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針對粉狀物料定量下料的特點, 設(shè)計一種基于STC89單片機的定量稱重控制器, 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。設(shè)計的控制器具有可控性強、定量計量精度高、性能穩(wěn)定、操作簡便等特點。
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(zhǔn)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
定量稱重包裝機械設(shè)備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(biāo)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?fàn)顟B(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?fàn)顟B(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。
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Σ- Δ轉(zhuǎn)換器、二階Σ- 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(zhǔn)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(zhǔn)電壓和傳感器供電電源及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。

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