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0引言

稱重控制器是一種實時測量物料重量并根據重量自動發(fā)出控制信號的智能儀器，廣泛應用于包裝、配料等工藝流程中。國內在定量稱重控制器方面進行了多方面的研究，也設計出一批高性能、功能完備的稱重控制器，但也存在改進之處，如維護困難、精度低、配料時間長等。同時，集成電路和控制算法的發(fā)展也為研究和設計新型的稱重控制器提供了可能。

1定量稱重控制器的工作原理

定量稱重控制器用于物料定量裝袋系統(tǒng)中。物料定量裝袋系統(tǒng)由稱重控制器、備料斗、計量斗和夾袋機構組成備料斗用于存放要包裝的物料，通過提升機保證備料斗有足夠的物料；計量斗兩側裝有重量傳感器，可實時測得計量斗內物料重量；夾袋機構可根據控制信號夾住或松開包裝袋；稱重控制器是整個系統(tǒng)的控制核心。虛線表示檢測或控制信號。開始運行時，稱重控制器對備料斗發(fā)出投料信號，物料從備料斗進入計量斗。計量斗把物料重量反饋給控制器。稱重控制器根據當前重量和目標重量，自動控制備料斗依次按大、中、小3種速度向計量斗卸料，使物料快速精確進入計量斗。當計量斗物料重量達到目標值，停止卸料。若此時包裝袋已準備好，控制器通知計量斗向包裝袋卸料，卸料結束后松開包裝袋自動開始下一個過程。該稱重控制器具有16路開關量輸入／輸出，落差自動修正和零位跟蹤功能，可實現除了人工上袋外的全部物料自動包裝過程，且雙控制器可實現互聯，進一步提高包裝效率。

2.硬件設計

稱重控制器硬件部分包括單片機及其外圍電路、傳感器信號測量電路、鍵盤和顯示、輸入輸出、系統(tǒng)時鐘和通信等部分。

2.1單片機

單片機采用臺灣華邦的W77E58，該單片機除具有5l系列單片機的全部功能，還有如下特點：完全與MCS一51兼容的芯片，速度比標準5l快2．5倍以上；512B數據存儲器(其中256B以MOVX訪問)，32KB程序存儲器；3個定時器／計數器；內置電源管理模塊，有正常和省電模式。系統(tǒng)中外圍器件控制和數據的處理等任務均由W77E58完成。

2.2傳感器信號測量電路

物料包裝系統(tǒng)中使用的稱重傳感器為電阻應變式稱重傳感器，其原理為應變電阻構成的惠斯登電橋…。電橋輸出的信號很微弱，一般只有幾mV．測量電路主要完成稱重傳感器信號放大，并通過ADC采樣得到用于單片機處理的數據。橋路信號采樣首先需將信號放大。放大電路要求精密、低溫漂和高共模抑制比，一般采用精密儀用放大要求；要達到比較高的測量精度則需要高分辨率的ADC，對于一般稱重系統(tǒng)在設計中要選用14位或更高有效分辨率的ADC．從性能成本等方面綜合考慮，系統(tǒng)選用了AD7730【2兒3。。AD7730是AnalogDevices推出的24位乏一△串行ADC，非常適合于稱重等精密測量應用。主要特點有：雙通道差分輸入，輸人滿量程電壓可選lOmV，20mV，40mV或80mV；24位高精度，峰一峰計數達230，000；可編程濾波器；可編程增益放大器；可提供內部校準和系統(tǒng)校準；具有斬波工作方式。AI)"／730使用單電源工作，為了防止干擾，模擬部分和數字部分分別單獨供電。系統(tǒng)采用的傳感器為m—c3型電阻應變式稱重傳感器，其靈敏度為2．000mV／V，在5V電壓激勵下滿刻度輸出為lOmV，所以將AD7730的輸入電壓量程選為10mV．A．D"／730的有效分辨率和采樣更新速率有關，更新速率越低有效分辨率越高。在滿足其他要求的情況下盡量降低更新速率，由此來提高有效分辨率。AD7730的最低更新速率為50Hz，但如果選擇50Hz的更新速率，電網頻率(我國為50Hz)干擾可能會產生失調并且降低了線路頻率共模抑制，因而系統(tǒng)的采樣更新速率選擇60Hz．此時線路頻率共模抑制優(yōu)于90dB，能夠達到近80，000個計數相當于16．5位的有效分辨率，完全能夠滿足系統(tǒng)測量的要求。對于橋式測量電路，其輸出電壓的穩(wěn)定性與其工作電源(供橋電源)的性能是密切相關的，要求供橋電源能夠對溫度、時間等因素具有良好的穩(wěn)定性能。這就需要設計專用的供橋電源以保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和測量精度。AD7730的基準電壓最高允許為+5V，可以與模擬電源電壓和供橋電壓相同，這就非常方便將測量電路接成比率測量方式，電橋激勵電壓的輸入同時也作為AU7730的參考電壓，激勵電壓的變化不會影響測量結果，能夠保證測量精度。比率測量工作方式無需精確穩(wěn)定的基準電壓源即可實現精確的測量，降低了對供橋電源的要

3軟件設計

3.1初始化

初始化主要是初始化外圍各芯片，如實時時鐘芯片DSl2887、鍵盤顯示芯片CI-t451、模數轉換芯片AD7730，設置中斷，串口配置，并將默認的參數從EEPROM讀入RAM中。

3.2標定

當系統(tǒng)的工作參數或者工作環(huán)境發(fā)生變化后，需重新調整AD的零點和增益，以及重量與AD采樣值的轉換系數，并將它們存人EEPROM，此過程稱為標定。

3.3通訊程序

通訊程序包括兩部分。第一部分是兩個控制器同時工作時主副之間的通訊。雙控制器之問的通訊確保對同一袋物料包裝時協(xié)調同步，包括副機請求卸料，主機批準卸料，主機查詢副機狀態(tài)的命令，傳送累積量等；第二部分是單控制器與計算機之間的通訊。單控制器與計算機之間的通訊包括計算機對儀表時間和三級密碼設定和下載系統(tǒng)默認參數功能。

3．4自動控制過程

控制器在運行時能夠自動控制快、中、慢下料、計量斗卸料及松袋的全部過程?？刂品椒ú捎没跁r間的過程控制。其工作過程說明如下：

(1)啟動，同時開啟大投、中投和小投，快速下料；

(2)當物料的稱重值>大投值，則關閉大投信號進行中速加料，并等待t。時間(用于避免過沖)；

(3)繼續(xù)下料，當稱重值>中投值，關閉中投信號進行慢速下料，并且再等待t。時間；

(4)當物料的稱重值>目標值一落差值時，則關閉小投信號停止加料，并啟動t：定時器(用于避免計量斗振動)；

(5)t：時間到后，判斷夾袋延時時間t5是否到，不到則等待，時間到則將物料卸人包裝袋；

(6)卸料過程中，當稱重值≤零區(qū)值時，延時t，后關閉卸料信號，同時開啟定時器t。和t。，f。到時則向夾袋機構發(fā)出松袋信號，松開包裝袋；

(7)t．時間到則啟動下一個過程。其中目標值、大投值、中投值、落差值、零區(qū)值以及各時間參數由用戶設定，以滿足現場包裝的需要。合理調節(jié)重量參數和時間參數，可實現多種場合的快速包裝。

4結束語

控制器采用高精度多功能模數轉換器AD7730，保證了系統(tǒng)精度和動態(tài)過程的實現性，簡化了外圍電路設計。多功能鍵盤顯示芯片CH451的使用也節(jié)省了控制器的開發(fā)時間。該稱重控制器經現場調試和改進，現已進入試用階段，表明該裝置操作簡單，維護方便，精度和速度完全能滿足現場的要求。

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