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0 引 言

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), 重量計量的準確與否直接影響到企業(yè)的信譽和經(jīng)濟效益。目前, 隨著我國食品、 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可大大提高自動化程度, 減輕勞動強度, 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)濟效益。同時隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進步, 對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越高。

本文所設(shè)計的控制器首要解決定量計量精度、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用性。

1 系統(tǒng)的工作流程

 粉狀物料由供料機構(gòu)送至備料斗, 由備料斗向計量斗裝料采取三料速送方式, 即大、 中、 小粉狀物投料在計量斗完成定量稱量后, 卸料至包裝袋中, 整個定量過程由定量稱重控制器進行控制, 同時該控制器還提供夾袋、 松袋控制。

本控制器通過對定時器的編程, 實現(xiàn)了過程時間控制。只需要進 行 數(shù) 據(jù) 輸入 就 可 以 完成標定、 工作參數(shù)設(shè)置、 配方參數(shù)設(shè)置、日 期 時 鐘 輸入等操作。進行包裝前, 從面 板 按 鍵 上輸 入 運 行 參數(shù)( 包裝袋數(shù)、 總重量、 額定袋數(shù)等) 和配方, 或在計算機上操作通過通訊口輸入。進行包裝時, 控制器根據(jù)運行參數(shù)和配方通過 I/O 口信號的輸出控制喂料電磁閥和夾袋電磁閥及其他執(zhí)行機構(gòu)。為了保證喂料和卸料的速度, 又要保證稱重的精度, 計量過程分為大投、 中投和小投階段。在一次稱重包裝過程結(jié)束后, 控制器將自動把“ 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程, 返回至停止狀態(tài)。反之, 則繼續(xù)進行下一次稱重包裝過程控制。包裝結(jié)束后, 控制器進入停止狀態(tài)界面。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

本定量稱重控制器是一個機電一體化的計算機控制系統(tǒng)。采用 STC89 單片計算機配以必要的控制接口和控制軟件, 實現(xiàn)定量下料的實時動態(tài)檢測和定量控制 [ 1 ] 。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

定量稱重控制器是以 STC89 單片機為核心部件的智能化儀器。

系統(tǒng)由 STC89 單片機、 稱重傳感器、 信號的采集部分、 A/D 及轉(zhuǎn)換控制信號的輸出等組成。由于采用單片計算機和大規(guī)模集成電路技術(shù)、模塊化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計, 因此該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、 功能強、 性能穩(wěn)定、 控制精度高、 操作維護方便等優(yōu)點。

2.2 信號檢測及控制

定量稱重控制器中單片機需要對 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號、 按鍵信號、 串口通訊信號等進行處理, 數(shù)據(jù)處理部分是通過處理其輸入的數(shù)字信號來獲取測得值以及與測量有關(guān)的必需值。定量稱重控制器的應(yīng)用場合一般還會有靜電、 輻射和振動等干擾, 根據(jù)這些設(shè)計需要, 我們選用了 STC89 系列中的 STC89C58RD+ 單片機。其內(nèi)部電源供電系統(tǒng)、 I/O 口、 時鐘電路、 復(fù)位電路、 看門狗電路均經(jīng)過特殊處理, 所以具有超強抗干擾、 抗靜電功能。

信號采集是將傳感器輸出的信號變成適用于數(shù)據(jù)處理的信號。本控制器信號采集是由電阻應(yīng)變橋式稱重傳感器將受力時產(chǎn)生形變的電壓信號經(jīng)過直流運算放大器進行放大, 有源濾波電路對其進行濾波后由 A/D 轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 最后送入單片機。直流運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CA3140 。

定量稱重控制器的性能除主要取決于單片機外,很大程度上還取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器。 本設(shè)計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 ∑- Δ 轉(zhuǎn)換器、 二階 ∑- Δ 調(diào)制器、 可編程數(shù)字濾波器和微處理器。芯片內(nèi)有半自動校準功能, 與 SPI 兼容, 并可提供雙線控制模式。由于定量稱重控制器對信號的精確度要求較高, 所以為了提高測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定度、 消除干擾, A/D 轉(zhuǎn)換部分的基準電壓和傳感器供電電源及ADC 供電電源均采用獨立供電  。

控制信號輸出電路是用于傳輸處理好的測量結(jié)果。主要由液晶顯示電路、 開關(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)控稱重數(shù)據(jù)、顯示工作狀態(tài)、 查看有關(guān)參數(shù)、 輸入數(shù)據(jù)及實時時間等。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 現(xiàn) 文 本顯示。

開關(guān)量輸入輸出部分: 開關(guān)量實現(xiàn)的是按鈕操作信號的輸入和單片機控制執(zhí)行機構(gòu)信號的輸出。串口通訊部分: 串口通訊芯片選用的是 MAX232A , 外圍電容為無極性的 104 電容。由單片機 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算機、 打印機進行通訊了。

3 控制軟件

軟件設(shè)計采用調(diào)試方便、結(jié)構(gòu)清晰的模塊化結(jié)構(gòu)。程序用 Keil Cx51 語言編寫。軟件部分主要實現(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 / 開關(guān)量輸入、 液晶顯示、 實時時鐘、 數(shù)據(jù)存儲、 串口通訊等內(nèi)容。

程序執(zhí)行時由主程序根據(jù)單片機接收到的信號對各個子程序進行調(diào)用, 從而達到控制器對各種外部信號進行處理和控制的目的。

4 結(jié)束語

本定量稱重控制器主要用于粉狀物料定量裝袋秤測量與控制。 此定量稱重控制器與傳感器、 執(zhí)行機構(gòu)組合后可構(gòu)成各種自動包裝機, 用于各類加工和生產(chǎn), 控制器的可靠性、 穩(wěn)定性好, 功能齊全, 顯示器菜單以中文的形式顯示出來, 全中文菜單形式最大程度地便捷了國內(nèi)用戶的操作, 界面友好, 操作方便, 具有較高的性能價格比, 稱量誤差 <± 0.004 , 非常適合粉狀物料的定量計量控制。

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