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0引言

稱重控制器是一種實(shí)時測量物料重量并根據(jù)重量自動發(fā)出控制信號的智能儀器，廣泛應(yīng)用于包裝、配料等工藝流程中。國內(nèi)在定量稱重控制器方面進(jìn)行了多方面的研究，也設(shè)計(jì)出一批高性能、功能完備的稱重控制器，但也存在改進(jìn)之處，如維護(hù)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(shè)計(jì)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(jì)量斗和夾袋機(jī)構(gòu)組成，備料斗用于存放要包裝的物料，通過提升機(jī)保證備料斗有足夠的物料；計(jì)量斗兩側(cè)裝有重量傳感器，可實(shí)時測得計(jì)量斗內(nèi)物料重量；夾袋機(jī)構(gòu)可根據(jù)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(yùn)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(jìn)入計(jì)量斗。計(jì)量斗把物料重量反饋給控制器。稱重控制器根據(jù)當(dāng)前重量和目標(biāo)重量，自動控制備料斗依次按大、中、小3種速度向計(jì)量斗卸料，使物料快速精確進(jìn)入計(jì)量斗。當(dāng)計(jì)量斗物料重量達(dá)到目標(biāo)值，停止卸料。若此時包裝袋已準(zhǔn)備好，控制器通知計(jì)量斗向包裝袋卸料，卸料結(jié)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(guān)量輸入／輸出，落差自動修正和零位跟蹤功能，可實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)互聯(lián)，進(jìn)一步提高包裝效率。

2.硬件設(shè)計(jì)

稱重控制器硬件部分包括單片機(jī)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(jī)

單片機(jī)采用臺灣華邦的W77E58，該單片機(jī)除具有5l系列單片機(jī)的全部功能，還有如下特點(diǎn)：完全與MCS一51兼容的芯片，速度比標(biāo)準(zhǔn)5l快2．5倍以上；512B數(shù)據(jù)存儲器(其中256B

以MOVX訪問)，32KB程序存儲器；3個定時器／計(jì)數(shù)器；內(nèi)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(shù)據(jù)的處理等任務(wù)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(yīng)變式稱重傳感器，其原理為應(yīng)變電阻構(gòu)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(jī)處理的數(shù)據(jù)。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(dá)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(shè)計(jì)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(yīng)用。主要特點(diǎn)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(jì)數(shù)達(dá)230，000；可編程濾波器；可編程增益放大器；可提供內(nèi)部校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)；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(shù)字部分分別單獨(dú)供電。系統(tǒng)采用的傳感器為m—c3型電阻應(yīng)變式稱重傳感器，

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(guān)，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(wǎng)頻率(我國為50Hz)干擾可能會產(chǎn)生失調(diào)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(dá)到近80，000個計(jì)數(shù)相當(dāng)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(guān)的，要求供橋電源能夠?qū)囟?、時間等因素具有良好的穩(wěn)定性能。這就需要設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(jié)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(zhǔn)電壓源即可實(shí)現(xiàn)精確的測量，降低了對供橋電源的要求，簡化了電路，同時也有效的降低了硬件成本。AD7730的SCLK、DIN、DOUT分別與W77E58的VO口連接，通過SPI方式與單片機(jī)通訊。

2．3鍵盤和顯示

稱重控制器的人機(jī)交互通過8個LED管和12個按鍵實(shí)現(xiàn)。稱重控制器采用新型鍵盤顯示芯片CH45l來檢測按鍵和LED顯示。CH451是一款集數(shù)碼管顯示驅(qū)動、鍵盤掃描控制和?P監(jiān)控于一體的多功能外圍芯片，較之同類產(chǎn)品，其優(yōu)點(diǎn)如下pJ：

(1)在數(shù)碼管動態(tài)掃描方面。CH451內(nèi)置RC振蕩電路，可以直接驅(qū)動8位數(shù)碼管或64位LED；具有BCD譯碼或不譯碼功能；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各位獨(dú)立閃爍等控制功能；內(nèi)置大電流驅(qū)動級，段電流不小于30mA，字電流不小于160mA，并有16級亮度控制功能；

(2)在鍵盤控制方面。CH451內(nèi)置64鍵鍵盤控制器?？蓪?shí)現(xiàn)8X8矩陣鍵盤掃描，并內(nèi)置去抖動電路，可提供按鍵中斷與按鍵釋放標(biāo)志位等功能；

(3)在外部接口方面，CH45l可選擇簡潔的1線串行接口或高速4線串行接口(可高達(dá)10M)，且內(nèi)置上電復(fù)位和看門狗電路。該芯片速度快，操作方便，外圍電路簡單，廣泛用于以單片機(jī)、DSP等為CPU的智能儀器和小型控制系統(tǒng)中。

2．4系統(tǒng)時鐘

采用DSl2887作為系統(tǒng)的時鐘芯片，其作用有：提供當(dāng)前時間和日期；提供114位非易失性RAM；輸出I腳的周期信號。該信號接單片機(jī)的INTO，為可編程定時器提供時鐘信號。

4結(jié)束語

控制器采用高精度多功能模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7730，保證了系統(tǒng)精度和動態(tài)過程的實(shí)現(xiàn)性，簡化了外圍電路設(shè)計(jì)。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(jīng)現(xiàn)場調(diào)試和改進(jìn)，現(xiàn)已進(jìn)入試用階段，表明該裝置操作簡單，維護(hù)方便，精度和速度完全能滿足現(xiàn)場的要求。

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