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針對(duì)粉狀物料定量下料的特點(diǎn), 設(shè)計(jì)一種基于STC89單片機(jī)的定量稱重控制器, 是一個(gè)機(jī)電一體化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。采用STC89單片機(jī)配以必要的控制接口和控制軟件, 實(shí)現(xiàn)定量下料的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和定量控制。設(shè)計(jì)的控制器具有可控性強(qiáng)、定量計(jì)量精度高、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
粉狀物料重量是食品、化工、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)的重要工藝參數(shù), 重量計(jì)量的準(zhǔn)確與否直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。目前, 隨著我國(guó)食品、化工、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)的迅猛發(fā)展, 定量稱重控制器已在成品包裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。采用定量稱重控制器的包裝機(jī)可大大提高自動(dòng)化程度, 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 保障生產(chǎn)的可靠性、安全性, 降低生產(chǎn)成本, 提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步, 對(duì)定量稱重控制器的可靠性、穩(wěn)定性及功能健全方面的要求也越來(lái)越高。
本文所設(shè)計(jì)的控制器首要解決定量計(jì)量精度、ADC轉(zhuǎn)換速率和可靠性, 其次完善控制器的功能, 使之更具有通用性和實(shí)用性。
1 系統(tǒng)的工作流程
定量稱重包裝機(jī)械設(shè)備粉狀物料由供料機(jī)構(gòu)送至備料斗, 由備料斗向計(jì)量斗裝料采取三料速送方式, 即大、中、小粉狀物投料在計(jì)量斗完成定量稱量后, 卸料至包裝袋中, 整個(gè)定量過(guò)程由定量稱重控制器進(jìn)行控制, 同時(shí)該控制器還提供夾袋、松袋控制。本控制器通過(guò)對(duì)定時(shí)器的編程, 實(shí)現(xiàn)了過(guò)程時(shí)間控制。只需要進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入就可以完成標(biāo)定、工作參數(shù)設(shè)置、配方參數(shù)設(shè)置、日期時(shí)鐘輸入等操作。進(jìn)行包裝前, 從面板按鍵上輸入運(yùn)行參數(shù)( 包裝袋數(shù)、總重量、額定袋數(shù)等) 和配方, 或在計(jì)算機(jī)上操作通過(guò)通訊口輸入。進(jìn)行包裝時(shí), 控制器根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和配方通過(guò)I/O口信號(hào)的輸出控制喂料電磁閥和夾袋電磁閥及其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了保證喂料和卸料的速度, 又要保證稱重的精度, 計(jì)量過(guò)程分為大投、中投和小投階段。在一次稱重包裝過(guò)程結(jié)束后, 控制器將自動(dòng)把“包裝袋數(shù)”加1, 然后把總袋數(shù)與額定袋數(shù)比較,若二者相等則停止下一次稱重包裝過(guò)程, 返回至停止?fàn)顟B(tài)。反之, 則繼續(xù)進(jìn)行下一次稱重包裝過(guò)程控制。包裝結(jié)束后, 控制器進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)界面。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本定量稱重控制器是一個(gè)機(jī)電一體化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。采用STC89單片計(jì)算機(jī)配以必要的控制接口和控制軟件, 實(shí)現(xiàn)定量下料的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和定量控制。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
定量稱重控制器是以STC89單片機(jī)為核心部件的智能化儀器。系統(tǒng)由STC89單片機(jī)、稱重傳感器、信號(hào)的采集部分、A/D及轉(zhuǎn)換控制信號(hào)的輸出等組成。由于采用單片計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)、模塊化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 因此該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、性能穩(wěn)定、控制精度高、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
2.2 信號(hào)檢測(cè)及控制
定量稱重控制器中單片機(jī)需要對(duì)A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)、按鍵信號(hào)、串口通訊信號(hào)等進(jìn)行處理, 數(shù)據(jù)處理部分是通過(guò)處理其輸入的數(shù)字信號(hào)來(lái)獲取測(cè)得值以及與測(cè)量有關(guān)的必需值。定量稱重控制器的應(yīng)用場(chǎng)合一般還會(huì)有靜電、輻射和振動(dòng)等干擾, 根據(jù)這些設(shè)計(jì)需要, 我們選用了STC89系列中的STC89C58RD+單片機(jī)。其內(nèi)部電源供電系統(tǒng)、I/O口、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、看門(mén)狗電路均經(jīng)過(guò)特殊處理, 所以具有超強(qiáng)抗干擾、抗靜電功能。信號(hào)采集是將傳感器輸出的信號(hào)變成適用于數(shù)據(jù)處理的信號(hào)。本控制器信號(hào)采集是由電阻應(yīng)變橋式稱重傳感器將受力時(shí)產(chǎn)生形變的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)直流運(yùn)算放大器進(jìn)行放大, 有源濾波電路對(duì)其進(jìn)行濾波后由A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 最后送入單片機(jī)。直流運(yùn)算放大器選用的是具有低功耗通用的高精度放大器INA128。有源濾波電路中選用了兩個(gè)CA3140。
定量稱重控制器的性能除主要取決于單片機(jī)外,很大程度上還取決于A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)選用的是高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1211, 具有24位精度并內(nèi)含自校正Σ- Δ轉(zhuǎn)換器、二階Σ- Δ調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器和微處理器。芯片內(nèi)有半自動(dòng)校準(zhǔn)功能, 與SPI兼容, 并可提供雙線控制模式。由于定量稱重控制器對(duì)信號(hào)的精確度要求較高, 所以為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定度、消除干擾, A/D轉(zhuǎn)換部分的基準(zhǔn)電壓和傳感器供電電源及控制信號(hào)輸出電路是用于傳輸處理好的測(cè)量結(jié)果。主要由液晶顯示電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路、串口通訊電路等構(gòu)成。本控制器的液晶顯示器主要用于監(jiān)控稱重?cái)?shù)據(jù)、顯示工作狀態(tài)、查看有關(guān)參數(shù)、輸入數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)時(shí)間等。液晶顯示器選用的是OCMJ (奧可拉中文集成模塊) B系列液晶顯示器OCMJ4X12B, 用戶輸入GB2312區(qū)位碼或ASCII 碼即可實(shí)現(xiàn)文本顯示。
開(kāi)關(guān)量輸入輸出部分: 開(kāi)關(guān)量實(shí)現(xiàn)的是按鈕操作信號(hào)的輸入和單片機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)的輸出。串口通訊部分: 串口通訊芯片選用的是MAX232A, 外圍電容為無(wú)極性的104電容。由單片機(jī)STC89C58RD+的TXD、RXD引腳和MAX232A芯片的T1IN、T2IN引腳連接形成通用的RS- 232接口。這樣, 控制器就可以方便地與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)進(jìn)行通訊了。
3 控制軟件
軟件設(shè)計(jì)采用調(diào)試方便、結(jié)構(gòu)清晰的模塊化結(jié)構(gòu)。程序用Keil Cx51語(yǔ)言編寫(xiě)。軟件部分主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理, 控制器外設(shè)( 按鍵) 控制, 功能菜單顯示以及與串口的數(shù)據(jù)通訊等。程序包含了A/D采集、按鍵/開(kāi)關(guān)量輸入、液晶顯示、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、串口通訊等內(nèi)容。

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