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1引言
電子皮帶秤是皮帶輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)自動稱重的一種計量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累計流量。其特點是稱量過程可連續(xù)自動進行,不需要人工干預(yù)就可以完成稱重操作,這種計量設(shè)備也稱為連續(xù)累計自動衡器。
電子皮帶秤一般均安裝有承重裝置、稱重傳感器、速度傳感器和稱重顯示控制器。根據(jù)稱重傳感器和測速傳感器傳來的信號,經(jīng)計算后得到皮帶上物料流量與累計重量。但傳感器均屬于精密易損器件,而皮帶秤的使用環(huán)境一般比較惡劣，極易造成傳感器損壞，特別是速度傳感器可由于人為作弊等因素造成稱量失真,給國家、企業(yè)造成損失;另外，當(dāng)皮帶秤用于配料系統(tǒng)時，稱量失真還會嚴(yán)重影響配料后產(chǎn)品的質(zhì)量。
目前也有些關(guān)于無測速傳感器皮帶秤的研究，這些研究建立在電機的基礎(chǔ)上。在精度要求不十分高和皮帶不是頻繁開停的場合下，皮帶秤可以省掉速度傳感器，但是在精度要求較高和皮帶秤頻繁開停的場合這種方法就不再適用岡。
1997年，山西新元自動化儀表有限公司發(fā)明了雙通道電子皮帶秤，為實現(xiàn)無測速傳感器皮帶秤奠定了基礎(chǔ)。雙通道結(jié)構(gòu)的電子皮帶秤，正常情況下計量結(jié)果可取兩個通道的平均值。當(dāng)系統(tǒng)中任何一個通道出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動切除故障通道，轉(zhuǎn)至另一正常通道進行稱量,從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。在稱量過程中系統(tǒng)能夠自動檢測和判斷稱量誤差是否超過允許誤差。如果出現(xiàn)超差，則發(fā)出報警信號，提醒操作人員及時處理。實現(xiàn)了在線自診斷功能，大大提高了計量結(jié)果的可信度和正確性。
本文設(shè)計的皮帶秤速度測量裝置，是在雙通道皮帶秤的基礎(chǔ)上，通過比較兩個通道的釆樣值，利用DSP方法進行信號處理，從而得到皮帶秤的運轉(zhuǎn)速度。這種方法可以避免使用速度傳感器，從而減小了傳感器的損耗,也減少了人為作弊的機率。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
為了適應(yīng)連續(xù)計量的生產(chǎn)過程,實現(xiàn)稱量過程全自動化，系統(tǒng)應(yīng)用了ARM芯片作為數(shù)字信號的核心處理器件，并且在電子秤的設(shè)計中采用一些動態(tài)處理的方法。所設(shè)計的硬件框圖如圖1所示。由兩個稱重傳感器采集到的重量信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后傳入到微處理器中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，由稱重顯示部分顯示出流量以及累計值。

電子皮帶秤承重裝置的秤架結(jié)構(gòu)主要使用的是雙托輾式,在兩個托輻上分別安裝兩個稱重傳感初商數(shù)據(jù)感器采用的是電阻應(yīng)變式，用來檢測單位長度上物料的重量。皮帶上瞬時物料重量通過運動的皮帶把重量傳遞給稱量托根，再經(jīng)過秤架傳遞給稱重傳感器，傳感器產(chǎn)生彈性形變。在彈性體上下兩側(cè)的對稱位置上，貼有四片電阻值相等的電阻應(yīng)變片,組成等臂電橋，在供橋電壓恒定時,電橋上的輸出電壓正比于單位長度上物料的重量叫承重裝置的秤架結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

稱重傳感器輸出電壓信號，經(jīng)放大器放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號向。為了達(dá)到預(yù)定的精度，這里采用24位的ADC0
經(jīng)過ADC之后的信號為數(shù)字信號，將該信號通過微處理器的PI0口進入CPUo在該設(shè)計中釆用的是以ARM7為核心的芯片。ARM7耗電少，成本低，功能強，具有16位/32位的雙指令集。它的RISC性能在業(yè)界領(lǐng)先,以小尺寸集成，具有最低的芯片成本，在非常低的功耗和價格下提供了高性能的處理器虬進入CPU的數(shù)字信號經(jīng)過處理，計算出皮帶運轉(zhuǎn)速度和皮帶上物料的流量和累計重量。
CPU計算岀流量和累計重量后送入稱重顯示控制器。由稱重顯示控制器上控制顯示八位的累計重量和四位的流量值，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)的單位可以設(shè)置小數(shù)點的顯示位置，一般為噸或者千克。另外可以通過鍵盤設(shè)定皮帶秤是工作在稱量、調(diào)零或者是標(biāo)定模式下。也可以把所需要的信息通過打印機打印出來，或者通過RS485傳給上位機進行檢測控制。
在稱重過程中,承重裝置將皮帶上物料的重量傳遞到前后通道的稱重傳感器上，稱重傳感器即輸出正比于物料重量的電壓(mV)信號，經(jīng)放大器放大后送模數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，送到運算器,運算器對兩個通道的采樣值進行分析比較運算后，即得到這一測量周期的物料量％對每一測量周期進行累計，即可得到皮帶上連續(xù)通過的物料總量。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真
3.1算法推導(dǎo)
前面提到,系統(tǒng)中并不使用速度傳感器來測量皮帶運轉(zhuǎn)時的速度，而是通過比較兩個通道的重量傳感器釆樣回來的重量值，采用相關(guān)和卷積的算法，利用數(shù)字信號處理理論的算法比較兩組信號的相似程度。
在實際應(yīng)用中，我們把稱重傳感器安裝在兩個托弱上，讓兩個通道同時采樣,同時采512（2的9次方）個數(shù)后開始比較。在程序設(shè)計中，先把采樣到的兩組重量值進行FFT變換，再把變換后的兩組數(shù)據(jù)對應(yīng)相乘，最后把相乘的結(jié)果進行快速傅立葉逆變換（IFFT）o由于兩組實數(shù)進行快速傅立葉變換-快速傅立葉逆變換（FFT-IFFT）后還是實數(shù)，我們只需要比較經(jīng)過IFFT變換后的序列的實部就可以了。
3.2仿真
仿真的流程圖如圖3所示。

在實驗過程中,自己設(shè)計了兩個序列，經(jīng)過249點后重合，它的原始曲線如圖4所示，計算出互相關(guān)函數(shù)后的仿真曲線如圖5所示。
由圖4和圖5的仿真曲線可以看岀，在理想狀態(tài)下,該算法可以精確地找出兩個曲線相差的點。但是在實際的應(yīng)用中，由于誤差存在,兩個信號不會完全相同，因此我們只需要根據(jù)速度的最大值最小值，在有效數(shù)據(jù)長度范圍內(nèi)找到一個最大值即可，它對應(yīng)的k實際上就是對應(yīng)的時間差。
根據(jù)在實際的皮帶秤應(yīng)用中所采集到的數(shù)據(jù)做出的仿真曲線如圖6和圖7所示。
將圖6和圖7相結(jié)合比較分析,由該算法計算出序列的知將k轉(zhuǎn)換成時間差，再根據(jù)皮帶秤的有效稱量長度及兩個托輻之間的距離，可以算出皮帶運轉(zhuǎn)的速度。實驗表明，計算岀的速度與通過測速傳感器測量出的速度在誤差范圍內(nèi)相同，這種方法可以在皮帶秤測速中應(yīng)用。
4結(jié)束語
本文所設(shè)計的稱重裝置由于不使用測速傳感器,有效地克服了電子皮帶秤在應(yīng)用過程中傳感器極易損壞的缺點。大量實驗表明:使用該算法，測量速度快、精度高、成本低、穩(wěn)定性強,因而會得到廣泛的應(yīng)用,具有較高的理論意義及經(jīng)濟價值。
國內(nèi)外大量的資料表明，今后電子皮帶秤將在更高的水平上迅速發(fā)展，在更廣闊的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。

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