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      新型數(shù)字化稱重儀表設(shè)計

      發(fā)布時間:2020-10-12 11:49:12 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      1.引言
      稱重實質(zhì)上是獲取被測質(zhì)量信息的方法。近年來,隨著微型計算機技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展,對稱重儀表的數(shù)字化要求越來越高,然而當前稱重儀表由于數(shù)字電路和模擬技術(shù)的發(fā)展水平較低,結(jié)構(gòu)復雜并且操作繁瑣,在市場的應(yīng)用也顯得尤為滯后,所以為了滿足當前市場的實際需求.本設(shè)計利用新技術(shù)以STC89C52單片機為:t體.結(jié)合稱重傳感.微計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊.防護密封等技術(shù)實現(xiàn)了稱重系統(tǒng)的操作自動化、白診斷與IT測試、數(shù)據(jù)處理、人機對話等功能。
      2.系統(tǒng)自校準數(shù)據(jù)采集電路與算法
      稱車數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計的合理性是保證整個稱重系統(tǒng)精度、靈敏度以及可靠性的關(guān)鍵'一本系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)釆樣率、分辨率、數(shù)字信號處理速度、抗干擾能力等許多技術(shù)指標的精心設(shè)計,采集電路主要由等臂全橋差動電阻電路、三運放儀表放大電路以及MAXI11A/D轉(zhuǎn)換芯片等幾部分組成,如圖1所示。

      稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集電路圖

      在圖1電路中,由于等臂全橋差動電阻電路具有線性關(guān)系,則其輸出電壓U^U罕-,根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏度K=響-,則稱重傳感器輸出電壓U砰KeU,(e為電阻應(yīng)變片的縱向應(yīng)變)。又因為,對于相同材質(zhì)的電阻應(yīng)變片經(jīng)過伸縮后,有b牛,詈=半,即等臂全橋差動電路組成的稱重傳感器輸出電壓
      Uk*KU    (1)
      K為彖重傳感器的靈敏度,G為稱重傳感器的滿量程值,U為傳感器工作電床,Gx為被測重量值。
      由于稱重傳感器的輸出電壓與三運放儀表放大器的反相和同相輸人端相連接,并且本設(shè)計系統(tǒng)設(shè)定電阻R:=R”R3=R4,R鏟凡,使三運放儀表放大器在結(jié)構(gòu)上具有對稱性。
      3.系統(tǒng)硬件選用分析與工作原理
      3.1硬件選用與分析
      本設(shè)計采用STC89系列單片機89C52RC實現(xiàn)稱重系統(tǒng)的數(shù)字存儲、運算以及邏輯判斷等功能,它不僅接受MAX111A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號、進行數(shù)據(jù)處理,而且輸出重量顯示數(shù)據(jù)并進行報警等自動控制.所以它是整個數(shù)字化稱重儀表的核心部件。設(shè)計系統(tǒng)為r消除共模輸入電斥、溫漂和時漂以及系統(tǒng)本身的非線性等帶來的系統(tǒng)誤差.充分利用了等臂全橋差動電阻應(yīng)變式稱重傳感器的稱量響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定可靠、靈敏度高、線性度好等特點、標準三運放儀表放大器的對稱性結(jié)構(gòu)以及MAX111轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部自動校準功能,在很大程度上提高了稱車系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度與靈敏度.另外,為了便于工作人員能及時對稱車系統(tǒng)實施整體控制,設(shè)計系統(tǒng)采用液品顯示器進行數(shù)據(jù)顯示和聲光報警裝置進行超載報警,充分發(fā)揮r液晶顯示器匸作電壓低、功耗小、分辨率高等特性和聲光報警裝置對稱重儀表的良好保護性能。
      32系統(tǒng)丁作原理
      在硬件設(shè)it中,根據(jù)稱重系統(tǒng)的規(guī)模大小、控制功能及復雜程度、實時響應(yīng)速度等指標,硬件設(shè)計系統(tǒng)上要由等臂全橋差動電路組成的電阻應(yīng)變式稱重傳感器,三運放儀表放大器、MAX111A/D轉(zhuǎn)換器、STC89C52單片機、4x4矩陣鍵盤、串行液晶顯示器、聲光報警器等幾部分組成,稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示

      稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖

      圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖
      系統(tǒng)工作原理為載荷作用在工作電源激勵下的電阻應(yīng)變式稱重傳感器上,經(jīng)稱重傳感器檢測變換為與質(zhì)量成比例的電信號,該信號首先經(jīng)三運放儀表放大器放大,然后通過MAXI11A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進入STC89C52單片機,由單片機軟件自動調(diào)節(jié)控制,同時將處理后的稱鼠數(shù)據(jù)送至液晶顯示單元進行顯示。在稱重過程中一旦遇到超載等故障,由單片機軟件自動判斷故障,并進行相應(yīng)的聲光報警處理。
      4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

      在實際稱重控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)能否正常可靠地工作,除了硬件的合理設(shè)計外,還與功能完善的軟件設(shè)計是分不開的,系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是基于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想,采用模塊化設(shè)計.對系統(tǒng)每個子程序模塊單獨進行設(shè)計、調(diào)試,從而滿足了實時稱重和數(shù)據(jù)處理的要求。另外,本設(shè)計系統(tǒng)采用C51語言進行軟件編程,因為它是種結(jié)構(gòu)化語言,具有代碼效率高、可移植性強、庫函數(shù)豐富、可直接操作硬件資源和實時性強等特點。設(shè)計程序主要由主程序、稱重數(shù)據(jù)采集程序、鍵盤處理程序、稱重數(shù)據(jù)處理程序、比較與超載報警程序、稱重數(shù)據(jù)顯示程序等幾部分組成,稱重系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖3所示。
      (1)主程序主要完成稱重系統(tǒng)的初始化、初始化自診斷、顯示及鍵盤掃描等功能。
      (2)稱重數(shù)據(jù)采集程序主要完成對稱重傳感器信號的釆集、放大以及A/D轉(zhuǎn)換等功能。
      (3)稱重數(shù)據(jù)處理程序主要運用一定的數(shù)學模型對采集數(shù)據(jù)進行計算,最終得到被測物的真實重量值(由微處理器完成)。
      (4)鍵盤處理程序主要完成鍵盤信號的輸入、重量參數(shù)設(shè)定、重量數(shù)據(jù)核定等功能C。
      (5)比較與超載報警程序主要對被測物的真實重量與系統(tǒng)設(shè)定的最大重量值進行比較,對超載重量數(shù)據(jù)進行聲光報警。
      (6)稱重數(shù)據(jù)顯示程序主要完成對被測物重量數(shù)據(jù)進行顯示,便于工作人員能及時對稱重系統(tǒng)實施整體控制。
      5.結(jié)論
      研制與開發(fā)一臺在性能上實現(xiàn)高速率、高靈敏度、高準確性、高可靠性的綜合性稱重儀表是一項復雜的技術(shù)工作,本設(shè)計系統(tǒng)在稱8:上實現(xiàn)了自動稱量、在線稱量、綜合稱量等功能,在數(shù)據(jù)處理上實現(xiàn)了系不穩(wěn)定的。當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿足h/L=0.281時,所產(chǎn)生的非對稱漩渦列才能達到穩(wěn)定,像這樣的漩渦渦列稱為卡曼渦列。
      由圓柱漩渦發(fā)生體形成的卡曼漩渦,其單列漩渦產(chǎn)生的頻率為
      式中一單列漩渦產(chǎn)生的頻率,Hz;
      v    流體平均流速,m/s;
      d    圓柱直徑,m;
      S<_斯特勞哈爾系數(shù)(當雷諾數(shù)Re=5x1俱~15x
      由上式可知,當5近似為常數(shù)時,漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速成正比,測得f即可求得體積流量Q。
      漩渦流量計的特點是精確度高、測量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。缺點是其中的漩渦頻率檢測傳感器容易受周圍其他振源的影響,產(chǎn)生誤差。

       

       

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