小数，但实际的系数是4位十进制数，所以要转换为三字节浮点数。 （1）将双字节压缩BCD码转换为4个单字节BCD码，并扩大100倍，即把两个字节全看作整数。 （2）调用4位二进制整数转换成二进制整数的子程序，将数据转换为二进制形式。 （3）调用双字节整数（二进制数）转

46、换为三字节浮点数的子程序，将数据转换为三字节浮点数形式。4.4.3 计算过程本设计的计算主要有两部分：一是计算瞬时流量，二是通过PID调节程序计算输出控制变量。为了提高控制精度，采用三字节浮点数的加、减、乘等算法进行计算。 用公式F(t)= a+b+cx(t)+dV(t)计算瞬时流量F(t)，可调用浮点数加法、乘法子程序，计算结果送入显示程序。用PID调节子程序在流量测试的基础上，把流量设定值和实际测试得到的瞬时流量值进行比较，计算出误差，再用增量式PID调节算法计算出输出控制量，控制滑差电机的速度，从而实现流量控制。系统流程图如图4-4所示。调用三字节浮点数减法子程序计算S-调用三字节浮点数

47、乘法子程序计算I*调用三字节浮点数减法子程序计算e=e-e调用三字节浮点数加法子程序计算e+ I*调用三字节浮点数减法子程序计算调用三字节浮点数乘法子程序计算D*调用三字节浮点数加法子程序计算e+ I* D*调用三字节浮点数加法子程序计算调用三字节浮点数乘法子程序计算=P（e+ I* D*）送入DAC0832控制流量 图4-4 PID调节子程序流程图 当超限三次后，就要报警。图4-5为运行管理程序流程图。若报警条件满足，则置为0。由硬件电路可知，为0后震荡器脉冲便可输出，从而使扬声器发声。同时计算值去控制滑差电机，使瞬时流量尽可能跟随设定值，保证系统稳定运行。 YNY开始采样荷重及皮带走速信号

48、送相应单元a、b、c、d转换为浮点数计算P(t)PID及转速系统转速为浮点数计算F(t)并显示计算=S-是否超限?超限计算器加1超限次数超过3次否？清超限计数器用PID计算公式求出浮点数取整后依字节送DAC0832延时2sP2.3=1关报警跳回键扫描N图4-5 运行管理程序流程图 结论 电子技术的飞速发展和现场总线技术的成熟，给工业自动化生产带来了深刻的变革，也给整个称重技术注入了新的血液，为提高皮带配料秤的计量性能创造了有利条件。而国内在这方面的技术水平虽然有了一定的进步，但与国外还是有很大差距，国内制造的皮带秤配料秤的准确度和稳定性较差。本课题在消化吸收国内外同类产品的基础上，对皮带秤配料秤的研制进行了初步的探索。 本