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ENGLISH0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2020-11-10 16:40:03 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
本文介紹了某公司的高精度稱重儀表的自動(dòng)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)。配合電磁振動(dòng)器構(gòu)成的振動(dòng)傳送機(jī)構(gòu),以及點(diǎn)陣型液晶顯示模塊,可達(dá)到簡(jiǎn)便易用、高精度自動(dòng)定量稱重的目的。
在藥品、味精、茶葉、白糖等顆粒狀產(chǎn)品的定量包裝現(xiàn)場(chǎng),需要高精度、操作簡(jiǎn)便的稱重裝置和稱重儀表和快速、可靠的給料機(jī)構(gòu)??衫脝纹瑱C(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)稱重儀表控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)物料的實(shí)時(shí)稱重與定量輸送,從而克服傳統(tǒng)機(jī)械稱重設(shè)備精度低、操作復(fù)雜、需人工送料等缺點(diǎn),對(duì)提高產(chǎn)品整體的包裝效率起到關(guān)鍵性作用。
稱重儀表控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1 傳感器與數(shù)據(jù)采集
本系統(tǒng)采用的傳感器為臺(tái)灣某公司的高精度NBA系列鋁合金單點(diǎn)式稱重傳感器,為電阻應(yīng)變式傳感器。根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器的原理,四片應(yīng)變片構(gòu)成全橋橋路,在電橋供電端施加恒定的直流電壓,則電橋輸出端的電壓將與其上所承受的壓力成正比,由此可根據(jù)輸出電壓的不同來測(cè)量重量。
該傳感器量程為3 kg,靈敏度為2 mV/V,精度為0.02%F.S.。當(dāng)采用5 V電源供電時(shí),滿量程輸出為10mV,最小分辨力為2μV。為采集如此微弱的信號(hào),需設(shè)計(jì)好信號(hào)調(diào)理電路,并且對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器提出嚴(yán)格的要求。圖2為稱重傳感器與CS5532的接口電路。傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過濾波電路,消除信號(hào)中的串模、共模干擾以及高頻干擾信號(hào)后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。
為了滿足小信號(hào)測(cè)量精度要求,在ADC方面本系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換器CS5532為某公司的高精度24位串行A/D轉(zhuǎn)換器。它是高集成度的△-∑模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,由于運(yùn)用了電荷平衡技術(shù),其性能可以達(dá)到24位。該系列ADC非常適合測(cè)量稱重儀表、過程控制、科學(xué)和醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域的單/雙極性小信號(hào)。
芯片內(nèi)部有一個(gè)極低噪聲的斬波穩(wěn)定儀表放大器,其增益可選擇為2n(n=O~6),擴(kuò)大了信號(hào)輸入范圍,允許小信號(hào)的輸入,提高了高精度稱重儀表控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。其在50 Hz的共模抑制比典型值可達(dá)120 dB,這對(duì)從高共模電壓中檢測(cè)出微弱的差分電壓信號(hào)是十分有利的。內(nèi)部還有一個(gè)4階的△一∑調(diào)制器,其后跟隨一個(gè)數(shù)字濾器,能提供10種可供選擇的輸出字速率。ADC內(nèi)部還有一個(gè)與SPI兼容的三線串行接口。另外,利用CS5532內(nèi)部的校準(zhǔn)系統(tǒng)(包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)),可設(shè)置ADC傳遞函數(shù)的零點(diǎn)以及增益斜率,從而消除系統(tǒng)通道的失調(diào)和增益誤差。
2 電磁振動(dòng)器機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理
電磁振動(dòng)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括銜鐵、電磁鐵及線圈、板彈簧、給料槽以及機(jī)座等部分。給料槽的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是依靠電磁振動(dòng)器的電磁鐵和銜鐵之間的脈沖吸引力F的產(chǎn)生與消失實(shí)現(xiàn)的。
通過移相觸發(fā)的方式調(diào)節(jié)雙向晶閘管的控制角α,即調(diào)節(jié)雙向晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻t1和t2,可改變激振線圈中的平均供電電壓,進(jìn)而改變電磁鐵和銜鐵之間吸引力F的大小,從而調(diào)節(jié)給料機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅。
3 過零點(diǎn)檢測(cè)電路
為了實(shí)現(xiàn)移相觸發(fā)控制,設(shè)計(jì)了過零點(diǎn)檢測(cè)電路。如圖5所示,經(jīng)降壓后的交流電經(jīng)過電壓比較器LM393,以及光耦合器TLP521的隔離、反相器74HCl4D的整形后,在INTO、INT1分別輸出用于單片機(jī)外中斷O、1的脈沖信號(hào)。這樣,在交流電每一周期的正負(fù)半周期,都可以產(chǎn)生脈沖信號(hào)以引起單片機(jī)的外中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷后,在服務(wù)程序中根據(jù)控制角的需要設(shè)定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值,并立即啟動(dòng)定時(shí)器。定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出中斷后,將在其中斷服務(wù)中對(duì)雙向晶閘管的門極施加觸發(fā)脈沖,觸發(fā)其導(dǎo)通。
4 液晶顯示模塊
本系統(tǒng)采用ACM一12232G作為液晶顯示模塊,由2片SED1520芯片作為顯示驅(qū)動(dòng)器。SED1520顯示驅(qū)動(dòng)器是一種點(diǎn)陣圖形式液晶驅(qū)動(dòng)器,可與8位單片機(jī)直接相連,使用方便。SED1520內(nèi)置2 560位顯示RAM,具有16個(gè)行驅(qū)動(dòng)口和61個(gè)列驅(qū)動(dòng)口,驅(qū)動(dòng)占空比可為1/16或1/32。顯示RAM共32行,分為4頁,每頁8行。
稱重儀表控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1 主程序流程
主程序流程如圖6所示。當(dāng)系統(tǒng)上電,完成單片機(jī)、外圍芯片、各種參數(shù)的初始化后,即進(jìn)入主循環(huán)。在主循環(huán)中,由定時(shí)器1定時(shí)掃描鍵盤,當(dāng)掃描到有按鍵按下時(shí),有標(biāo)志位產(chǎn)生,即進(jìn)入鍵值計(jì)算并執(zhí)行相應(yīng)的處理。
當(dāng)按鍵啟動(dòng)系統(tǒng)后,系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。系統(tǒng)開始進(jìn)行振動(dòng)送料、A/D采樣、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換以及比較判斷等工作。當(dāng)物料達(dá)到設(shè)定值SV時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入暫停態(tài)。此刻等待釋放信號(hào)(如紅外傳感器開關(guān)信號(hào)),釋放物料后,稱重儀表控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行態(tài),繼續(xù)送料。當(dāng)由于物料槽中物料不足、系統(tǒng)計(jì)時(shí)到后,進(jìn)入人工態(tài),此刻需人工按鍵釋放不足物料。當(dāng)系統(tǒng)處于停止態(tài)時(shí),需定時(shí)地保存改變的參數(shù)。LCD實(shí)時(shí)刷新當(dāng)前的狀態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)。
2 CS5532模/數(shù)轉(zhuǎn)換程序
CS5532在啟動(dòng)時(shí)有20 ms的延遲,所以要在其啟動(dòng)20 ms后再對(duì)其進(jìn)行初始化。CS5532沒有加電復(fù)位功能,首先需要人工通過ADC串口發(fā)送初始化序列,即15個(gè)SYNCl(0xFF)命令字節(jié)和1個(gè)SYNCO(0xFE)命令字節(jié),使ADC串口進(jìn)入命令模式;接著通過設(shè)置配置寄存器的RS位,實(shí)現(xiàn)稱重控制系統(tǒng)復(fù)位。稱重儀表控制系統(tǒng)復(fù)位后,需配置電壓參考模式VRS位,初始化通道設(shè)置寄存器(CSR),設(shè)置是否進(jìn)行校準(zhǔn)。
高精度稱重儀表控制系統(tǒng)原理
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。稱重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器,負(fù)責(zé)采集物料重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);雙向晶閘管和電磁振動(dòng)器,為物料的移動(dòng)送料提供動(dòng)力;過零點(diǎn)檢測(cè)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)交流電的過零點(diǎn),為晶閘管的觸發(fā)提供同步點(diǎn);LCD液晶顯示和按鍵可方便用戶的操作與觀察;閘門電機(jī)和閘門,用于釋放在物料槽中達(dá)到設(shè)定重量的物料。
首先,操作者設(shè)置稱重定值、送料速度等,并啟動(dòng)系統(tǒng)。接著,電磁振動(dòng)器在單片機(jī)的控制下做規(guī)律性振動(dòng),把物料從給料通道送往物料槽。與此同時(shí),A/D轉(zhuǎn)換器不斷地檢測(cè)稱重傳感器的輸出,轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,并傳送給單片機(jī)處理。經(jīng)過數(shù)字濾波、標(biāo)度變換后,一方面在LCD模塊顯示出瞬時(shí)物重,另一方面進(jìn)行稱重比較判斷,根據(jù)一定算法控制電磁振動(dòng)器的振幅。當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí),停止送料,并檢測(cè)紅外傳感器的信號(hào),打開閘門釋放物料,從而實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)稱重配料。
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