畢業(yè)設計（論文）基于單片機的物料皮帶配料秤控制系統(tǒng)設計

1、無 錫 職 業(yè) 技 術 學 院畢業(yè)設計說明書（論 文）第一章 前言 1.1 課題的研究意義及目的在七八十年代隨著我國經濟的發(fā)展與改革開放的需要從冶金、電力、建材等系統(tǒng)，在成套系統(tǒng)進口的同時配套進口了相當數(shù)量的各類皮帶秤產品。此階段比較突出的是上海寶鋼集團在一期、二期項目引進的設備中配套進口了相當數(shù)量的日本大和衡器株式會社（yamato）生產的非定量/定量皮帶秤產品，由于該產品的質量穩(wěn)定可靠贏得了我國市場的認可。到了上世紀末本世紀初一批原國有企業(yè)與大專院校、科研院所由于體制問題從而分離出眾多的民營企業(yè)，自行開發(fā)了各種皮帶秤產品。在此階段的合資企業(yè)如北京大和引進了日本大和cfc-100皮帶秤儀表技

2、術；上海大和在日方增資控股后全面引進了日本大和非定量/定量皮帶秤包括耐壓式計量給煤機用傳感器、儀表與整機開發(fā)技術?？傮w上說我國目前的非定量皮帶秤、定量皮帶秤的承重裝置的結構形式還沒有完全突破上述的幾種類型，目前針對不同現(xiàn)場惡劣環(huán)境的基礎性測試與理論研究還缺乏實用性的突破。由于皮帶秤的動態(tài)準確度受環(huán)境變化影響因素太多，應該客觀地說，目前我國皮帶秤產品的可靠性應用與研究與國外先進水平相比較還是相當落后的，所以市場發(fā)展?jié)摿Ψ浅Ｖ?。隨著半導體技術的發(fā)展，單片機的應用越來越廣泛。目前利用單片機和微機組成的皮帶配料秤單片機控制器已廣泛地應用在冶金、化工、建材、飼料加工等諸多行業(yè)，皮帶配料秤控制系統(tǒng)不僅具

3、有自動化程度高，配料連續(xù)性好，操作人員勞動強度低，而且配料精度高，產品質量容易控制，還能實現(xiàn)動態(tài)物料的配比，自動和手動相結合，實現(xiàn)自動跟蹤誤差調整、自動稱重、自動混合、自動顯示。因此使用皮帶配料秤單片機控制器能明顯地提高工作效率，增加經濟效益，提高管理的現(xiàn)代化水平。1.2 國內外研究現(xiàn)狀連續(xù)累計自動衡器主要指皮帶類的連續(xù)累計自動衡器，簡稱皮帶秤。我國最早出現(xiàn)機械式非定量非定量皮帶秤是在上世紀五十年代，而真正意義上的電子非定量皮帶秤是在六十年代，當時由機械部北京起重運輸機械研究所研制生產了第一代電子非定量皮帶秤，隨后機械部上海工業(yè)自動化儀表研究所、太原工學院等單位也相繼開發(fā)出全電子非定量皮帶秤產

4、品。在七八十年代開始，機械部先后組織了從日本大和（yamato）引進非定量/定量皮帶秤整機產品技術；從美國梅里克(melick)引進非定量/定量皮帶秤整機產品技術；從德國申克(schenck)引進定量皮帶秤整機產品技術；從美國拉姆齊(ramsey)引進非定量/定量皮帶秤整機產品技術；電力部組織了從日本大和（yamato）引進給煤機（定量皮帶秤）整機產品技術；從美國史道克(stock)引進給煤機（定量皮帶秤）整機產品技術。作為我國火力發(fā)電行業(yè)最關鍵的稱重設備之一的耐壓式計量給煤機的發(fā)展，代表了我國電子皮帶秤產品技術已經發(fā)展到了一個更高的臺階。為了促進國有企業(yè)技術的發(fā)展，引進國外先進的稱重技術是無

5、可非議的，但必須熟悉掌握專業(yè)技術的全面信息，且具有全新的概念和超前的意識，盲目性、重復性的引進是技術上的大忌。在稱重測力技術中，我國以國外若干技術起步，甚至在某一階段以局部市場換取一些技術，一度取得了一些成果，由于外國公司的主觀愿望十分明確，為進入中國市場，他們并役有轉讓真正前沿的新技術，而是將他們即將換代的局部技術實施轉讓，為其原有產品延長其生命周期，取得意想不到的效益。 1.3 本論文的主要工作及安排本文在介紹一種物料皮帶配料秤單片機控制器的結構及工作原理的基礎上，著重對該儀器的控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)作了詳盡描述，及一種采用8051等芯片設計的智能變送器和系統(tǒng)誤差自適應調節(jié)的方法。論文的第一部

6、分主要就皮帶配料秤的特點、工作原理及結構作了簡要描述，突出地介紹了皮帶配料秤的用途及功能。論文的第二部分說明了皮帶配料秤的結構和原理。包括物料自動稱量的原理和實現(xiàn)，芯片介紹。論文的第三部分重點描述了皮帶配料秤單片機控制系統(tǒng)的結構工作原理和實現(xiàn)。突出地介紹了一種pc機與單片機的一種遠距離串行通信方法。論文的第四部分介紹系統(tǒng)常見的皮帶跑偏等問題的處理方法。如果能注意這些問題，那會使皮帶配料秤運行更加安全方便。第二章 總體設計方案皮帶配料秤控制系統(tǒng)的總體設計思想為：皮帶輸送機投入運行前，輸送皮帶上物料流量的設定值由操作人員在鍵盤上設定。系統(tǒng)投入正常運行后，單片機采樣皮帶荷重信號(通過adc0809)

7、和走速信號(t法測速)，將皮帶走速信號v(t)與皮帶單位長度上的瞬時重量p(t)相乘即可計算出皮帶上物料的瞬間流量f(t)。瞬間流量可通過6個七段數(shù)碼管顯示出來，為操作人員提供工藝數(shù)據參考。8051系統(tǒng)再將流量實際值與其設定值進行比較，經增量pid調節(jié)運算后計算出控制量vi，通過dac0832轉換為電流輸出信號(420 ma)，而后經放大去控制可控硅的導通角，實現(xiàn)調節(jié)滑差電機電磁離合器勵磁電流的功能，從而調節(jié)執(zhí)行機構滑差電機的轉速，使輸送皮帶上的物料流量盡可能穩(wěn)定在設定值附近，并具有良好的靜態(tài)指標和動態(tài)性能。2.1 硬件系統(tǒng)方案選擇(1) 單片機8051最小系統(tǒng)的設計。8051芯片是整個皮帶秤

8、系統(tǒng)的核心，選擇8051芯片是因為它本身自帶片內程序存儲器，使用起來比較方便，性能也比較穩(wěn)定。(2) a/d轉換接口的擴展。a/d轉換部分為稱重傳感器和放大電路提供激勵電壓和穩(wěn)定的電壓電源，并提供放大器稱重傳感器輸出的稱重模擬信號，同時還要把模擬信號轉換成數(shù)字信號輸出。(3) 顯示接口的擴展。系統(tǒng)中主要配有6個七段數(shù)碼顯示管來顯示測出的瞬時流量f(t)，為操作人員提供工藝數(shù)據參考。(4) d/a轉換接口的擴展。d/a轉換主要是將單片機處理后的數(shù)據，經模糊pid算法得出控制輸出，再經d/a轉換后控制可控硅進行處理。(5) 檢測元件的選擇。檢測元件采用軟件方法對流量等參數(shù)進行實時監(jiān)控檢測。(6)

9、鍵盤接口的擴展。 鍵盤是由若干個按鈕組成的開關組，其作用非常之大，在調試過程中用來輸入設定值及各種參數(shù)。根據本皮帶秤的系統(tǒng)需要，采用的是2x8鍵盤，包括09這10個數(shù)字鍵，6個功能鍵，因此，鍵盤在此次系統(tǒng)中發(fā)揮著極其重要的作用。2.2 軟件系統(tǒng)方案選擇軟件部分的設計主要是針對鍵的掃描，對數(shù)據進行采集并處理，計算出瞬時流量，再進行pid調節(jié)，控制可控硅的導通角，從而控制滑差電機的轉速。可分為以下幾個模塊：(1) 主程序的設計。(2) 鍵掃描及顯示程序。(3) a/d轉換程序。(4) d/a轉換程序。第三章 控制和測量原理3.1 控制原理輸送皮帶上物料流量的設定值由操作員在鍵盤上設定，系統(tǒng)投入運行

10、后，單片機采樣皮帶荷重信號和走速信號，并計算瞬時流量和輸出控制電流(420ma)，實現(xiàn)對流量的控制。系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖如圖3.1所示。 流量設定值荷重瞬時流量計算滑差電機d/a輸出 pid調節(jié)+ -f(t)圖3.1 系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖在流量測試的基礎上，把流量設定值和實際測試得到的瞬時流量進行比較，計算出誤差。采用增量pid調節(jié)算法，計算輸出到dac0832的vi(數(shù)字量)，經dac0832變換為420 ma的電流信號，經過放大后去控制滑差電機的轉速。增量式pid控制算法只需計算增量，當存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較小；增量式積分項運算僅與本次偏差有關，不易產生積分飽和

11、，可取得較好的調節(jié)效果；在實際系統(tǒng)中，易于實現(xiàn)手動和自動的無擾動切換，故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。 其計算公式如下： vi = p( ei + iei + d2ei )式中：輸出控制量的增量；設定值s與本次實際測得的流量值fi之差，；上一時刻設定值與實測值之差； 2ei兩次誤差值的增量；p比例系數(shù)；i積分系數(shù)；d微分系數(shù)。 輸出控制變量vi的表達式為 vi = vi-1 + vi式中：vi-1上一時刻輸出的控制變量3.2 測量原理測量時主要是針對瞬時流量進行測量。當輸送皮帶以v(t)走帶時，皮帶上的物料一般為不均勻分布，瞬時流量為 f(t) = p(t) xv(t)式中：p(t) -

12、單位長度上物料的瞬時重量； v(t) -皮帶的瞬時線速度。 本系統(tǒng)中p(t)為荷重傳感器電壓輸出信號的函數(shù)，因為存在著非線性，故可近似由三次多項式表示為p(t) = ax3(t) + bx2(t) + cx(t) + d 式中：p(t) -單位長度上物料的瞬時重量； x(t) -荷重傳感器在時刻t輸出的電壓信號經a/d轉換后的數(shù)字量； a、b、c、d-線性轉換系數(shù)。由調試過程中現(xiàn)場測定，可通過鍵盤輸入。 從上述公式可推導出瞬時流量f(t)為 f(t) = ax3(t) + bx2(t) + cx(t) + d x v(t)瞬時流量由5位十進制顯示，顯示形式為精確到小數(shù)點后3位。 第四章 硬件結

13、構及組成原理4.1 8051最小系統(tǒng)的設計8051片內程序存儲器rom為掩膜型的，在制造芯片時已將應用程序固化進去，使它具有了某種專用功能，其地址空間為64kb。當ea接高電平時，單片機從片內rom的4kb字節(jié)存儲器區(qū)取指令，當指令地址超過0fffh后，自動地轉向片外rom取指令。當ea接低電平時，所有的取指操作均對片外程序存儲器進行。8051最小系統(tǒng)主要包括時鐘電路的復位電路兩部分。1） 時鐘電路（1） 內部振蕩方式：8051單片機片內有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端，把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構成了

14、內部自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。（2） 外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內。2） 復位電路單片機復位電路包括片內、片外兩部分。外部復位電路就是為內部復位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設計的。8051單片機通常采用上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復位鍵重新運行。8051芯片外部接線圖如圖4.1所示。圖4.1 8051芯片外部接線圖4.2 a/d轉換接口擴展在本系統(tǒng)的數(shù)據采集過程中，主要有兩種需檢測的數(shù)據，一種是皮帶走速信號v(t)，另一種是運行中皮帶單位長度上的瞬時重量p(t)，兩者的乘積為此時的瞬時流量f(t)，即f(t)

15、p(t)v(t) 單位長度皮帶上的瞬時重量(皮帶荷重信號)采集方法如下：(1) 由荷重傳感器測出瞬時變化的應變情況，并轉化為電壓信號以010 mv輸出。(2) 經過放大器變?yōu)闃藴孰妷?5 v，送入a/d轉換器adc0809輸入電路in0(a/d轉換器的0通道)。 (3) 經a/d轉換器把模擬量轉換為8位數(shù)字量送入8051的p0口。 (4) 在8051中進行數(shù)據的處理就得到了單位長度上皮帶的瞬時重量。 圖4.2 重量采集電路原理圖adc0809的工作過程如下：(1) 置p2.7為0，選中adc0809。(2) 再用輸出指令啟動a/d轉換開始(wr0)。(3) 判斷eoc(轉換結束標記)是否為1，

16、若為1，則轉換結束。(4) 轉換結束后，用讀信號(rd0)控制三態(tài)門(在adc0809內部)，將轉換結果讀入8051，存入相應數(shù)據緩沖區(qū)。 4.3 荷重傳感器原理本系統(tǒng)選用的荷重傳感器屬于應變式壓力計，其原理是用應變片直接測量彈性元件的應變，實現(xiàn)間接測量壓力。這種方法彈性元件變形極小，可以測量高頻率變化的壓力。應變元件實際是一個測力應變筒，被測壓力經膜片轉換成相應大小的力，再傳給應變筒。應變筒受壓縮變形，沿軸向貼的應變片受壓阻值變小，沿周向貼的應變片受拉阻值增大，組成應變電橋即可得到輸出電壓值，從而測出壓力值的大小。測量荷重傳感器原理采用全橋，其中輸出電壓vscvr1/r1。全橋中的r1、r2

17、、r3、r4阻值均相等。r1為應變片測力時變化的阻值，它反映了所測壓力的大小與輸出電壓vsc的關系(成正比)。本設計使用全橋的目的在于：當r1r2r3r4時,電橋電壓靈敏度最高，并消除了非線性誤差，也起到了補償作用。荷重傳感器全橋輸出原理圖如圖4.3所示。圖4.3 荷重傳感器輸出全橋電路4.4 皮帶走速的測量 皮帶走速的測量方法如下：(1) 由測速傳感器輸出的信號，其頻率為皮帶走速的線性函數(shù)，該頻率由光碼盤檢測回路獲得。(2) 該輸出信號通過衰減送給比較器整形變成標準脈沖，光電隔離后，輸入到74ls74分頻，74ls74的q1輸出方波接8051的int1。(3) 由8051的定時器t1測出方波

18、的周期，t1選用門控方式定時計數(shù)，q1輸出高電平時t1計數(shù)，q1輸出低電平時t1停止計數(shù)，然后讀出t1的計數(shù)值m。(4) 由公式n60f/pm 計算電機轉速，然后查表得轉換系數(shù)，計算出皮帶走速。 4.5 鍵盤顯示接口電路擴展系統(tǒng)配有6位共陰極led顯示器，運行時可實時顯示瞬時流量。在調試過程中需輸入設定值及各種參數(shù)(p、i、d、a、b、c、d轉換系數(shù))。根據系統(tǒng)的實際需要，采用28鍵盤，包括09這10個數(shù)字鍵，6個功能鍵：寫入鍵wr、設定鍵s、校零鍵z、返回鍵mon、停機鍵stop、運行鍵run。鍵盤顯示器接口電路參見圖4.4。圖4.4 鍵盤顯示器接口原理圖 led顯示器有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方

19、法。靜態(tài)顯示要求外部有鎖存器，cpu輸出待顯示數(shù)據后，鎖存器將數(shù)據保存，直至再送新的顯示數(shù)據為止。這種方法顯示可靠，主要缺點是使用元件多，線路復雜，成本較高。在微機控制系統(tǒng)中，若控制系統(tǒng)時間允許，常采用動態(tài)掃描顯示。此種方法的優(yōu)點是線路簡單，價格便宜。動態(tài)掃描顯示按數(shù)據輸出方式又可分為并行和串行兩種。并行方式一般使用并行接口，如8255或8155的一個端口(如pa口)輸出顯示碼，另一個端口(如pb口)輸出位選碼。在對顯示器要求不是太高的場合，也常采用串行數(shù)據輸出方式進行動態(tài)掃描，這種方式利用8051內部的串行口和某個并行口(如p1口)組成了控制電路。 本系統(tǒng)需顯示的數(shù)據較少，故采用串行動態(tài)掃描

20、顯示。原理圖中74ls164是串行輸入并行輸出移位寄存器，它與8051的串行口按方式0連接。74ls164接受rxd端串行輸出的待顯示數(shù)據。每輸出一個字節(jié)，8051內部的硬件自動使scon寄存器的中斷標志ti置位，通過對ti的測試，即可確定一個字節(jié)是否發(fā)送完畢。這種方式在程序設計時與并行動態(tài)掃描編程方法類似，但需要加入如下的處理：(1) 對8051的串行口進行初始化編程。 (2) 待顯示的數(shù)據只要送至串行數(shù)據緩沖區(qū)，串行口就立刻自動將數(shù)據輸出。 7407是集電極開路高壓輸出的六緩沖器/驅動器，其功能是對74ls164輸出的段碼信號進行放大，驅動led顯示，需通過上拉電阻接高電平。led的位選由

21、8051的p1.0p1.5發(fā)出，經過75452反向驅動器來實現(xiàn)。led顯示器采用共陰極連接，動態(tài)顯示方式。鍵掃描處理采取了軟件消抖等一系列抗干擾措施。1) 鍵盤輸入電路鍵盤是由若干個按鍵組成的開關組,當沒有一個鍵按下時，所有行線輸出為1；當某個鍵按下時，該鍵所在的行線和列線短接，行線的輸出由列線的輸入電平決定，74ls164可提供鍵盤的列掃描信號。 2) 鍵盤信號的識別本設計采用的是非編碼式鍵盤，采用軟件方法判別究竟是哪一個鍵按下。其過程如下(1) 進行整體掃描，從74ls164輸出的列值00h判斷p3.4、p3.5是否為0，當為0時表示有鍵按下。(2) 當有鍵按下時，由逐列掃描找出這個鍵所在

22、的行值，此時74ls164逐次輸出所對應的列值為01h、02h、04h、08h、10h、20h、40h、80h。(3) 由鍵值所在的行值和列值即可計算出按鍵所在的位置。因本系統(tǒng)的鍵盤只有兩行，故行值加列值即得鍵值。其中，第一行的行值為00h，第二行的行值為08h。 3) 鍵盤消抖的處理機械按鍵在閉合時不會馬上穩(wěn)定接通，在斷開時也不會一下子斷開，而是伴隨著一連串的抖動。為保證cpu對按鍵的一次閉合僅做一次處理，對抖動信號必須進行消抖處理。本系統(tǒng)采用軟件消抖，調用子程序實現(xiàn)延時10 ms，待鍵閉合穩(wěn)定后再次接受鍵入的信號，此時抖動已經停止，鍵盤狀態(tài)有效。 4) 顯示器電路(1) led顯示器工作原

23、理。顯示器為七段數(shù)碼管，需由驅動電路7407(反向器)驅動，并采用共陰極接法。共陰極led顯示器的陰極共地，當某二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。十進制數(shù)對應的段碼見表4.1。 表4.1 七段led顯示器段碼表(共陰極) 顯示字符0123456789.段碼3fh06h5bh4fh66h6dh07h7dh7eh6fh80h (2) 顯示掃描電路。led的每一種顯示字符對應一個段碼，cpu送出這個段碼，led便顯示這個段碼所對應的字符。在本系統(tǒng)中由移位寄存器74ls164提供需要顯示的段碼。當我們需要同時顯示多個字符時，可逐次把需要的字符顯示在規(guī)定的位置上。本系統(tǒng)通過p1.0p1.5口向顯示

24、器提供位選碼，用于控制各個顯示器的接地端。在每點亮一個顯示器之后，必須稍停一段時間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后輪流點亮其他的顯示器。這樣巡回掃描速度較快，每秒可重復多次。雖然在同一時刻只有一個顯示器在工作，但利用人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余輝效應，我們看到的都是穩(wěn)定的多個字符同時顯示。這種顯示為動態(tài)顯示，此時，段選碼和位選碼均由軟件控制。 4.6 d/a轉換接口擴展在本系統(tǒng)中，執(zhí)行機構滑差電機的轉速可由經dac0832輸出的控制電流來調節(jié)，從而實現(xiàn)對皮帶上物料的流量控制。(1) 8051與dac0832的連接。由于dac0832內部已設有輸入數(shù)據寄存器，因而可以直接與單片機的數(shù)據總線相連，

25、并作為單片機的外部數(shù)據存儲單元。dac0832的地址可設為c000h。vcc和ile接5 v，8031的wr與dac0832的wr1相連，vss與、wr2、xferd 、 gnd相連后接地。本系統(tǒng)0832工作于單緩沖方式，只用輸入寄存器鎖存數(shù)據。8位da寄存器接成直通方式，即把wr2及xfer都接地。由8051的p2.6選通。d/a轉換原理圖見圖4.5。 圖4.5 d/a轉換原理圖(2) d/a轉換。d/a轉換過程如下： 數(shù)據采集后送入cpu進行處理，計算出瞬時流量，并與設定值作比較，通過pid調節(jié)送出控制變量vi。 cpu對dac0832進行一次寫操作，把一個數(shù)字量直接寫入數(shù)據寄存器，通過d

26、/a轉換，輸出模擬量。 dac0832的兩個輸出端iout1和iout2為電流輸出形式，為了提高電流輸出能力，提供420 ma的控制電流，輸出加上一級功率放大。 輸出的控制電流經放大后接可控硅控制板，控制可控硅的導通角，從而調節(jié)滑差電機的轉速，使物料流量穩(wěn)定在預期的設定值。4.7 報警電路 圖4.6 報警電路原理圖報警電路由8051的p1.6觸發(fā)。當系統(tǒng)工作正常時，p1.6輸出為1，禁止振蕩脈沖在與非門輸出，揚聲器關閉。當檢測到異常情況時，p1.6清零，使揚聲器發(fā)出報警信號。由于p1口是準雙向口，要想將某一位作輸出位時，必須先在鎖存器中寫入“1”。所以應先將p1口置為高電平，使p1.6為1，再

27、經過反向去封閉振蕩器。這就是在硬件上加一個反向器的原因。振蕩器可選用石英晶體振蕩器或多諧振蕩器，產生一個音頻范圍內的振蕩波形，再由放大電路放大，驅動揚聲器發(fā)音。皮帶配料秤單片機控制系統(tǒng)硬件圖見附錄。第五章 軟件設計本系統(tǒng)采用模塊化程序設計技術編寫監(jiān)控軟件。根據系統(tǒng)功能，將軟件劃分為若干個功能相對獨立的模塊，為每一個模塊設計算法和程序流程，再根據流程圖編制程序。每個模塊程序調試成功后，最后連接在一起進行總調。為了提高控制精度，采用了浮點數(shù)的技術，在程序中調用了大量的實用子程序。皮帶配料秤監(jiān)控軟件從功能上可劃分為以下幾個模塊：(1) 系統(tǒng)初始化。(2) 鍵掃描及顯示。(3) 鍵輸入和鍵命令處理。(

28、4) 運行管理程序，包括信號采集、計算瞬時流量及控制輸出三部分。 5.1 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化主要任務是在程序開始時，對本系統(tǒng)中所用到的各個地址、串行口和定時器的工作方式進行初始化設定，并對用戶地址進行規(guī)劃。下面以簡表的形式，把需要初始化的單元羅列出來，并對存放的數(shù)據及初始化狀態(tài)逐一做出介紹，見表5.1。 表5.1 初始化狀態(tài)表 工作單元存放數(shù)據初始化狀態(tài)38h, 39h, 3ah（上次實測值與設定值之差）00h, 00h, 00h29h, 2ah, 2bh（兩次差值之差）00h, 00h, 00h65h, 66h, 67h（上次輸出控制變量）00h, 00h, 00h3bh超限次數(shù)00h位地

29、址存放數(shù)據初始化狀態(tài)3eh判s鍵是否按下的標志0（未按）3dh判斷是否首次按鍵的標志0（首次）3fh判電機是否在中速運行標志1（中速）35h系數(shù)p輸入標志位0（未送過）36h系數(shù)a輸入標志位0（未送過）37h系數(shù)c輸入標志位0（未送過）p1.6報警標志位1（禁止報警）p1.7設定值輸入標志位1（無輸入）5.2 鍵值掃描及顯示鍵掃描時，先整體掃描是否有鍵按下，如果有，再逐列掃描，確定是哪個鍵按下。逐列掃描時，先得出按鍵所在列，然后經掃描得出行值，行值加列值就得到按鍵的鍵值。具體過程為：(1) 進行整體掃描，從74ls164輸出00h判斷p3.4、p3.5是否為0，當為0時表示有鍵按下。此時p1.

30、7為1，表示流量設定值還未輸入，返回鍵掃描等待輸入。(2) 當有鍵按下時，調用子程序實現(xiàn)延時10 ms，消除鍵抖動。再次整體掃描，進行第二次判斷以消除干擾。 00hsbuf整體掃描p3.4=0？延時10ms，消抖處理 yp3.5=0? y第一次掃描嗎？p1.7=1?feh a計算鍵值a sbuf(逐列掃描) y p3.4=0?a a10判別功能鍵或數(shù)字鍵下一列輸出值送a p3.5=0? c=1?8列掃描完否？n功能鍵處理顯示子程序 n圖5.1 鍵掃描程序流程圖(3) 第二次掃描仍為有鍵按下時，由逐列掃描找出這個鍵所在的行值，即按鍵所在的位置。此時74ls164逐次輸出值為feh，fdh，fbh

31、，f7h，efh，dfh，bfh，7fh(對應的列值分別為01h，02h，04h，08h，10h，20h，40h，80h)。掃描第一列時由74ls164輸出feh(第一列為低電平)，分別掃描各行，判斷p3.4或p3.5是否為0，當為0時表明第一列有鍵按下，轉去計算鍵值。當?shù)谝涣袥]有鍵按下時，再繼續(xù)掃描第二列。逐次掃描各列直到找到為0的行輸出為止，由按鍵所在的行值和列值即可計算出按鍵所在的位置。因本系統(tǒng)的鍵盤只有兩行，故行值加列值即得鍵值。其中，第一行的行值為00h(p3.40)，第二行的行值為08h(p3.50)。 (4) 當鍵值大于等于10時，說明按下的是功能鍵，則通過散轉程序轉到各自的入口

32、地址，分別實現(xiàn)各自的功能。若鍵值小于10，則為數(shù)字鍵，調顯示子程序顯示。鍵掃描程序流程圖見圖5.1。本系統(tǒng)設計鍵盤為28鍵盤，其分布見表5.2。 表5.2 鍵盤分布表76543210runzstopmonswr985.3 顯示子程序顯示子程序是按照動態(tài)顯示的原理完成的，將需要顯示的數(shù)據以十進制的形式顯示在六位數(shù)碼管上。顯示程序的設計思想是將顯示緩沖區(qū)中的顯示數(shù)每次順序向高位移一位，把剛掃描到按鍵的鍵值送給最低位。當?shù)谝粋€鍵按下時，讓程序執(zhí)行一段除最右邊led顯示外其余均熄滅的程序，即給其他緩沖區(qū)送入一個數(shù)，使它查表后得到的段碼為00h，則其他數(shù)碼管不亮，該程序為disp1。當?shù)诙€鍵按下時，跳

33、過disp1使顯示緩沖區(qū)正確移位，即執(zhí)行disp2程序。disp2程序的作用是將每個緩沖區(qū)順序向高位移一次，并把敲入的鍵送入最低位。 a40h41h42h43h44h45h 圖5.2 顯示方式示意圖 5.4 鍵輸入和鍵命令處理 (1) 當按下的鍵值為10時，代表wr鍵。wr鍵的功能為輸入流量設定值或pid調節(jié)及線性公式中的系數(shù)(p、i、d、a、b、c、d)。流量設定值是一個兩位數(shù)，p、i、d、a、b、c、d轉速系數(shù)是4位數(shù)，其格式為前兩位是整數(shù)位，后兩位是小數(shù)位。在輸入設定值時，應先保證s鍵(設定鍵)已按下，此時輸入的兩位數(shù)為設定值的兩個單字節(jié)bcd碼，再將其壓縮為一個字節(jié)的壓縮bcd碼，存入

34、內存緩沖區(qū)設定值單元以備計算時使用。在輸入系數(shù)時，應按照p、i、d、a、b、c、d轉速系數(shù)的順序依次送入相對應的數(shù)。同理，也應將4位數(shù)據壓縮為兩個字節(jié)的壓縮bcd碼備用。wr鍵處理流程圖見圖5.3。 開始 壓縮40h、41h、42h、43h單元內容，順序送p、i、d、a、b、c、d及轉速系數(shù) s鍵是否按下？ ny壓縮40h、41h單元內容送設定值單元清標志位跳回鍵掃描圖5.3 wr鍵處理流程圖(2) 當鍵值為11時，代表s鍵。s鍵是用戶設定流量的專用鍵。按下此鍵流量設定值先顯示出來，如需要改變設定值，則用鍵盤敲入相應的數(shù)字鍵，隨后按下wr鍵即可。s鍵處理流程圖見圖5.4。(3) 當鍵值為12時

35、，執(zhí)行退出鍵mon。按下該鍵后，6個led中最右邊的顯示器顯示提示符“p”，其他5個顯示器全熄滅。然后返回鍵掃描程序，這樣就可以退出命令狀態(tài)，執(zhí)行清標志位功能，等待新命令的輸入。 在調試過程中，mon鍵用得非常頻繁，修改參數(shù)或輸入命令鍵出錯時可按mon鍵退回到初始狀態(tài)。 (4) 當鍵值為13時，執(zhí)行停機鍵stop。stop鍵的功能是當系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，按下該鍵，使系統(tǒng)停止工作。在本設計中，dac0832的片選信號是由p2.6端輸出并接反向器后引入的，dac0832的地址為c000h。將00h送dac 0832，則d/a轉換后的模擬量為0，電機就停止轉動，起到了stop鍵的功能。停機后系統(tǒng)仍要

36、跳回到鍵掃描程序，為下次投入運行做準備。開始49h（設定值） a取設定值的高4位，放入a的低4位調顯示置標志位3dh=0，置標志位3eh=1跳回鍵掃描圖5.4 s鍵處理流程圖 (5) 當鍵值為15時，執(zhí)行z鍵。z鍵是校零鍵，它是測試輸送皮帶自重的專用鍵。按下此鍵，先啟動輸送皮帶空轉運動，然后啟動a/d轉換器對荷重傳感器的輸出信號進行轉換，取若干次結果的平均值作為皮帶的自重，寫入相應單元保存。在正式運行中，荷重傳感器輸出的是毛重信號，計算時應扣除皮帶自重。z鍵散轉處理程序的設計步驟如下： 數(shù)據采集。按下z鍵后，cpu為dac0832轉換器送入80h的數(shù)字量輸出，滑差電機以中速運轉(3fh1)。隨

37、后啟動adc0809，用通道0(adda、addb、addc均接地選通)對荷重信號(此時為皮帶自重，不傳送任何物料)進行采集。 數(shù)字濾波。當a/d轉換結束后(eoc1)，讀取轉換結果并存于30h單元，再執(zhí)行上述過程一遍，將第二次的轉換結果并存于31h單元，而后相加求平價值送32h單元。 高速下的數(shù)據采集與數(shù)字濾波。將cpu的數(shù)字量輸出升高為e0h送入dac0832，滑差電機以高速運轉(3fh0)。重復中速下的兩次采集過程，同樣求出平均值。最后將兩種速度下得到的兩個平均值再次按平均值濾波進行計算，結果送30h單元。這個數(shù)據作為皮帶的自重值，在以后的運算中每測一次荷重信號，轉換為數(shù)字量以后，都應減

38、去30h單元的皮帶自重才得到真實的物料重量。這樣的結果才能參與數(shù)字運算，才能滿足系統(tǒng)的精度指標。z鍵處理流程圖見圖5.5。開始設3fh=1給dac0832送數(shù)字量80h,滑差電機中速運行啟動0832啟動0809轉換兩次了嗎？ n計算平均值再次計算平均值3fh=0?y n跳回鍵掃描數(shù)字量改為80h,滑差電機高速運行，令3fh=0 圖5.5 z鍵處理流程圖(6) 當鍵值為14時，執(zhí)行運行鍵run，即配料系統(tǒng)在按下run鍵后進入運行狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，首先要判別是否已輸入過設定值，若沒有輸入過，則應跳回鍵掃描。如果設定值已經輸入，則轉去執(zhí)行本系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)-運行管理程序。 5.5 運行管理程序 5.5

39、.1 采樣程序本系統(tǒng)采樣周期為2 s，用延時程序實現(xiàn)。因該系統(tǒng)任務單一，cpu只需順序進行采樣、計算、控制輸出、顯示等任務，各任務之間無時序上的沖突，故不用采用中斷處理。采樣程序工作過程如下： 啟動adc0809將荷重信號轉換為數(shù)字量，再減去執(zhí)行z鍵后所得到的皮帶自重，將其(皮帶單位長度上的瞬時重量p(t)存入固定單元，為后面計算f(t)做準備。 讓定時器1選用門控方式計數(shù)。將tmod的最高位gate置1，這樣當tr1為1(開定時器1)時，定時器的起停將由int1控制：當int1為高電平時啟動計數(shù)，為低電平時停止計數(shù)。根據定時器中的值可計算int1引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度。這一正脈沖寬度與我們所

40、檢測的走速是相關的，這是t法測速原理計算線速度的典型應用。所謂t法測速，是利用脈沖發(fā)生器兩個輸出脈沖之間的間隔時間來計算轉速的一種測速方法。用一個計數(shù)器對已知頻率的時鐘脈沖進行計數(shù)，利用時鐘頻率和計數(shù)值可以求出時間，繼而算出轉速的測量值。在計算時，用公式n60f/pm計算轉速。其中f為頻率，p為脈沖發(fā)生器每秒輸出的脈沖數(shù)，在本系統(tǒng)中f500 khz，p600；m為計數(shù)器1測出的機器周期數(shù)，即門控方式下的正脈沖寬度，將其代入公式即可算出轉速。再將轉速乘以一個已查好的轉速系數(shù)，即可求出皮帶的線速度。在進行程序設計時，定時器1以方式1(16位計數(shù)器模式)工作，則定時器方式選擇寄存器tmod中的m1m

41、001b，t法測速時采用門控方式，gate1。故tmod10010000b，即在初始化時tmod將置為90h。 5.5.2 數(shù)制轉換程序由于計算過程中出現(xiàn)了三次方，加上pid調節(jié)精度要求較高，因而編程軟件計算過程中均采用三字節(jié)浮點數(shù)。本系統(tǒng)數(shù)據轉換的難點和重點在于調試中各個系數(shù)的轉換，由于當初敲入p、i、d、a、b、c、d 轉換系數(shù)時是以兩個字節(jié)的壓縮bcd碼存放的，規(guī)定第一字節(jié)存整數(shù)，第二字節(jié)存小數(shù)，但實際的系數(shù)是4位十進制數(shù)，所以要轉換為三字節(jié)浮點數(shù)。其轉換過程如下: 將雙字節(jié)壓縮bcd碼轉換為4個單字節(jié)bcd碼，并擴大100倍，即把兩個字節(jié)全看作整數(shù)。 調用4位十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)

42、的子程序，將數(shù)據轉換為二進制形式。 調用雙字節(jié)整數(shù)(二進制數(shù))轉換為三字節(jié)浮點數(shù)的子程序，將數(shù)據轉換為三字節(jié)浮點數(shù)形式。 用浮點數(shù)除法子程序除以100(同樣要化為浮點數(shù))，即可得到所需的浮點數(shù)。 5.5.3 計算過程本設計的計算主要有兩部分：一是計算瞬時流量，二是通過pid調節(jié)程序計算輸出控制變量vi。為了提高控制精度，采用三字節(jié)浮點數(shù)的加、減、乘等算法進行計算。 用公式f(t)ax3(t)bx2(t)cx(t)dv(t)計算瞬時流量f(t)，可調用浮點數(shù)加法、乘法子程序，計算結果送入顯示程序。 用pid調節(jié)子程序在流量測試的基礎上，把流量設定值和實際測試得到的瞬時流量值進行比較，計算出誤差，

43、再用增量式pid調節(jié)算法計算出輸出控制量vi，控制滑差電機的速度，從而實現(xiàn)流量控制。 5.5.4 顯示程序顯示程序用于顯示計算出來的瞬時流量f(t)，它主要是用一個取整子程序，使瞬時流量f(t)轉換成二進制數(shù)，并取出16位的整數(shù)絕對值和16位的小數(shù)部分，調用雙字節(jié)二進制整數(shù)轉換成十進制整數(shù)的子程序和雙字節(jié)二進制小數(shù)轉換為十進制小數(shù)的子程序，分別將數(shù)據轉化為十進制，并將整數(shù)部分送給45h、44h單元，小數(shù)部分送入42h、41h、40h單元，43h單元送入0ah，即段碼80h，用于顯示小數(shù)點“”。在調用顯示子程序時，顯示器將以“*.*”的形式顯示。 5.5.5 報警處理當超限三次后，就要報警。若報

44、警條件滿足，則置p1.6為0。由硬件電路可知，p1.6為0后振蕩器脈沖便可輸出，從而使揚聲器發(fā)聲。同時計算vi值去控制滑差電機，使瞬時流量盡可能跟隨設定值，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。第六章 系統(tǒng)調試系統(tǒng)的調試主要是軟件調試和對常見問題的處理。1）在軟件設計中已經把分成的若干個功能相對獨立的模塊進行調試成功后，最后連接在一起進行總調，現(xiàn)在主要是對整個皮帶秤單片機控制系統(tǒng)進行一下系統(tǒng)運行即可。2）在調試時皮帶運輸機的皮帶跑偏是最常見的問題故障。為解決這類故障重點要注意安裝的尺寸精度與日常的維護保養(yǎng)。跑偏的原因有多種，需根據不同的原因區(qū)別處理。（1）調整承載托輥組 皮帶機的皮帶在整個皮帶運輸機的中部跑偏時可

45、調整托輥組的位置來調整跑偏；在制造時托輥組的兩側安裝孔都加工成長孔，以便進行調整。具體方法是皮帶偏向哪一側，托輥組的哪一側朝皮帶前進方向前移，或另外一側后移。如圖1所示皮帶向上方向跑偏則托輥組的下位處應當向左移動，托輥組的上位處向右移動。（2）安裝調心托輥組 調心托輥組有多種類型如中間轉軸式、四連桿式、立輥式等，其原理是采用阻擋或托輥在水平面內 方向轉動阻擋或產生橫向推力使皮帶自動向心達到調整皮帶跑偏的目的。一般在皮帶運輸機總長度較短時或皮帶運輸機雙向運行時采用此方法比較合理，原因是較短皮帶運輸機更容易跑偏并且不容易調整。而長皮帶運輸機最好不采用此方法，因為調心托輥組的使用會對皮帶的使用壽命產

46、生一定的影響。（3）調整驅動滾筒與改向滾筒位置驅動滾筒與改向滾筒的調整是皮帶跑偏調整的重要環(huán)節(jié)。因為一條皮帶運輸機至少有2到5個滾筒，所有滾筒的安裝位置必須垂直于皮帶運輸機長度方向的中心線，若偏斜過大必然發(fā)生跑偏。其調整方法與調整托輥組類似。對于頭部滾筒如皮帶向滾筒的右側跑偏，則右側的軸承座應當向前移動，皮帶向滾筒的左側跑偏，則左側的軸承座應當向前移動，相對應的也可將左側軸承座后移或右側軸承座后移。尾部滾筒的調整方法與頭部滾筒剛好相反。經過反復調整直到皮帶調到較理想的位置。在調整驅動或改向滾筒前最好準確安裝其位置。（4）張緊處的調整 皮帶張緊處的調整是皮帶運輸機跑偏調整的一個非常重要的環(huán)節(jié)。重錘張緊處上部的兩個改向滾筒除應垂直于皮帶長度方向以外還應垂直于重力垂線，即保證其軸中心線水平。使用螺旋張緊或液壓油缸張緊時，張緊滾筒的兩個軸承座應當同時平移，以保證滾筒軸線與皮帶縱向方向垂直。具體的皮帶跑偏的調整方法與滾筒處的調整類似。 （5）轉載點處落料位置對皮帶跑偏的影響轉載點處物料的落料位置對皮帶的跑偏有非常大的影響，尤其在兩條皮帶機在水平面的投影成垂直時影響更大。通常應當考慮轉載點處上下兩條皮帶機的相對高度。相對高度越低，物料的水平