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常州某水泥廠現(xiàn)有混凝土配料儀表采用專用模塊，價格較高、維修性能差、可擴展能力有限、通訊功能弱，因此對混凝土配料儀表控制系統(tǒng)的模塊與電路進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)新型配料控制器具有實際意義。
混凝土配料儀表等設(shè)備是混凝土攪拌站的主要組成部分，主要用于混凝土生產(chǎn)中原料的稱重配料，是保證混凝土質(zhì)量的重要前提。由于自動化的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，現(xiàn)有混凝土生產(chǎn)設(shè)備多采用微機控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可以設(shè)定各種原材料的配比和流量，控制各輸入物料的瞬時流量，從而達(dá)到控制混凝土質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。同時，自動控制系統(tǒng)也是實現(xiàn)自動化、智能化、科學(xué)管理、安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段。
1、一般控制芯片的選擇
配料儀表采用通用控制芯片代替專用芯片，或降低成本、方便控制程序開發(fā)。使用AT89C52單片機自帶大量ROM和RAM的微處理器直接構(gòu)成最小系統(tǒng)，這種方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)最簡、輸入/輸出能力強、無需附加譯碼電路、所需外部器件較少，同時具有以下功能：
（1）可以和任何總線型單片機接口，具有良好的通用性；（2）I/O口線可按位任意配置，系統(tǒng)調(diào)試極為方便；
（3）具有加密功能；
（4）高集成度、高可靠性；
（5）可并聯(lián)或級聯(lián)，擴展方便?？梢姡钚∠到y(tǒng)具有良好的通用性、靈活性和可靠性，并且大大減少外圍電路。
2、信號轉(zhuǎn)換電路的選擇
由于混凝土配料儀表等設(shè)備的工作環(huán)境惡劣，振動、煙塵、電磁、高溫、高濕等對電路構(gòu)成嚴(yán)重威脅，故采用V/F轉(zhuǎn)換器代替A/D轉(zhuǎn)換器。V/F變換過程是對輸入信號的積分過程，能對噪聲或變化的輸入信號進(jìn)行平滑處理，因而抗干擾能力較強；其次是與微處理器的接口簡單，頻率信號輸入靈活，只占用一根接口線，便于與接口進(jìn)行光電隔離，進(jìn)一步提高了水泥配料儀表的抗干擾能力和可靠性。
V/F轉(zhuǎn)換芯片有LM331、LM231、AD654、AD650、TC9400、VFQ-1C、ADVFC32等多種類型，其中性價比較高的有LM231、AD654兩種。
通過對比可以看出，AD654具有功耗小、輸出頻率范圍大、輸出功率大等優(yōu)點。AD654外圍電路較為簡單，因此采用AD654作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3、配料儀表控制電路的設(shè)計
控制電路除控制芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外還需要一些外圍電路的支持，如鍵盤掃描電路、顯示電路、接口電路、光電耦合電路、復(fù)位電路等。
水泥配料儀表控制電路原理
傳感器的信號通過調(diào)理電路能得到0-1V輸出電壓，從而滿足V/F變換電路輸入要求。AD654外圍電路主要有：6、7腳接入1000pF電容，為保證線性度，減少介電吸收和溫度系數(shù)，應(yīng)采用聚苯乙烯、聚丙烯或特氫綸等材料的電容；3、4腳各接1kΩ電阻，為了使輸入信號可調(diào)，3腳可采用1個精密電阻和1個可調(diào)電阻；8腳接+5V電壓，1、8腳間接390Ω電阻與光電隔離器件相連；2、5腳接地。
通信接口采用USB總線接口芯片CH372，實現(xiàn)USB口通信。CH372是一個USB總線的通用設(shè)備接口芯片，完全兼容USB V2.0規(guī)范，具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可方便地連接至單片機。通過USB與上位機的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測與實時控制。CH372外部器件只需晶振和電容，電路簡單。

4、配料儀表控制軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件采用Keli C51軟件開發(fā)環(huán)境，針對匯編語言的特點采用模塊化編程方法。程序主要包括5個模塊：主程序模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、通信模塊。
4.1主程序模塊
該模塊主要控制電路的初始化、各芯片的選擇、系統(tǒng)復(fù)位等。系統(tǒng)的復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位，軟件復(fù)位的主要方法有軟件陷阱、指令冗余、軟件WATCHDOG等。需要注意的是軟件復(fù)位和硬件復(fù)位的區(qū)別，硬件復(fù)位指開機復(fù)位與看門狗復(fù)位，硬件復(fù)位對寄存器有影響，如復(fù)位后PC=0000H、SP=07H、PSW=00H等，而軟件復(fù)位則對SP、PSW無影響。故對于微機測控系統(tǒng)，當(dāng)程序正常運行時，將SP設(shè)置地址大于07H，或者將PSW的第5位用戶標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運行時設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時只需檢測PSW.5標(biāo)志位或SP值便可判定是否為硬件復(fù)位。
4.2數(shù)據(jù)處理模塊
該模塊的主要任務(wù)是將V/F變換形式的脈沖信號變?yōu)閷嶋H稱重數(shù)據(jù)。AD654經(jīng)過光電耦合后形成脈沖方波，其頻率要轉(zhuǎn)化為數(shù)值必須通過計數(shù)器實現(xiàn)，計數(shù)器可以采用單獨的計數(shù)芯片加8253可編程計數(shù)器等，也可以采用單片機自帶的計數(shù)器即單片機的P3.4或P3.5口。通過計數(shù)器，AD654的輸出頻率變成讀數(shù)Rk，微處理器每隔一段時間Ts讀取一次計數(shù)值Rk，并同保存于RAM存儲器中的計數(shù)值Rk-n相減，得到的Dk即為模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。
4.3通信模塊
通信模塊為USB方式，可以通過USB口和上位機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。單片機通過8位并口對CH372芯片進(jìn)行讀寫，所有操作均由1個命令碼、若干個輸入數(shù)據(jù)和若干個輸出數(shù)據(jù)組成。CH372芯片占用2個地址位，當(dāng)A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令；當(dāng)A0為低電平時選擇數(shù)據(jù)端口，可以讀寫數(shù)據(jù)。在接收到數(shù)據(jù)或發(fā)送完數(shù)據(jù)后，CH372以中斷方式通知單片機進(jìn)行處理。
4.4其他模塊
參數(shù)設(shè)定模塊為主要對傳感器進(jìn)行調(diào)零、設(shè)定系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸入混凝土配比等。顯示模塊用于輸出各種參數(shù)，如配方數(shù)據(jù)、傳感器測量數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)指示、參數(shù)設(shè)定菜單、操作提示等。
5、結(jié)束語
本文介紹了基于通用微控制芯片的混凝土配料儀表的軟硬件設(shè)計，用AT89C52控制芯片代替專用控制芯片，用電壓——頻率轉(zhuǎn)換代替模擬量——數(shù)字量轉(zhuǎn)換，用USB通信方式代替RS-232通信方式，使系統(tǒng)電路具有線路簡單、易于維護(hù)、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。

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