傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).

1、摘要隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的崛起，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)得到了迅速發(fā)展。動(dòng) 態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)在數(shù)字化，智能化等方面有長(zhǎng)足的進(jìn)步，稱(chēng)重系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)也進(jìn)入了一 個(gè)嶄新的階段。傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)是對(duì)傳輸帶上的散狀固體物料或粉料進(jìn)行連續(xù)稱(chēng)量 的系統(tǒng)，在電力、化工、煤炭、糧食等行業(yè)都有較廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)需求巨大。但是， 我國(guó)自行研制的相關(guān)產(chǎn)品普遍功能單一，精度不高。所以改善現(xiàn)有稱(chēng)重裝置、開(kāi)發(fā)研究 功能齊全的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)是勢(shì)在必行的。設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)，很好的解決了上述問(wèn)題。首先對(duì)硬 件電路所需的器件進(jìn)行介紹。說(shuō)明系統(tǒng)所應(yīng)用的微處理器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器類(lèi)型，具體提出 了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)

2、方法，給出了數(shù)據(jù)處理算法和其編程的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)使用24位精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7730專(zhuān)換稱(chēng)重傳感器信號(hào)，保證了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的高精度。所以該系 統(tǒng)能夠有效提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的計(jì)量精度，并且系統(tǒng)功能較完善，系統(tǒng)擴(kuò)展了現(xiàn)場(chǎng)總線 接口，很好的滿(mǎn)足了工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的需求。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳輸帶AD7730現(xiàn)場(chǎng)總線AbstractWith the developme nt of tech no logy of sen sor,electr onic and computer,the dyn amic weighi ng tech no logy is develop ing rapidly.Weighi

3、 ng system made sig nifica nt progress in the digital and intelligent,the research of Weighing system has entered a new phase.Belted dyn amic weight equipme nt is desig ned for con ti nu ous weigh ing the bulk solids or powders on conveyor belt.And it is widely used in the fields of electricity,chem

4、ical,coal and food.However,our related productsgen erally with sin gle fun cti on and lowprecisi on. Therefore,the improveme nt of existi ng weigh ing devices,research and developme nt functional dyn amic weighi ng system is imperative.This paper prese ntsa belted dyamic weighi ng system based on SC

5、M,which is a good solution to this problem.In this paper,the overall structure of the weighing system is present first,a nd detailed an alysis of the system model and work ing prin ciple .It an alyzes the cause of dyn amic measureme nterrors,a nd builds a mathmematical model for dyn amic measureme n

6、t errors of single-idler electronic belt conveyor scale.According to the model,the proposed approach use algorithm to correct errors.Solved the problem of low dynamic measurement accuracy.Then the design of system hardware and software is present.And data processing algorithms and their programming

7、design.System uses 24-bit precision A/D converter AD7730 con vert the weigh ing sig nal to en sure high-precisi on measureme nt results. The system presented in this paper is characterized by high precision and good stability.And with the Profibus in terface,this system was well positi oned to meet

8、the requireme nts of in dustrial automati on and man ageme nt moder ni zati on.Key words： Dynamic weighing Transmission belt AD7730 Profibus目錄摘要IAbstract II緒論1.1背景及意義1.1.1 背景1.1.2 意義1.1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2.國(guó)內(nèi)外稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 2.國(guó)內(nèi)外稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 3.1.3主要工作及論文結(jié)構(gòu) .5.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)6.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 6.2.2動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量原理 6.2.3 小結(jié).8.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 9.3.1系

9、統(tǒng)硬件概述 9.3.2系統(tǒng)微處理器 9.3.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 9.3.4數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計(jì) .1.13.4.1 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)1.13.4.2 MAX232 芯片簡(jiǎn)介.1.1串口通信接口電路設(shè)計(jì) 113.5程序下載線連接123.6 傳感器接口設(shè)計(jì) 133.7 Profibus-DP 接口擴(kuò)展 1.43.8 小結(jié)1.54單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 164.1軟件系統(tǒng)概述164.2軟件編程語(yǔ)言 164.3主程序模塊設(shè)計(jì) 164.4 AD7730轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)1.74.4.1 AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖1.74.4.2 AD7730 初始化1.84.5串口通信模塊設(shè)計(jì) 214.6脈沖計(jì)數(shù)模塊設(shè)

10、計(jì) 21測(cè)速信號(hào)的處理方法21脈沖計(jì)數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn)224.7 小結(jié)24.結(jié)論25.致謝26.參考文獻(xiàn)27.附錄28.1緒論1.1背景及意義背景對(duì)物料重量的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重在工業(yè)生產(chǎn)和流通貿(mào)易中占據(jù)重要地位，其中動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量工具是不可缺少的計(jì)量工具。在各種大宗散裝物料的傳輸帶上，都廣泛應(yīng)用動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì) 量工具，起到了提高計(jì)量精度、縮短作業(yè)時(shí)間、提高管理效率、節(jié)約資源和改善經(jīng)營(yíng)等 多方面作用。目前動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量工具已經(jīng)遍及各個(gè)領(lǐng)域，帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著 國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，貿(mào)易商品流通量不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量工具已經(jīng)不能適應(yīng) 時(shí)代的發(fā)展，需要新產(chǎn)品在自動(dòng)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理兩方面不斷提高。隨著近幾十年計(jì)

11、 算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的崛起，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)在智能化、數(shù)字化和計(jì)量迅 速化方面都有了長(zhǎng)足進(jìn)步。新型的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量工具不僅僅是提供重量信息的獨(dú)立儀 表，而是現(xiàn)代工業(yè)一體化和管理自動(dòng)化的重要組成部分。所以新型動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)不但要 能快速、準(zhǔn)確提供計(jì)量數(shù)據(jù)，還需要消除人為和環(huán)境造成的誤差，提高計(jì)量精度，并且 應(yīng)具備計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)管理等功能。意義傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備是對(duì)傳輸帶傳送的散狀固體物料或粉料進(jìn)行連續(xù)稱(chēng)量的設(shè)備， 有著應(yīng)用行業(yè)面廣、使用目的廣泛等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了物料儲(chǔ)存、運(yùn)輸和稱(chēng)量的一體化。廣 泛應(yīng)用于大宗散狀固體物料或粉料的運(yùn)輸、加工、儲(chǔ)存行業(yè)，如港口、倉(cāng)庫(kù)、冶金、煤 炭、

12、電力、建筑和煙草等行業(yè)。從使用目的方面而言，可以精確監(jiān)管生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高結(jié) 算精度，還可用于組成各種自動(dòng)化配料系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著目前企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)自 動(dòng)化和管理自動(dòng)化程度的不斷提高，迫切需要提高自身的生產(chǎn)效率，這就需要性能更好 更完善的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備。但是，目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品品種少，且功能單一，不能 滿(mǎn)足企業(yè)的迫切需要，所以改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)備，研究開(kāi)發(fā)性能好功能完善的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重 系統(tǒng)是勢(shì)在必行的。本設(shè)計(jì)正是針對(duì)這一問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)具有計(jì)量精度高，穩(wěn)定性好，并且 系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)可視化和數(shù)保存打印功能，其界面直觀，便于使用， 從而杜絕不真實(shí)計(jì)量現(xiàn)象，維護(hù)了企業(yè)和客戶(hù)的利

13、益，方便了計(jì)量工作。另外系統(tǒng)擴(kuò)展 了現(xiàn)場(chǎng)總線接口很好的滿(mǎn)足了工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的要求。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的發(fā)展可分為以下四個(gè)階段：(1) 動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)起源 世界上最早的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置出現(xiàn)在19世紀(jì)末期的西方國(guó) 家，用于輸送機(jī)對(duì)散狀固體物料動(dòng)態(tài)自動(dòng)稱(chēng)重。1880年第一臺(tái)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置獲得計(jì)量許 可。1908年第一個(gè)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重專(zhuān)利在英國(guó)公布。 自此，形成了較完整的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)定義 和動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置，拉開(kāi)了動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展的序幕。(2) 純機(jī)械式動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置第一代成熟的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置以純機(jī)械式皮帶秤為主導(dǎo)，只有帶配重物的秤架結(jié)構(gòu)和增量式碼盤(pán)結(jié)構(gòu)的編碼裝置，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的速

14、度和重量 數(shù)據(jù)的采集，但由于受到機(jī)械裝置制造水平的限制，精度很差，而且計(jì)量過(guò)程復(fù)雜繁瑣。 1970年英國(guó)制定了第一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重檢驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑯?biāo)志著動(dòng)態(tài)稱(chēng)重行業(yè)走上規(guī)范化道 路。(3) 傳感器和儀表結(jié)合式動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置二戰(zhàn)后，隨著傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了傳感器和電子儀表結(jié)合的第二代動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置。使用光電脈沖式或磁電 脈沖式傳感器測(cè)量速度，電子儀表通過(guò)模擬積分放大電路或數(shù)字積分放大電路實(shí)現(xiàn)配重 平衡、啟動(dòng)識(shí)別和流量累加功能。第二代動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置在計(jì)量精度和計(jì)量過(guò)程簡(jiǎn)化上都 有了很大程度的提高，但是仍然存在計(jì)量精度較低和缺乏誤差糾正等缺陷。(4) 傳感器和微機(jī)結(jié)合式動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置隨著近十年來(lái)

15、傳感器制造工藝和微機(jī)智能技術(shù)的崛起，為動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置的性能大幅度提高創(chuàng)造了有力條件。第四代動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝 置不但在計(jì)量精度上有了長(zhǎng)足進(jìn)步，而且在機(jī)構(gòu)集成化和功能完善化方面取得了進(jìn)步， 可以根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需求研制不同類(lèi)型的傳感器微機(jī)智能化動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)。目前正在使用的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置種類(lèi)繁多， 結(jié)構(gòu)形式不同，分類(lèi)依據(jù)多種多樣。 從秤架結(jié)構(gòu)類(lèi)型分有：?jiǎn)瓮休伋蛹?、多托輥雙杠桿秤架、懸臂式秤架、懸浮式秤架等結(jié) 構(gòu)，其中單托輥秤架由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷等特點(diǎn)，市場(chǎng)占有率較高。從使用的稱(chēng)重 傳感器類(lèi)型分有：電阻應(yīng)變片式傳感器、磁壓式傳感器、差動(dòng)變壓式傳感器和核子式傳 感器等，其中電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用最為廣

16、泛。目前使用的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置較為成熟的有：電子傳輸帶稱(chēng)重裝置、核子傳輸帶稱(chēng)重裝 置和激光-核子傳輸帶稱(chēng)重裝置。(1) 電子傳輸帶稱(chēng)重裝置電子傳輸帶稱(chēng)重裝置依靠稱(chēng)重傳感器測(cè)量傳輸帶上的物料重量數(shù)據(jù)，一般使用接觸式測(cè)速傳感器測(cè)量傳輸帶運(yùn)行速度，這導(dǎo)致計(jì)量精度受制 于機(jī)械結(jié)構(gòu)，計(jì)量結(jié)果誤差來(lái)自傳輸帶張力、自重、抖動(dòng)等多種因素。所以這種動(dòng)態(tài)稱(chēng) 重裝置計(jì)量精度不穩(wěn)定，維護(hù)工作繁瑣，需要每隔一段時(shí)間對(duì)裝置各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 以達(dá)到所需精度。而且這種動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置適用于大量散狀物料較長(zhǎng)時(shí)間累積流量的連續(xù) 計(jì)量，測(cè)量瞬時(shí)重量的精度不高，難以滿(mǎn)足某些對(duì)物料瞬時(shí)重量要求較高的使用場(chǎng)合。(2) 核子傳輸帶稱(chēng)重裝置核子傳

17、輸帶稱(chēng)重裝置是利用伽馬射線對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)行計(jì)量。當(dāng)伽馬射線強(qiáng)度一定時(shí)，射線穿過(guò)物料的衰減強(qiáng)度與物料的成分、密度、 厚度等參數(shù)呈指數(shù)關(guān)系。計(jì)量時(shí)將載物時(shí)的射線強(qiáng)度的連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)與傳輸帶空載時(shí)的 測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再與測(cè)量的傳輸帶速度進(jìn)行計(jì)算，可以直接得到物料的瞬時(shí)載荷重 量、累積物料流量等計(jì)量數(shù)據(jù)。由于核子傳輸帶稱(chēng)重裝置的工作原理是基于伽馬射線穿 透物料時(shí)的衰減規(guī)律，是非接觸式測(cè)量，有安裝獨(dú)立簡(jiǎn)便、后期維護(hù)容易、計(jì)量精度不 受機(jī)械裝置影響等顯著優(yōu)點(diǎn)。但是，伽馬射線的衰減強(qiáng)度與射線方向上的物料厚度有直 接關(guān)系，這使得核子傳輸帶稱(chēng)重裝置的計(jì)量結(jié)果受物料形狀影響很大。實(shí)驗(yàn)證明，相同 載荷的同種物料

18、不同的擺放形式下，計(jì)量的結(jié)果相差很大，甚至高達(dá)17%存在物料形狀影響導(dǎo)致核子傳輸帶稱(chēng)重裝置計(jì)量精度較差的問(wèn)題。(3) 激光一核子傳輸帶稱(chēng)重裝置激光-核子傳輸帶稱(chēng)重裝置工作原理是利用伽馬射線輻射測(cè)量傳輸帶上物料的密度，利用激光圖像分析來(lái)測(cè)量物料的堆積體積，進(jìn)而 計(jì)算出傳輸帶上物料的重量。由于這兩種測(cè)量技術(shù)都是非接觸式測(cè)量，所以激光-核子傳輸帶稱(chēng)重裝置具有：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷、不受機(jī)械性能影響、后期維護(hù)簡(jiǎn)便、 能準(zhǔn)確測(cè)量瞬時(shí)重量等顯著優(yōu)點(diǎn)。而且激光圖像分析技術(shù)彌補(bǔ)了核子測(cè)量技術(shù)的缺陷， 測(cè)量結(jié)果不受傳輸帶上物料擺放形狀的影響，使得這種裝置計(jì)量精度較好。但是，這種 裝置的成本較高，而且伽馬射線的

19、輻射對(duì)物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和工作人員的身體健康 都是不利的，所以激光-核子傳輸帶稱(chēng)重裝置應(yīng)用并不普遍。傳輸帶稱(chēng)重技術(shù)最早傳入我國(guó)是在本世紀(jì) 60年代，經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)不斷的發(fā)展與完 善，品種不斷增多，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中發(fā)揮了巨大作用。傳輸帶稱(chēng)重方式由靜態(tài) 發(fā)展到動(dòng)態(tài)，計(jì)量方式由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，測(cè)量參數(shù)由單個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)參數(shù)測(cè) 量。隨著傳感器工藝的提高和微電子技術(shù)的崛起，我國(guó)傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的研究得到 了進(jìn)一步發(fā)展。但是，由于核心技術(shù)與工藝落后、機(jī)械設(shè)備與電子儀表老化、新產(chǎn)品研 發(fā)能力欠缺等因素困擾，我國(guó)相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和品種都與發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)，而且功能 單一，可靠性差。所以目前相關(guān)產(chǎn)品

20、的性能和品種，不能滿(mǎn)足中國(guó)現(xiàn)在和未來(lái)的巨大市 場(chǎng)需求，這就為傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備的研究開(kāi)辟的廣闊前景。國(guó)內(nèi)外稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)隨著傳感器制作工藝和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，加之引入模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 建立數(shù)學(xué)模型、人工智能、阻尼振動(dòng)理論等技術(shù)，稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)向著功能自適應(yīng)、智能 化信息處理方向發(fā)展。國(guó)際上已經(jīng)取得了動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的突破，稱(chēng)重技術(shù)已經(jīng)跨入了高 科技領(lǐng)域。目前，稱(chēng)重技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)為以下幾個(gè)方面：(1) 小型化體積小、重量輕、便于安裝調(diào)試。近幾年稱(chēng)重裝置的研究特點(diǎn)上，充分體現(xiàn)了秤架結(jié)構(gòu)向小、輕、薄方向發(fā)展。為了適應(yīng)低容量的計(jì)量場(chǎng)合，可將傳感器制 成薄或超薄型稱(chēng)重傳感器直接嵌入秤架受力的鋁

21、板或鋼板底上與傳感器外徑一致的盲 孔內(nèi)，從而組成低外形的秤架結(jié)構(gòu)，通過(guò)秤架的力學(xué)要求和額定載荷可以計(jì)算出稱(chēng)重傳 感器的安裝位置和使用數(shù)量。秤架的鋁板或鋼板就是稱(chēng)重平臺(tái)，稱(chēng)重傳感器既作為計(jì)量 裝置，又作為秤架支點(diǎn)存在，這種設(shè)計(jì)極大地精簡(jiǎn)了裝置結(jié)構(gòu)，減少了機(jī)械連接環(huán)節(jié)， 不但縮減了制作成本，而且提高了裝置的可靠性和穩(wěn)定性。對(duì)于較大容量的平臺(tái)稱(chēng)重裝 置和電子地上稱(chēng)重裝置，采用長(zhǎng)方形或正方形閉合截面的薄壁鋼排列成一個(gè)竹排式秤體 結(jié)構(gòu)，在最外邊兩根薄壁鋼兩端的切口內(nèi)分別安裝4個(gè)稱(chēng)重傳感器，稱(chēng)重傳感器的固定支撐結(jié)構(gòu)就是秤架的受力支點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)既能簡(jiǎn)化稱(chēng)體結(jié)構(gòu)，又能縮減稱(chēng)體高度，是一種很有發(fā)展前景的設(shè)計(jì)方式

22、。(2) 集成化對(duì)于一些特定結(jié)構(gòu)的稱(chēng)重裝置，如專(zhuān)用稱(chēng)重裝置、小型電子秤、靜態(tài)電子軌道秤以及便攜式靜動(dòng)態(tài)輪軸秤等產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重傳感器與鋼軌，稱(chēng)重傳感器 與秤架，稱(chēng)重傳感器與軌道秤臺(tái)的集成化。例如稱(chēng)重傳感器與秤架集成化的靜動(dòng)態(tài)便攜 式電子輪軸秤，其集成化結(jié)構(gòu)由厚質(zhì)硬鋁合金板制成，主要原理是通過(guò)固溶熱處理來(lái)強(qiáng) 化硬鋁合金板，在合金板4個(gè)角通過(guò)銑槽或鉆孔的方式安裝 4個(gè)懸梁式稱(chēng)重傳感器，或 者在合金板的地面通過(guò)銑槽或鉆孔的方式安裝多個(gè)剪切梁式稱(chēng)重傳感器。從而使秤架與稱(chēng)重傳感器高度集成化。(3) 智能化稱(chēng)重裝置的計(jì)量顯示與控制部分與微型計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)的智能化處理增加稱(chēng)重裝置的顯示和控制功

23、能。使得稱(chēng)重裝置在保留原有功能基礎(chǔ)上增 加了自適應(yīng)、自診斷、自組織、推理和判斷等智能功能。這方面提高就是智能化稱(chēng)重裝置的顯示與控制器與目前普遍使用的微機(jī)控制顯示與控制器的主要區(qū)別所在。(4) 綜合化稱(chēng)重技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向是在加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上擴(kuò)大應(yīng)用范圍，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，向相關(guān)行業(yè)和學(xué)科滲透，應(yīng)用各個(gè)學(xué)科的技術(shù)綜合化的解決計(jì)量稱(chēng)重、 信息處理、自動(dòng)控制等問(wèn)題。對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，只具備計(jì)量、顯示、量化等功能的稱(chēng) 重裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化和管理一體化的進(jìn)程的不斷推進(jìn)，稱(chēng)重 裝置應(yīng)具備：稱(chēng)重、計(jì)價(jià)、提供各項(xiàng)相關(guān)信息、出入庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等各項(xiàng)功能。需 要電子稱(chēng)重設(shè)備與計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)

24、相連，共同組成一個(gè)綜合化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。(5) 組合化 在某些重量計(jì)量場(chǎng)合或過(guò)程中，為滿(mǎn)足實(shí)際需求，還需要電子稱(chēng)重裝 置具備一定的組合能力。如機(jī)械部分根據(jù)實(shí)際場(chǎng)合的調(diào)整，與外圍設(shè)備的組合，系統(tǒng)硬 件與外圍設(shè)備的連接，調(diào)節(jié)計(jì)量范圍和精度，通過(guò)軟件設(shè)置調(diào)整輸入輸出方式、通信方 式等功能。1.3主要工作及論文結(jié)構(gòu)(1) 進(jìn)行系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)規(guī)劃將軟、硬件按實(shí)現(xiàn)的功能劃分成析系統(tǒng)所用各傳感器的性能，全面了解被采集信號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)。(2) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件及制作PCB板 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)稱(chēng)重傳感器和采集、上位機(jī)通信、在 線編程等功能，制作原理圖及 PCB板圖。(3) 單片機(jī)軟件程序設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)系統(tǒng)器信號(hào)指標(biāo)

25、，使用 Keil C51 集成開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)單片機(jī)軟件程序，傳感器信號(hào)的 A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)測(cè)速傳感器信號(hào)的脈沖 計(jì)數(shù)和將采樣數(shù)串口發(fā)送至上位機(jī)等功能。本論文結(jié)構(gòu)如下：1緒論 闡述了背景及意義，介紹內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀，最后總結(jié)了自己所做的工作， 并且給出了論文結(jié)構(gòu)。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)提出了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的總體系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)量原理。 詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。3硬件電路分析 介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設(shè)計(jì)，傳感器 接口設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)總線接口的擴(kuò)展，重點(diǎn)介紹基于 AD7730芯片的稱(chēng)重傳感器數(shù)據(jù)采集電 路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。4單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了主程序模塊、AD7730轉(zhuǎn)換、脈沖計(jì)數(shù)及串行

26、通信4 個(gè)主要模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)闡述了稱(chēng)重傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)功能寄存 器介紹和流程圖詳細(xì)說(shuō)明了 AD7730勺各功能模式和初始化設(shè)置。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)由五部分構(gòu)成：秤架、稱(chēng)重傳感器、測(cè)速傳感器、數(shù)據(jù)采集電 路和工控計(jì)算機(jī)。采用單托輥秤架、梁式稱(chēng)重傳感器和接觸式測(cè)速傳感器的傳輸帶動(dòng)態(tài) 稱(chēng)重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。測(cè)速傳感器工控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集電路圖2-1傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖物料在傳輸狀態(tài)下，稱(chēng)重傳感器和測(cè)速傳感器將傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量和瞬時(shí)速 度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集電路采集該電信號(hào)并進(jìn)行適當(dāng)處理，然后送入工控計(jì)算機(jī)進(jìn) 行量化和計(jì)算

27、，最后顯示流量累計(jì)結(jié)果。擴(kuò)展功能通常是靠開(kāi)發(fā)軟件完成的，如監(jiān)控功 能、報(bào)警功能以及數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)功能。2.2動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)量原理通常情況下，計(jì)算傳輸帶上物料的流量需要采集物料的瞬時(shí)重量數(shù)據(jù)和傳輸帶的瞬 時(shí)速度數(shù)據(jù)。物料的瞬時(shí)重量需要連續(xù)采樣或者周期采樣計(jì)量區(qū)段傳輸帶托輥所受到的 壓力。傳輸帶的瞬時(shí)速度可以通過(guò)接觸式和非接觸式兩種方式獲得，再經(jīng)過(guò)一定的算法 來(lái)減小誤差。物料的瞬時(shí)重量和傳輸帶的瞬時(shí)速度進(jìn)行運(yùn)算，可得傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量和累 計(jì)流量。瞬時(shí)重量為某一瞬間傳輸帶上的物料重量，累計(jì)流量為某一段時(shí)間內(nèi)傳輸帶上 所通過(guò)的物料總重量。目前主要通過(guò)積分法和累加法計(jì)算物料的瞬時(shí)重量和累計(jì)流量。目前計(jì)算物

28、料流量和累計(jì)重量主要采用的方法有積分法和累加法。(1)積分法積分法計(jì)量流量時(shí)，首先測(cè)量傳輸帶上輸送的物料的瞬時(shí)重量q(kg/m)和相同時(shí)刻傳輸帶的瞬時(shí)速度 u(m/s)，相乘可以得到傳輸帶上物料的瞬時(shí)流量W(t)(kg/m):(2-1)W(t) =qu式(2-1 )算出的是傳輸帶某一時(shí)刻的瞬時(shí)流量，但傳輸帶上的物料瞬時(shí)重量和傳 輸帶的瞬時(shí)速度都是隨時(shí)間不斷變化的，所以瞬時(shí)流量W(t)對(duì)時(shí)間的積分可以得出T段時(shí)間內(nèi)傳輸帶的累積物料流量 W(2-2)TTW = 0 w(t)dt = 0 q(t)u(t)dt式中q(t)瞬時(shí)荷重值u(t)瞬時(shí)皮帶速度傳輸帶的速度可由采樣間隔距離S L和走過(guò)S L段程

29、度所消耗的時(shí)間T來(lái)計(jì)算:(2-3)式中T走過(guò)占S L長(zhǎng)度所需的時(shí)間S L采樣間隔行程(2)累加法 用累加法計(jì)量傳輸帶上物料流量時(shí)，傳輸帶每移動(dòng)距離S時(shí)，就對(duì)傳輸帶的瞬時(shí)重量采集一次，這是傳輸帶整體的加權(quán)重量，會(huì)與實(shí)際重量有一定的差距。 然后通過(guò)近幾次的瞬時(shí)總量采樣計(jì)算出 S段的瞬時(shí)重量值qi。把n段測(cè)量的瞬時(shí)重量累 加就讀出傳輸帶走過(guò)nS段長(zhǎng)度的累積流量W(2-4)nW =為(qi q2 q3 qn)i =1t時(shí)刻傳輸帶上物料的瞬時(shí)重量可以由 W對(duì)時(shí)間微分求的:W(t)=dwdt(2-5)累加法計(jì)量原理如圖2-2所示使用累加法計(jì)算物料流量可以很好的減少皮帶跳變和傳感器轉(zhuǎn)換誤差對(duì)計(jì)量結(jié)果 的影響

30、，并且經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明使用累加法要比采用積分法的準(zhǔn)確度高，所以對(duì)計(jì)量精 度要求嚴(yán)格的系統(tǒng)均采用累加法方式計(jì)量。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)正是基于累加法計(jì)量物料流量和 累計(jì)重量。2.3小結(jié)本部分提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，闡述了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和計(jì)量原 理。詳細(xì)說(shuō)明了本系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的功能，介紹兩種基本計(jì)量算法，對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn) 行了對(duì)比，選擇累加法作為系統(tǒng)的基本計(jì)量算法。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件概述數(shù)據(jù)采集電路是系統(tǒng)的主要硬件部分，將稱(chēng)重傳感器020m的輸出信號(hào)由數(shù)模轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換為24位精度的數(shù)字信號(hào)，即000000HFFFFFFH中的一個(gè)值，然后送入單片機(jī)。 速度數(shù)據(jù)采集部分，首先將測(cè)速傳感器

31、輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行光電隔離，然后由單片機(jī)對(duì) 脈沖計(jì)數(shù)。數(shù)據(jù)采集工作完成后，由通信接口將 24位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和脈沖計(jì)數(shù)值送入上位 機(jī)，在上位機(jī)中完成數(shù)據(jù)的量化和最終計(jì)算，實(shí)時(shí)顯示計(jì)算結(jié)果，并且存入數(shù)據(jù)庫(kù)。3.2系統(tǒng)微處理器由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求的芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(RAM和程序存儲(chǔ)空間(ROM都較小,固微處理器選擇AT89S52芯片。AT89S52是Atmel公司推出的與MCS-51兼容系列單片機(jī)。它是一種低功耗、高性能 的微處理芯片。8KB片內(nèi)Flash，可擦/寫(xiě)1000次以上；256字節(jié)片內(nèi)RAM全靜態(tài)邏輯， 工作頻率范圍024MHz 32個(gè)可編程I/O 口；三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密；一個(gè)全雙工串行 口；

32、三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；支持在線編程ISP (In System Programmable )功能。3.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器本系統(tǒng)稱(chēng)重傳感器輸出的信號(hào)為模擬量，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行記錄和處理，所 以模數(shù)轉(zhuǎn)換部件為本系統(tǒng)的重要部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量精度都會(huì)產(chǎn)生影響。由于懸梁 式電阻應(yīng)變稱(chēng)重傳感器輸出為頻率較低的模擬量，所以需要模數(shù)轉(zhuǎn)換部件具有精確的計(jì)量精度，但對(duì)響應(yīng)速度沒(méi)有過(guò)高要求。固本系統(tǒng)采用精度為24位的AD7730芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。AD7730是由美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的24位無(wú)失碼、雙通道差分模式高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換 裝置，有效分辨率為21位，線性誤差土 0.0018%。AD7730是刀-類(lèi)型

33、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置。 刀-類(lèi)型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置同時(shí)具備反饋比較和雙積分式兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，以電荷 平衡式數(shù)模轉(zhuǎn)換器改良而成，刀-類(lèi)型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置去掉了在電荷平衡式模數(shù)轉(zhuǎn)換器 中使用的復(fù)雜的穩(wěn)定式電路，取而代之為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的D觸發(fā)器，這種設(shè)計(jì)使刀-類(lèi)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件自身的電路組成對(duì)元件的精度要求降到了一個(gè)很低的層面。刀-類(lèi)型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置還同時(shí)具有雙積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器抑制串模干擾的功能。刀-類(lèi)型是一個(gè)閉環(huán)的連續(xù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所以對(duì)自身電路元器件的精度要求低于雙積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，漂移與失調(diào)不會(huì)影響轉(zhuǎn)換的精度。刀-類(lèi)型模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置由于使用了數(shù)字式反饋比較方式， 從而使用量化噪音大大降低、提高了轉(zhuǎn)換精度、增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗

34、干擾能力、加快了相應(yīng) 速度、優(yōu)化了線性度。刀-技術(shù)將量化噪聲移到了系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換頻帶之外，所以 AD7730抗干擾能力強(qiáng)， 適用于低頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用 AD7730轉(zhuǎn)換懸梁式稱(chēng)重傳感器輸出的模 擬量，并將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)送入單片機(jī)進(jìn)一步處理。 AD7730的工作原理如下：設(shè)fs為采樣頻率，該芯片采集稱(chēng)重傳感器的模擬信號(hào)時(shí)采用k倍過(guò)采樣頻率kfs，內(nèi)部通過(guò)信噪整形電路將fs/2信帶寬度內(nèi)的大量量化信噪移除模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻帶， 即移至fs/2至kfs/2之間的頻帶，從而使得系統(tǒng)量化信噪降低到之前的1 k。由于模擬低通濾波器只能濾除大于kfs/2頻帶寬度的信噪，所以需要利用采樣抽取電路和數(shù)字濾

35、 波器來(lái)濾除頻帶無(wú)用信號(hào)和量化信噪，提取期望信號(hào)，提高轉(zhuǎn)換分辨率和信噪比。使用 的采用率應(yīng)高于兩倍輸入信號(hào)頻率，即fs2fa，并且應(yīng)符合香農(nóng)采樣定律的原則。 用戶(hù) 可以通過(guò)軟件設(shè)置AD7730的工作方式寄存器，設(shè)置刀-模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波器、信 噪比、采樣分辨率、采樣頻率，從而做出最優(yōu)選擇。數(shù)據(jù)采集電路中，AD7730與 AT89S52單片機(jī)的接口電路原理圖如圖3-1所示：DVDD 盤(pán)VDDREFB?(+)STANDBYSYNCPOLSCLKAM-CSr5tANK+lDlDOUTank-xdoDINACXACKRESETREFIN(-)MCLKINAGNDMCLKOUTDGNDVBIAS2AD

36、773010GNDP10(T2)P1.1(T2EX)Pl.2PL3Pl.4pi.eonsoP1.7(SCK)130uF15EAVPPXTAL1P3.5(T|)PJJflNTl)P3.2(INT0)1L9152MHZ圖3-1 AD7730與AT89S52的接口原理圖單片機(jī)使用查詢(xún)方式來(lái)控制 AD7730芯片，單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.3、P1.4引腳 分別連接AD7730的 SCLK CS DOUT DIN引腳。當(dāng)加在RDY引腳上的電壓為低電平時(shí)， 單片機(jī)可讀取AD7730數(shù)據(jù)寄存器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)加在RDY引腳上的電壓為高電平時(shí)，AD7730進(jìn)行數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)更新，禁止傳

37、輸數(shù)據(jù)。也可采用將RDY引腳連接單片機(jī)的INT0或INT1引腳，使用中斷方式控制AD7730還可以通過(guò)直接訪問(wèn) 內(nèi)部寄存器的RDY位數(shù)據(jù)，從而節(jié)省一個(gè)引腳。3.4數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計(jì)本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)采集和計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)保存等功能。而AT89S52只有256字節(jié)RAM和8K的FLASH不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，所以必須借助 PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和 儲(chǔ)存等功能。本系統(tǒng)對(duì)傳輸?shù)乃俣纫蟛桓?，而且在?shí)際環(huán)境中可能需要傳輸較遠(yuǎn)距離， 綜合功能和成本考慮使用串行通信方式。串行通信又分為同步通信和異步通信兩種方式。同步通信傳輸速率高，硬件設(shè)計(jì)復(fù) 雜，異步通信方式使用普遍，傳輸速率在 50到19200波特

38、之間。在異步通信時(shí)，發(fā)送 和接收方要確定具體的發(fā)送波特率和數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)是以幀為單位傳送的，每一幀數(shù)據(jù) 由四部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位（可選）和停止位。比較兩種串行通信方 式，由于本系統(tǒng)對(duì)通信速度要求不高，所以選擇異步通信方式。系統(tǒng)采用RS-232C串口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的全雙工串行端口與 PC機(jī)COM串行接口 的鏈接，并編程實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信。3.4.1 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)RS-232C是在串行異步通信方式中使用最為廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)，是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié) 會(huì)（EIA）公布的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C主要用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè) 備（DCE之間的二進(jìn)制串行通信，最高傳輸

39、速度 19.2kbps，最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)15米. 雖然RS-232C設(shè)計(jì)了 25個(gè)引腳，但對(duì)于一般的串行雙向通信，只用到串行口輸入引腳 TXD串行口輸出引腳 RXD和接地引腳GND RS-232C規(guī)定的邏輯電平電壓范圍與 CMOS 和TTL電平不同，規(guī)定在+3+I5V之間為邏輯電平“0”，-3V-15V之間為邏輯電平“ 1”。 由于計(jì)算機(jī)接口芯片和接口電路大部分采用CMO和 TTL電平，所以在串行通信之前，必須先轉(zhuǎn)換電平，使之與CMOS口 TTL電平相匹配。本系統(tǒng)電平轉(zhuǎn)換工作交由 MAX232E 片完成。3.4.2 MAX232芯片簡(jiǎn)介MAX23是美國(guó)MAXIM公司專(zhuān)為RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)

40、計(jì)的低功耗、單電源發(fā)送接收器。 對(duì)于各種EIA232E和V.28/V.24標(biāo)準(zhǔn)總線，轉(zhuǎn)變?yōu)?RS-232C數(shù)據(jù)電平需要土 10V電源， 所以MAX23芯片完成RS-232C與 CMO和 TTL的電平轉(zhuǎn)換只需要+5V電源即可，從而打 破了土 12V電源的限制，使用場(chǎng)合更為廣泛。串口通信接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的串口通信接口電路原理圖如圖3-2所示321113241526V29麵101鶴11:30*沖VCCGND SXDJP3.0 IXD)P3 1 IE PROGPSEN(A3JP2D(A9)P2l A10JP2J :AHJP23 A12JP14 :A13JP2 5AU.P2 zA15JP2-rluFC

41、1+WDCbVCC02+Cl*T1INT1OUTT2DTT2OUTR1OUTRUNR3OUTR2INGNDVEEI:*-圖3-2通信接口電路原理圖GKDca“pluF000GND圖中J1為標(biāo)準(zhǔn)RS-232C總線9針插頭。圖中C6 C7 C8 C9為MAX232芯片內(nèi)部 電源轉(zhuǎn)換所需要的4個(gè)電解電容，最好選用鉭電容，盡量靠近芯片焊接，取值大小均為 1uF/25V。MAX232勺 R1IN、T1OUTR2IN、T2OUT引腳需要接 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平，而 T1IN、 R1OUTT2IN、R2OUTH腳則需要接TTL/CMO標(biāo)準(zhǔn)電平。因此單片機(jī)的串行口接收引腳 RXD應(yīng)接MAX232勺R(shí)1OUT

42、R2OUT引腳，單片機(jī)的串行口發(fā)送引腳 TXD應(yīng)接MAX232芯片 的T1IN、T2IN引腳。與之對(duì)應(yīng) T1OUT T2OUT和R1IN、R2IN通過(guò)9針標(biāo)準(zhǔn)插頭分別于 PC機(jī)的接收端RXD和發(fā)送端TXD相連。3.5程序下載線連接VCCJ4SCK1MISOR?f5MOSI戸SCKGNDMISOvccRSTNCNCNCMOSINC810ISP1GND圖 3-3 AT89S52ISP 接口設(shè)計(jì)piSeniorR2 10K尺 3 I0KEncoderINTO INTATME公司的單片機(jī)AT89S系列單片機(jī)提供了一個(gè)串行接口對(duì)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器編程 （ISP）,以及后來(lái)推出的AT90S系列中多數(shù)芯片都支持

43、在線編程功能。ISP是最先由 Lattiee公司提出的一種技術(shù)，是通過(guò)同步串行方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其可編程邏輯器件的重配置， 它的實(shí)現(xiàn)一般只需要少量的外部電路輔助。通過(guò)ISP技術(shù)，電路板上空白器件可以編程寫(xiě)入最終用戶(hù)代碼，即使將芯片焊接在 電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的這個(gè)串口，就可以實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部?jī)?chǔ)存器的改寫(xiě)，而 無(wú)需再取下芯片。已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。ISP通過(guò)單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，編程線與I/O 線共用，不額外增加單片機(jī)的引腳。AT89S52的ISP接口設(shè)計(jì)如圖3-3所示。3.6傳感器接口設(shè)計(jì)懸梁式稱(chēng)重傳感器有四條接線，

44、紅色為激勵(lì)正（EXC+,接10V電源，黑色為激勵(lì) 負(fù)（EXC-接地，綠色為信號(hào)正（SIG+）接入AD7730的ANI（ +）引腳，白色為信號(hào)負(fù) （SIG-）接入ANI （）引腳，之間串聯(lián)10K限流電阻。圖4-4為懸梁式稱(chēng)重傳感器和 E6B2-CWZ6編碼器接口設(shè)計(jì)電路原理圖。VCCGNDGND圖3-4編碼器與稱(chēng)重傳感器的接口電路E6B2-CWZ6編碼器正常工作的激勵(lì)電壓為 524V DC激勵(lì)電壓的選擇直接關(guān)系到 數(shù)據(jù)脈沖的電壓值。所以本系統(tǒng)選用 5V DC作為激勵(lì)電源，輸出的脈沖信號(hào)可以直接送 單片機(jī)計(jì)數(shù)。E6B2-CWZ6編碼器有6條接線，褐色為VCC黑色為A相輸出，白色為B 相輸出，橙色為

45、Z相輸出，藍(lán)色為0V,最后一條為屏蔽線GNDA、B兩相信號(hào)的脈沖表 示碼盤(pán)軸所轉(zhuǎn)的角度，Z相為零脈沖信號(hào)，碼盤(pán)每轉(zhuǎn)一周變化一次。本系統(tǒng)中，因?yàn)閭?輸皮帶正常工作時(shí)方向不會(huì)改變，所以不存在鑒相問(wèn)題。使用單片機(jī)的外部中斷INT0,以邊沿觸發(fā)方式對(duì)A相輸出的脈沖計(jì)數(shù)。3.7 Profibus-DP 接口擴(kuò)展PROFIBU是由西門(mén)子等公司組織開(kāi)發(fā)的一種面向工廠自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化的國(guó)際性現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBU的開(kāi)發(fā)始于1987年，1989年立項(xiàng)為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN19245(Deutsche Industrie Normen )， 1996 年 3 月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170( Europe

46、an Standard)，并于 2000 年成為 IEC61158 (International Electro technicalCommission) 0我國(guó)于2001年正式批準(zhǔn)PROFIBU現(xiàn)場(chǎng)總線成為我國(guó)機(jī)械行業(yè)工業(yè)控制 系統(tǒng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS勺用戶(hù)組織 PI (PROFIBUS INTERNATIONA成立于 1995年，在 30多個(gè) 國(guó)家和地區(qū)都有地區(qū)性的 PROFIBU用戶(hù)組織，會(huì)員眾多。我國(guó)的相應(yīng)組織 PROFIBU專(zhuān) 業(yè)委員會(huì) CPOChinese Profibus User Organization )成立于 1997 年，下設(shè)的“PROFIBUS 產(chǎn)品

47、演示及認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室”和“ PROFIBU技術(shù)中心”負(fù)責(zé)產(chǎn)品認(rèn)證和技術(shù)支持?？傊?PROFIBU是 一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、 開(kāi)放的數(shù)字通信系統(tǒng)，適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán) 格和可靠性要求高的各種通信任務(wù)。目前已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化、 樓宇和交通電力等領(lǐng)域。PROFIBU由三種兼容的通信協(xié)議類(lèi)型組成，即 PROFIBUS-DP PROFIBUS-P和 PROFIBUS-FMieldbus MessageSpecification ，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范)。RS-485傳輸是PROFIBU最常用的一種傳輸技術(shù)其應(yīng)用既適用于需高速傳輸?shù)南?統(tǒng)，也適合于簡(jiǎn)單、廉價(jià)、需快速鋪設(shè)的場(chǎng)合。RS-4

48、85采用平衡差分傳輸方式，在一個(gè) 兩芯卷繞且有屏蔽層的雙絞電纜上傳輸大小相同而方向相反的電流，以削弱工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)噪聲，且避免多個(gè)節(jié)點(diǎn)間接地電平差異的影響。其傳輸數(shù)據(jù)的速率為9.6Kbps12Mbps且一個(gè)系統(tǒng)中總線上的傳輸速率對(duì)連接在總線上的各個(gè)設(shè)備是統(tǒng)一設(shè)定的。各個(gè)設(shè)備均連在具有線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的總線上。每一個(gè)線段可以連入的最大設(shè)備數(shù)目為 32,每個(gè)線段 的最大長(zhǎng)度為1200米。當(dāng)設(shè)備數(shù)目多于32時(shí)，或擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍時(shí)，可以使用中繼器連 接各個(gè)不同的網(wǎng)段。本系統(tǒng)采用創(chuàng)捷PQ20系列外置式Profibus-DP從站橋接模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線接口擴(kuò) 展，該模塊提供用戶(hù)利用 RS232/RS48刑行通訊端口和Pr

49、ofibus總線系統(tǒng)通訊功能的 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)設(shè)備。它可以米用標(biāo)準(zhǔn)的 DIN軌道安裝方式，米用直流24V電源供電，符 合工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)要求。它完全兼容 Profibus-DP總線協(xié)議，可以自由設(shè)定3126的 Profibus-DP從站地址。是為滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工控產(chǎn)品制造商在PROFIBU現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的推廣需求而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。廣泛應(yīng)用于儀器儀表、人機(jī)界面、智能高低壓電器、變送 器、智能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備、變頻器、電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)器等設(shè)備。該系列的產(chǎn)品具有獨(dú)特的設(shè) 備數(shù)據(jù)綜合描述軟件，使用戶(hù)利用PC就能輕松設(shè)置從站地址、識(shí)別碼、輸入輸出長(zhǎng)度等信息，還可讀取相關(guān)信息，并能自動(dòng)生成 GSD文件，使設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)總線控

50、制系統(tǒng)中更 加智能化，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成能力，更突出本產(chǎn)品的可維護(hù)性、高集成性、互操作性和開(kāi)放性。3.8小結(jié)本章對(duì)傳輸帶動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹，主要包括單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設(shè)計(jì)，程序下載線連接，傳感器接口設(shè)計(jì)和現(xiàn) 場(chǎng)總線接口的擴(kuò)展。著重闡述了基于 AD7730芯片的稱(chēng)重傳感器數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn)，這是硬件設(shè)計(jì)的核心功能部分。單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)將在下一章中詳細(xì)闡述。4單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件系統(tǒng)概述根據(jù)系統(tǒng)主要功能，將系統(tǒng)軟件分為4個(gè)主要功能模塊：主程序模塊、AD7730轉(zhuǎn)換 模塊、脈沖計(jì)數(shù)模塊及串行通信模塊。該軟件完成的任務(wù)是：通過(guò)AD773

51、0轉(zhuǎn)換模塊采集稱(chēng)重傳感器電橋輸出的電壓信號(hào)， 并將轉(zhuǎn)換得到的24位數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)由脈沖計(jì)數(shù)模塊完成對(duì)測(cè)速傳感器的輸出脈沖進(jìn) 行計(jì)數(shù)，單片機(jī)通過(guò)串行通信模塊將 24位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和脈沖計(jì)數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn) 行最終處理。4.2軟件編程語(yǔ)言常見(jiàn)的MCS-51系列單片機(jī)編程語(yǔ)言有4種，即匯編語(yǔ)言、C51語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言和 PL/M語(yǔ)言。目前使用最多的單片機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言和 C51語(yǔ)言，這兩種語(yǔ)言都有良 好的編譯器支持，使用廣泛。一般來(lái)說(shuō)匯編語(yǔ)言用于對(duì)效率要求較高的小型程序， C51語(yǔ)言用于編寫(xiě)較為復(fù)雜的 程序。本系統(tǒng)由于涉及的功能模塊較多，所以單片機(jī)軟件主要采用 C51語(yǔ)言編寫(xiě)。對(duì)于 C51

52、語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)，目前有很多成熟的開(kāi)發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)采用 Keil C51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。Keil C51是美國(guó)Keil Software 公司推出的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系 統(tǒng)。C語(yǔ)言在功能上、可讀性、可維護(hù)性、結(jié)構(gòu)性上都明顯優(yōu)于匯編語(yǔ)言，因而易學(xué)易 用。Keil C51目前已經(jīng)達(dá)到uVision3版本，版本號(hào)為v7.50a。Keil C51軟件提供功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具和豐富的庫(kù)函數(shù)，全部是Windows風(fēng)格界面。值得一提的是，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大 型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言

53、的優(yōu)勢(shì)。Keil C51能夠?qū)?1系列單片機(jī)以及51系列兼容的絕大部分類(lèi)型的單片機(jī)進(jìn)行設(shè) 計(jì)。除了支持C51語(yǔ)言外，它也可以直接進(jìn)行匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與編譯。Keil C51是一個(gè)非常優(yōu)秀的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，受到廣大單片機(jī)設(shè)計(jì)者的青睞。4.3主程序模塊設(shè)計(jì)主程序模塊是程序入口，并且初始化和調(diào)用各功能模塊。主程序模塊流程框圖如圖4-1所示。圖4-1主程序模塊流程框圖4.4 AD7730轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖AD7730轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)需要初始化AD7730芯片和讀取并簡(jiǎn)單處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖如圖4-2所示。圖4-2 AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖如所示44

54、2 AD7730初始化對(duì)AD7730芯片進(jìn)行初始化，即對(duì)6個(gè)主要功能寄存器進(jìn)行初始化。下面對(duì)這6個(gè)寄存器的功能和特點(diǎn)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。 通信寄存器Communications Register ，8位讀/寫(xiě)寄存器。所有寄存器通過(guò)通 信寄存器來(lái)初始化，控制接下來(lái)的讀寫(xiě)方式和操作寄存器。默認(rèn)方式下為寫(xiě)此寄存器。(2) 狀態(tài)寄存器Status Register ，8位只讀寄存器。提供狀態(tài)信息，如轉(zhuǎn)換狀態(tài)、 校正誤差、步進(jìn)輸出設(shè)置和有效參考電壓等信息。(3) 數(shù)據(jù)寄存器Data Register，8位或16位只讀寄存器。提供最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度位16位或24位。當(dāng)寄存器中更新數(shù)據(jù)時(shí)，RDY引腳和Status

55、 Register 中的RDY 位為低電平。當(dāng)Data Register中的數(shù)據(jù)被讀完之后，又回復(fù)高電平。如果下個(gè)數(shù)據(jù)更 新之前，舊數(shù)據(jù)還沒(méi)有被讀取，RDY要保持100X TCLINK周期高電平，表示更新之前要 取走數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)被更新，RDY又將變?yōu)榈碗娖健Ｑ?！進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)換模式1!返回LJ圖4-3 初始化AD7730各寄存器的流程框圖(4) 模式寄存器Mode Register， 16位讀/寫(xiě)寄存器。該寄存器如要用于設(shè)置主要 工作參數(shù)，如控制操作模式、單/雙極性信號(hào)設(shè)置、數(shù)據(jù)寄存器位數(shù)設(shè)置、參考位設(shè)置、 輸入量程范圍設(shè)置、輸入通道設(shè)置等參數(shù)。(5) 濾波寄存器Filter Register

56、, 24位讀/寫(xiě)寄存器。該寄存器如要用于設(shè)置快速 轉(zhuǎn)換模式、跳變模式、控制 AC激勵(lì)和斬波工作模式等。(6) DAC寄存器DAC Register，8位讀/寫(xiě)寄存器。用于提供DAC的補(bǔ)償數(shù)值。初始 化AD7730各寄存器的流程框圖如圖4-3所示。AD7730初始化和讀寫(xiě)的詳細(xì)代碼如下：void Ad7730_l ni(void) int tim;SCLOCK=1;AD7730_DIN=1;AD7730_DOUT=1;AD7730_CS=1;DRDY=1;tim=200;while(tim-); writetoreg(0x03);/寫(xiě)濾波寄存器writetoreg(0x80);/50Hz 輸出writetoreg(0x00);writetoreg(0x10);writetoreg(0x04);斬波工作模式 寫(xiě)DAC寄存器writ