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     本文針對(duì)配料儀器不能一機(jī)多用的問題,介紹了一種基于單片機(jī)的自動(dòng)配料儀表的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方案通過軟件和硬件的緊密結(jié)合,使配料儀表能夠處理不同行業(yè)的不同種類的傳感器送來的不同信號(hào)。且該配料儀表還具有配料可預(yù)置、自動(dòng)去皮、配料顯示、斷電保護(hù)等功能,使其達(dá)到高精度和通用性的目的。關(guān)鍵詞:單片機(jī);自動(dòng)配料儀表;信號(hào)采集

      當(dāng)前針對(duì)某一行業(yè),配料儀器所用傳感器種類、量程基本固定,配料的種類數(shù)基本固定,因此,目前的配料儀表產(chǎn)品使用場合單一,針對(duì)不同行業(yè),要設(shè)計(jì)出不同的配料儀表,使大批量生產(chǎn)難于實(shí)現(xiàn),這就使得資源的利用率不高,產(chǎn)品生產(chǎn)成本過高。因此,能夠開發(fā)出可適配多種不同類型的傳感器,具有智能去皮、精確配料、配料種類數(shù)由操作人員選擇的新型配料儀表,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)就是以基于單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)出能適配不同種類傳感器和應(yīng)用于不同行業(yè)的通用型自動(dòng)配料儀表。1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案要設(shè)計(jì)一機(jī)多用的自動(dòng)配料儀表,主要面臨的問題是:(1)不同行業(yè)使用的傳感器不同,輸出的電信號(hào)不同,這就給信號(hào)的初期放大處理和程序設(shè)計(jì)帶來困難。(2)不同行業(yè)配料種類數(shù)不同,控制信號(hào)數(shù)不同,這就給控制電路和處理程序的設(shè)計(jì)帶來困難。設(shè)計(jì)就是針對(duì)這兩個(gè)問題展開的。目前傳感器技術(shù)已相當(dāng)成熟,傳感器的輸出電壓信號(hào)已較為標(biāo)準(zhǔn)化。但是,不同的傳感器輸出的電壓信號(hào)仍然是有差別的,針對(duì)這種情況,在輸入信號(hào)初期處理上,對(duì)于不同的電壓信號(hào),需要放大的倍數(shù)是不同的,在設(shè)計(jì)中采用放大倍數(shù)可調(diào)的放大器可方便解決這個(gè)難題。在控制電路的設(shè)計(jì)上,可依據(jù)配料種類數(shù)最多的那個(gè)行業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如,在飼料行業(yè),配料種類數(shù)一般為8種,在建筑行業(yè),配料種類數(shù)一般為2～3種,在其他行業(yè),如冶金、化工等行業(yè),配料種類數(shù)一般都少于8種。因此,在設(shè)計(jì)硬件時(shí),以8種配料為基準(zhǔn)。也就是說,配料儀表可以配料種類數(shù)不超過8種,具體應(yīng)用于哪個(gè)行業(yè)時(shí),再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇,具體用軟件方法實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)配料儀表結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳感器送過來的電信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理,使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的(0～10)V的模擬電壓信號(hào),該電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,由A/D轉(zhuǎn)換器輸出端輸出數(shù)字信號(hào)至單片機(jī);單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,形成各種控制信號(hào),以控制整個(gè)配料過程。

      在電路中還設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示電路,通信及打印接口電路。在使用配料儀表之前,可以將不同的配方通過鍵盤輸入控制器,這些數(shù)據(jù)將被保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi),在使用時(shí),只要通過鍵盤操作調(diào)出相應(yīng)的配方,按下確認(rèn)鍵,配料儀表就會(huì)自動(dòng)完成配料,通過數(shù)碼管隨時(shí)監(jiān)視配料進(jìn)行情況。此外,也可以有操作人員來確定配料種類數(shù)和每種料的量,只要按照操作程序由鍵盤輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn),輸入的配方可直接儲(chǔ)存到控制器,下次使用時(shí),只需選擇該配方就可直接調(diào)用,操作相當(dāng)簡單。

2、儀表硬件電路設(shè)計(jì)

2.1信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)
       計(jì)量秤是自動(dòng)配料系統(tǒng)的重要組成部分。使用精度高、性能穩(wěn)定的力傳感器是計(jì)量秤的關(guān)鍵,力傳感器通常以應(yīng)變片為敏感元件。傳感器傳送的信號(hào)采用4051模擬開關(guān)輸入。在放大電路的設(shè)計(jì)上,選用單端輸入的差分式測量放大電路。

       要設(shè)計(jì)出一種通用的自動(dòng)配料儀表,在對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理的時(shí)候應(yīng)考慮到傳感器變化,放大倍數(shù)也要根據(jù)不同的場合而變化,因此可將R變?yōu)榭烧{(diào)諧放大倍數(shù)的可調(diào)電阻,用多路開關(guān)選擇加入不同的電阻,從而改變其放大倍數(shù),達(dá)到一定的通用性。在放大電路圖2中AD7501組成了可調(diào)諧電阻R,當(dāng)多路開關(guān)的選通信號(hào)不同時(shí),R的阻值就不一樣,放大器的放大倍數(shù)就會(huì)變化。但是,在實(shí)際應(yīng)用中,由于各種原因,使得輸入信號(hào)對(duì)放大倍數(shù)的要求很復(fù)雜,因此就要求R的阻值既要可變,又要可調(diào)。為滿足使用要求,在R內(nèi)部串聯(lián)一個(gè)電位器,在控制器出廠前,由工作人員通過實(shí)驗(yàn)的方法調(diào)整電位器,使放大器放大倍數(shù)精確滿足放大要求。

2.2A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
        AD574A片內(nèi)已有時(shí)鐘,故無需外加時(shí)鐘信號(hào)。該電路采用單極性輸入方式,可對(duì)(0～10)V和(0～20)V模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)AD574A與89C51配置時(shí),由于AD574A輸出12位數(shù)碼,因此單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí),需分兩次進(jìn)行:先高8位、后低4位。由A0=0或A0=1來分別控制讀取高8位或低4位。單片機(jī)可以采用中斷、查詢、延時(shí)方式讀取AD574A轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用延時(shí)方式,在編寫程序時(shí)用延時(shí)語句來獲得一段時(shí)間,使AD574A有足夠的時(shí)間完成A/D轉(zhuǎn)換。

2.3輸出控制電路設(shè)計(jì)
     設(shè)計(jì)的配料儀表用電磁閥來控制8個(gè)料斗和一個(gè)稱斗,因此,單片機(jī)只需要輸出簡單的電平信號(hào)來控制電磁閥的開閉就能完成控制。由繼電器驅(qū)動(dòng)的輸出控制電路如圖4所示。當(dāng)74LS373輸出低電平時(shí),光電耦合器TLP521的發(fā)光二極管導(dǎo)通,使TLP521的光敏三極管飽和導(dǎo)通后輸出低電平。該低電平送至繼電器和物料倉出料閥門的繼電器,反之,物料的閥門被關(guān)閉。圖中的繼電器線圈是感性負(fù)載,當(dāng)電路突然關(guān)斷時(shí),會(huì)出現(xiàn)感性浪涌電壓,所以在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)阻尼二極管加以保護(hù)。另外,還要加一路繼電器來控制混合倉,當(dāng)一輪配料完成時(shí),打開稱斗上的電磁閥,將物料注入混合倉進(jìn)行攪拌,供后續(xù)生產(chǎn)過程使用,這一路繼電器用單片機(jī)的P3.2來控制。

2.4鍵盤及顯示電路設(shè)計(jì)
       本設(shè)計(jì)中鍵盤顯示電路選用芯片zlg7289A。zlg7289A是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的,具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片,該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣,單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。配合相應(yīng)的鍵盤顯示子程序,即可實(shí)現(xiàn)配料儀表8位紅色LED顯示及包含有數(shù)字鍵和功能鍵在內(nèi)的15個(gè)按鍵正常工作。

3、配料軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      自動(dòng)配料系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù),根據(jù)系統(tǒng)的功能,分成若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊,包括串行通信模塊、顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和配料控制模塊等。主程序主要完成數(shù)據(jù)采集、配料控制、數(shù)值顯示等功能。開機(jī)后首先初始化子程序,包括設(shè)置中斷入口、RAM區(qū)自檢、各標(biāo)志位設(shè)置等,然后顯示儀表型號(hào),接著進(jìn)入主測量程序,并同時(shí)進(jìn)行繼電器控制。此時(shí),按功能鍵可進(jìn)入按鍵散轉(zhuǎn)子程序,根據(jù)鍵值進(jìn)行按鍵功能選擇,可選擇控制值設(shè)定、參數(shù)標(biāo)定等。主程序流程如圖5所示。

4、抗干擾措施

一般來說,干擾主要是外界電磁場、接地線不合理和整流電源的交流紋波等原因造成的,即當(dāng)放大電路輸入端輸入信號(hào)電壓Vi=0時(shí),使輸出端可能出現(xiàn)交流干擾電壓。對(duì)于雜散電磁場的干擾,可采取合理布局和屏蔽的抑制措施。將各級(jí)的共同端都直接接到直流電源負(fù)的共地點(diǎn),則可克由于接地點(diǎn)安排不正確而引起的干擾服。對(duì)于直流電源電壓波動(dòng)引起的干擾,可采用穩(wěn)壓電源供電,并在穩(wěn)壓電源的輸入和輸出端加一足夠大的電解電容或鉭電容的濾波電路。對(duì)于運(yùn)算放大器,為防止直流電源的干擾,可在電源引腳和地之間加一鉭電容防止低頻干擾,加一獨(dú)石電容防止高頻干擾。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前,一般先要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波以消除或減弱被測信號(hào)中的噪聲干擾。本設(shè)計(jì)中采用的是平均值濾波,用純軟件的方法來排除噪聲干擾,可靈活修改濾波參數(shù)。

5、結(jié)束語

基于單片機(jī)8051的自動(dòng)配料儀表,是一種能適合不同種類傳感器,能用于不同行業(yè)的通用型自動(dòng)配料儀表,解決了目前配料儀表不能一機(jī)多用的問題。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,功能靈活,便于維護(hù),并且具有良好的抗干擾能力,有利于提高系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比,具有明顯的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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