傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

..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)稱重技術(shù)得到了迅速開(kāi)展。動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在數(shù)字化，智能化等方面有長(zhǎng)足的進(jìn)步，稱重系統(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)稱重系統(tǒng)是對(duì)傳輸帶上的散狀固體物料或粉料進(jìn)展連續(xù)稱量的系統(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)有稱重裝置、開(kāi)發(fā)研究功能齊全的動(dòng)態(tài)稱重系統(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)展介紹。說(shuō)明系統(tǒng)所應(yīng)用的微處理器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器類型，具體提出了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)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轉(zhuǎn)換稱重傳感器信號(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)稱重傳輸帶AD7730現(xiàn)場(chǎng)總線..AbstractWiththedevelopmentoftechnologyofsensor,electronicandputer,thedynamicweighingtechnologyisdevelopingrapidly.Weighingsystemmadesignificantprogressinthedigitalandintelligent,theresearchofWeighingsystemhasenteredanewphase.Belteddynamicweightequipmentisdesignedforcontinuousweighingthebulksolidsorpowdersonconveyorbelt.Anditiswidelyusedinthefieldsofelectricity,chemical,coalandfood.However,ourrelatedproductsgenerallywithsinglefunctionandlowprecision.Therefore,theimprovementofexistingweighingdevices,researchanddevelopmentfunctionaldynamicweighingsystemisimperative.ThispaperpresentsabelteddyamicweighingsystembasedonSCM,whichisagoodsolutiontothisproblem.Inthispaper,theoverallstructureoftheweighingsystemispresentfirst,anddetailedanalysisofthesystemmodelandworkingprinciple.Itanalyzesthecauseofdynamicmeasurementerrors,andbuildsamathmematicalmodelfordynamicmeasurementerrorsofsingle-idlerelectronicbeltconveyorscale.Accordingtothemodel,theproposedapproachusealgorithmtocorrecterrors.Solvedtheproblemoflowdynamicmeasurementaccuracy.Thenthedesignofsystemhardwareandsoftwareispresent.Anddataprocessingalgorithmsandtheirprogrammingdesign.Systemuses24-bitprecisionA/DconverterAD7730converttheweighingsignaltoensurehigh-precisionmeasurementresults.Thesystempresentedinthispaperischaracterizedbyhighprecisionandgoodstability.AndwiththeProfibusinterface,thissystemwaswellpositionedtomeettherequirementsofindustrialautomationandmanagementmodernization.Keywords：DynamicweighingTransmissionbeltAD7730Profibus..目錄摘要IAbstractII1緒論11.1背景及意義1背景1意義11.2國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀2國(guó)外稱重技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)狀2國(guó)外稱重技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)31.3主要工作及論文構(gòu)造52系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)構(gòu)造概述62.2動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量原理62.3小結(jié)83系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)硬件概述93.2系統(tǒng)微處理器93.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器93.4數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計(jì)113.4.1RS-232C標(biāo)準(zhǔn)113.4.2MAX232芯片簡(jiǎn)介11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)133.7Profibus-DP接口擴(kuò)展143.8小結(jié)154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)164.4AD7730轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)174.4.1AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖174.4.2AD7730初始化184.5串口通信模塊設(shè)計(jì)214.6脈沖計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)21測(cè)速信號(hào)的處理方法214.6.2脈沖計(jì)數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn)224.7小結(jié)24結(jié)論25致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)稱重計(jì)量工具已經(jīng)普及各個(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)迅速開(kāi)展，貿(mào)易商品流通量不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量工具已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的開(kāi)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)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)化的重要組成局部。所以新型動(dòng)態(tài)稱重系統(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)稱重設(shè)備是對(duì)傳輸帶傳送的散狀固體物料或粉料進(jìn)展連續(xù)稱量的設(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、電力、建筑和煙草等行業(yè)。從使用目的方面而言，可以準(zhǔn)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)稱重設(shè)備。但是，目前國(guó)的相關(guān)產(chǎn)品品種少，且功能單一，不能滿足企業(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)和客戶的利益，方便了計(jì)量工作。另外系統(tǒng)擴(kuò)展了現(xiàn)場(chǎng)總線接口很好的滿足了工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的要求。1.2國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)外稱重技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的開(kāi)展可分為以下四個(gè)階段：(1)動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)起源世界上最早的動(dòng)態(tài)稱重裝置出現(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)稱重。1880年第一臺(tái)動(dòng)態(tài)稱重裝置獲得計(jì)量許可。1908年第一個(gè)動(dòng)態(tài)稱重專利在英國(guó)公布。自此，形成了較完整的動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)定義和動(dòng)態(tài)稱重裝置，拉開(kāi)了動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)開(kāi)展的序幕。(2)純機(jī)械式動(dòng)態(tài)稱重裝置第一代成熟的動(dòng)態(tài)稱重裝置以純機(jī)械式皮帶秤為主導(dǎo)，只有帶配重物的秤架構(gòu)造和增量式碼盤構(gòu)造的編碼裝置，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的速度和重量數(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)稱重檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?biāo)志著動(dòng)態(tài)稱重行業(yè)走上規(guī)化道路。(3)傳感器和儀表結(jié)合式動(dòng)態(tài)稱重裝置二戰(zhàn)后，隨著傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的飛速開(kāi)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)稱重裝置隨著近十年來(lái)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型的傳感器微機(jī)智能化動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。目前正在使用的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重裝置種類繁多，構(gòu)造形式不同，分類依據(jù)多種多樣。從秤架構(gòu)造類型分有：?jiǎn)瓮休伋蛹?、多托輥雙杠桿秤架、懸臂式秤架、懸浮式秤架等構(gòu)造，其中單托輥秤架由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝便捷等特點(diǎn)，市場(chǎng)占有率較高。從使用的稱重傳感器類型分有：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)用最為廣泛。目前使用的動(dòng)態(tài)稱重裝置較為成熟的有：電子傳輸帶稱重裝置、核子傳輸帶稱重裝置和激光-核子傳輸帶稱重裝置。(1)電子傳輸帶稱重裝置電子傳輸帶稱重裝置依靠稱重傳感器測(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)械構(gòu)造，計(jì)量結(jié)果誤差來(lái)自傳輸帶力、自重、抖動(dòng)等多種因素。所以這種動(dòng)態(tài)稱重裝置計(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)展調(diào)節(jié)，以到達(dá)所需精度。而且這種動(dòng)態(tài)稱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)核子傳輸帶稱重裝置核子傳輸帶稱重裝置是利用伽馬射線對(duì)傳輸帶上的物料進(jìn)展計(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)展比擬，再與測(cè)量的傳輸帶速度進(jìn)展計(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，一樣載荷的同種物料不同的擺放形式下，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)致核子傳輸帶稱重裝置計(jì)量精度較差的問(wèn)題。(3)激光—核子傳輸帶稱重裝置激光-核子傳輸帶稱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-核子傳輸帶稱重裝置具有：裝置構(gòu)造簡(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，這種裝置的本錢較高，而且伽馬射線的輻射對(duì)物料部構(gòu)造的穩(wěn)定性和工作人員的身體安康都是不利的，所以激光-核子傳輸帶稱重裝置應(yīng)用并不普遍。傳輸帶稱重技術(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)不斷的開(kāi)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。傳輸帶稱重方式由靜態(tài)開(kāi)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)稱重技術(shù)的研究得到了進(jìn)一步開(kāi)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)量和品種都與興旺國(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)品的性能和品種，不能滿足中國(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)稱重設(shè)備的研究開(kāi)辟的廣闊前景。國(guó)外稱重技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)隨著傳感器制作工藝和微機(jī)技術(shù)的不斷開(kāi)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)，稱重計(jì)量系統(tǒng)向著功能自適應(yīng)、智能化信息處理方向開(kāi)展。國(guó)際上已經(jīng)取得了動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的突破，稱重技術(shù)已經(jīng)跨入了高科技領(lǐng)域。目前，稱重技術(shù)的主要開(kāi)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。近幾年稱重裝置的研究特點(diǎn)上，充分表達(dá)了秤架構(gòu)造向小、輕、薄方向開(kāi)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重傳感器直接嵌入秤架受力的鋁板或鋼板底上與傳感器外徑一致的盲孔，從而組成低外形的秤架構(gòu)造，通過(guò)秤架的力學(xué)要求和額定載荷可以計(jì)算出稱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重平臺(tái)，稱重傳感器既作為計(jì)量裝置，又作為秤架支點(diǎn)存在，這種設(shè)計(jì)極精簡(jiǎn)了裝置構(gòu)造，減少了機(jī)械連接環(huán)節(jié)，不但縮減了制作本錢，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)稱重裝置和電子地上稱重裝置，采用長(zhǎng)方形或正方形閉合截面的薄壁鋼排列成一個(gè)竹排式秤體構(gòu)造，在最外邊兩根薄壁鋼兩端的切口分別安裝4個(gè)稱重傳感器，稱重傳感器的固定支撐構(gòu)造就是秤架的受力支點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)既能簡(jiǎn)化稱體構(gòu)造，又能縮減稱體高度，是一種很有開(kāi)展前景的設(shè)計(jì)方式。(2)集成化對(duì)于一些特定構(gòu)造的稱重裝置，如專用稱重裝置、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)稱重傳感器與鋼軌，稱重傳感器與秤架，稱重傳感器與軌道秤臺(tái)的集成化。例如稱重傳感器與秤架集成化的靜動(dòng)態(tài)便攜式電子輪軸秤，其集成化構(gòu)造由厚質(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)剪切梁式稱重傳感器。從而使秤架與稱重傳感器高度集成化。(3)智能化稱重裝置的計(jì)量顯示與控制局部與微型計(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重裝置的顯示和控制功能。使得稱重裝置在保存原有功能根底上增加了自適應(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)綜合化稱重技術(shù)未來(lái)的開(kāi)展方向是在加強(qiáng)根底研究的根底上擴(kuò)大應(yīng)用圍，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、量化等功能的稱重裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶需求。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)，稱重裝置應(yīng)具備：稱重、計(jì)價(jià)、提供各項(xiàng)相關(guān)信息、出入庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)效勞等各項(xiàng)功能。需要電子稱重設(shè)備與計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)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，為滿足實(shí)際需求，還需要電子稱重裝置具備一定的組合能力。如機(jī)械局部根據(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主要工作及論文構(gòu)造(1)進(jìn)展系統(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)，使用KeilC51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。本論文構(gòu)造如下：1緒論闡述了背景及意義，介紹外研究開(kāi)展現(xiàn)狀，最后總結(jié)了自己所做的工作，并且給出了論文構(gòu)造。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)提出了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的總體系統(tǒng)的根本構(gòu)造和計(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)闡述了稱重傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)功能存放器介紹和流程圖詳細(xì)說(shuō)明了AD7730的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)構(gòu)造概述傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由五局部構(gòu)成：秤架、稱重傳感器、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、梁式稱重傳感器和接觸式測(cè)速傳感器的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)構(gòu)造示意圖如圖2-1所示。數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路工控計(jì)算機(jī)稱重傳感器測(cè)速傳感器圖2-1傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)構(gòu)造示意圖物料在傳輸狀態(tài)下，稱重傳感器和測(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)展適當(dāng)處理，然后送入工控計(jì)算機(jī)進(jìn)展量化和計(jì)算，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)展運(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)和一樣時(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)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)間傳輸帶的累積物料流量W：〔2-2〕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δL和走過(guò)δL段程度所消耗的時(shí)間T來(lái)計(jì)算：〔2-3〕式中T—走過(guò)占δL長(zhǎng)度所需的時(shí)間δL—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〕t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：(2-5)累加法計(jì)量原理如圖2-2所示nSnSS圖2-2累加法計(jì)算物料流量使用累加法計(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，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)本局部提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，闡述了傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的根本構(gòu)造和計(jì)量原理。詳細(xì)說(shuō)明了本系統(tǒng)的組成構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)的功能，介紹兩種根本計(jì)量算法，對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)展了比照，選擇累加法作為系統(tǒng)的根本計(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)的主要硬件局部，將稱重傳感器0～20mV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000000H～FFFFFFH中的一個(gè)值，然后送入單片機(jī)。速度數(shù)據(jù)采集局部，首先將測(cè)速傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)展光電隔離，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F(xiàn)lash，可擦/寫1000次以上；256字節(jié)片RAM；全靜態(tài)邏輯，工作頻率圍0～24MHz；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；三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；支持在線編程ISP〔InSystemProgrammable〕功能。3.3系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器本系統(tǒng)稱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)展記錄和處理，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換部件為本系統(tǒng)的重要局部，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)換部件具有準(zhǔn)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±0.0018%。AD7730是∑-△類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置?！?△類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置同時(shí)具備反應(yīng)比擬和雙積分式兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，以電荷平衡式數(shù)模轉(zhuǎn)換器改進(jìn)而成，∑-△類型數(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，取而代之為構(gòu)造簡(jiǎn)單的D觸發(fā)器，這種設(shè)計(jì)使∑-△類型模數(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?！?△類型數(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?！?△類型是一個(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。∑-△類型模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置由于使用了數(shù)字式反應(yīng)比擬方式，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)的抗干擾能力、加快了相應(yīng)速度、優(yōu)化了線性度。∑-△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)換懸梁式稱重傳感器輸出的模擬量，并將轉(zhuǎn)換構(gòu)造送入單片機(jī)進(jìn)一步處理。AD7730的工作原理如下：設(shè)fs為采樣頻率，該芯片采集稱重傳感器的模擬信號(hào)時(shí)采用k倍過(guò)采樣頻率kfs，部通過(guò)信噪整形電路將fs/2信帶寬度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1k。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fs>2fa，并且應(yīng)符合香農(nóng)采樣定律的原那么。用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置AD7730的工作方式存放器，設(shè)置∑-△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：圖3-1AD7730與AT89S52的接口原理圖單片機(jī)使用查詢方式來(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)存放器中的模數(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)展數(shù)據(jù)存放器數(shù)據(jù)更新，制止傳輸數(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)部存放器的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蟛桓撸以趯?shí)際環(huán)境中可能需要傳輸較遠(yuǎn)距離，綜合功能和本錢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)由四局部組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位〔可選〕和停頓位。比擬兩種串行通信方式，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)串行接口的，并編程實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信。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)定的邏輯電平電壓圍與CMOS和TTL電平不同，規(guī)定在+3～+l5V之間為邏輯電平"0”，-3V～-15V之間為邏輯電平"1MAX232芯片簡(jiǎn)介MAX232是美國(guó)MAXIM公司專為RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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)镽S-232C數(shù)據(jù)電平需要±10V電源，所以MAX232芯片完成RS-232C與CMOS和TTL的電平轉(zhuǎn)換只需要+5V電源即可，從而打破了±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。圖3-2通信接口電路原理圖圖中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的R1IN、T1OUT、R2IN、T2OUT引腳需要接RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平，而T1IN、R1OUT、T2IN、R2OUT引腳那么需要接TTL/CMOS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的R1OUT、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程序下載線連接圖3-3AT89S52ISP接口設(shè)計(jì)ATMEL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)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入最終用戶代碼，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)芯片部?jī)?chǔ)存器的改寫，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)部的Flash存儲(chǔ)器進(jìn)展編程，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)懸梁式稱重傳感器有四條接線，紅色為鼓勵(lì)正〔EXC+〕，接10V電源，黑色為鼓勵(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為懸梁式稱重傳感器和E6B2-CWZ6C編碼器接口設(shè)計(jì)電路原理圖。圖3-4編碼器與稱重傳感器的接口電路E6B2-CWZ6C編碼器正常工作的鼓勵(lì)電壓為5～24VDC，鼓勵(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5VDC作為鼓勵(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-CWZ6C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Z相輸出，藍(lán)色為0V，最后一條為屏蔽線GND。A、B兩相信號(hào)的脈沖表示碼盤軸所轉(zhuǎn)的角度，Z相為零脈沖信號(hào)，碼盤每轉(zhuǎn)一周變化一次。本系統(tǒng)中，因?yàn)閭鬏斊д９ぷ鲿r(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)。3.7Profibus-DP接口擴(kuò)展PROFIBUS是由西門子等公司組織開(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)。PROFIBUS的開(kāi)發(fā)始于1987年，1989年立項(xiàng)為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245〔DeutschelndustrieNormen〕，1996年3月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170〔EuropeanStandard〕，并于2000年成為IEC61158〔InternationalElectrotechnicalmission〕。我國(guó)于2001年正式批準(zhǔn)PROFIBUS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的用戶組織PI〔PROFIBUSINTERNATIONAL〕成立于1995年，在30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有地區(qū)性的PROFIBUS用戶組織，會(huì)員眾多。我國(guó)的相應(yīng)組織PROFIBUS專業(yè)委員會(huì)CPO〔ChineseProfibusUserOrganization〕成立于1997年，下設(shè)的"PROFIBUS產(chǎn)品演示及認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室〞和"PROFIBUS技術(shù)中心〞負(fù)責(zé)產(chǎn)品認(rèn)證和技術(shù)支持?？傊?，PROFIBUS是一種具有廣泛應(yīng)用圍的、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。PROFIBUS由三種兼容的通信協(xié)議類型組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS〔FieldbusMessageSpecification，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)〕。RS-485傳輸是PROFIBUS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)南到y(tǒng)，也適合于簡(jiǎn)單、廉價(jià)、需快速鋪設(shè)的場(chǎng)合。RS-485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一樣而方向相反的電流，以削弱工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)噪聲，且防止多個(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9.6Kbps～12Mbps，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)錁?gòu)造的總線上。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)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，該模塊提供用戶利用RS232/RS485串行通訊端口和Profibus總線系統(tǒng)通訊功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)設(shè)備。它可以采用標(biāo)準(zhǔn)的DIN軌道安裝方式，采用直流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3～126的Profibus-DP從站地址。是為滿足國(guó)傳統(tǒng)工控產(chǎn)品制造商在PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的推廣需求而專門設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。廣泛應(yīng)用于儀器儀表、人機(jī)界面、智能上下壓電器、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)的核心功能局部。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)AD7730轉(zhuǎn)換模塊采集稱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)展計(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)展最終處理。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。對(duì)于C51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KeilC51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。KeilC51是美國(guó)KeilSoftware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、構(gòu)造性上都明顯優(yōu)于匯編語(yǔ)言，因而易學(xué)易用。KeilC51目前已經(jīng)到達(dá)uVision3版本，版本號(hào)為v7.50a。KeilC51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KeilC51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)更能表達(dá)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。KeilC51能夠?qū)?1系列單片機(jī)以及51系列兼容的絕大局部類型的單片機(jī)進(jìn)展設(shè)計(jì)。除了支持C51語(yǔ)言外，它也可以直接進(jìn)展匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與編譯。KeilC51是一個(gè)非常優(yōu)秀的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，受到廣闊單片機(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。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)初始化可編程芯片開(kāi)機(jī)自檢數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理串口通信循環(huán)采樣？返回YN圖4-1主程序模塊流程框圖4.4AD7730轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)4.4.1AD7730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。YY開(kāi)場(chǎng)均方根求值讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出初始化AD7730采樣了n次？返回N圖4-2AD7730轉(zhuǎn)換模塊的流程框圖如所示4.4.2AD7730初始化對(duì)AD7730芯片進(jìn)展初始化，即對(duì)6個(gè)主要功能存放器進(jìn)展初始化。下面對(duì)這6個(gè)存放器的功能和特點(diǎn)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。(1)通信存放器municationsRegister，8位讀/寫存放器。所有存放器通過(guò)通信存放器來(lái)初始化，控制接下來(lái)的讀寫方式和操作存放器。默認(rèn)方式下為寫此存放器。(2)狀態(tài)存放器StatusRegister，8位只讀存放器。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)存放器DataRegister，8位或16位只讀存放器。提供最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度位16位或24位。當(dāng)存放器中更新數(shù)據(jù)時(shí)，RDY引腳和StatusRegister中的RDY位為低電平。當(dāng)DataRegister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100×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?。寫模式存放器零點(diǎn)校準(zhǔn)寫模式存放器零點(diǎn)校準(zhǔn)設(shè)置存放器為模式存放器YNY進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)換模式返回N寫模式存放器滿刻度校準(zhǔn)開(kāi)場(chǎng)設(shè)置存放器為濾波存放器寫濾波存放器設(shè)置存放器為DAC存放器寫DAC存放器設(shè)置存放器為模式存放器圖4-3初始化AD7730各存放器的流程框圖(4)模式存放器ModeRegister，16位讀/寫存放器。該存放器如要用于設(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)存放器位數(shù)設(shè)置、參考位設(shè)置、輸入量程圍設(shè)置、輸入通道設(shè)置等參數(shù)。(5)濾波存放器FilterRegister，24位讀/寫存放器。該存放器如要用于設(shè)置快速轉(zhuǎn)換模式、跳變模式、控制AC鼓勵(lì)和斬波工作模式等。(6)DAC存放器DACRegister，8位讀/寫存放器。用于提供DAC的補(bǔ)償數(shù)值。初始化AD7730各存放器的流程框圖如圖4-3所示。AD7730初始化和讀寫的詳細(xì)代碼如下：voidAd7730_Ini(void){inttim;SCLOCK=1;AD7730_DIN=1;AD7730_DOUT=1;AD7730_CS=1;DRDY=1;tim=200;while(tim--);writetoreg(0x03);//寫濾波存放器writetoreg(0x80);//50Hz輸出writetoreg(0x00);writetoreg(0x10);//斬波工作模式writetoreg(0x04);//寫DAC存放器writetoreg(0x20);//DAC為0，5V參考電壓writetoreg(0x02);//寫模式存放器writetoreg(0xb1);//部滿刻度校準(zhǔn)，24bit數(shù)據(jù)，單極性writetoreg(0x90);//0～+20mv，參考電壓5Vwhile(DRDY);writetoreg(0x02);//寫模式存放器writetoreg(0x91);//零滿刻度校準(zhǔn)，24bit數(shù)據(jù)，單極性writetoreg(0x90);//0～+20mv，參考電壓5Vwhile(DRDY);writetoreg(0x02);//寫模式存放器writetoreg(0x31);//連續(xù)轉(zhuǎn)換模式writetoreg(0x90);//0～+20mv，參考電壓5Vwhile(DRDY);}4.5串口通信模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)單片機(jī)與上位機(jī)的串口通信設(shè)置波特率為9600、8位數(shù)據(jù)位、不使用奇偶校驗(yàn)位、1位截止位。圖4-4為本系統(tǒng)串口通信模塊的功能流程圖。串口通信模塊包含初始化串行口、設(shè)置數(shù)據(jù)格式與傳輸速率、向上位機(jī)傳送采集數(shù)據(jù)幾個(gè)主要功能。串口通信流程圖如圖4-4所示開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)串行口初始化設(shè)置波特率及數(shù)據(jù)格式發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送成功？返回YN圖4-4串口通信模塊的流程圖4.6脈沖計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)測(cè)速信號(hào)的處理方法測(cè)速傳感器對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)處理方法有三種。測(cè)頻法，測(cè)寬法和兩種結(jié)合的方法。(1)測(cè)頻法測(cè)速傳感器的摩擦輪通過(guò)與接觸的傳輸帶摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)傳感器中的光柵圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的光柵間隔阻擋光敏器件接收光源，將傳輸帶速度信轉(zhuǎn)換為輸出脈沖信號(hào)。傳輸帶的運(yùn)行速度越快，光柵圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度也越快，傳感器的輸出脈沖寬度越窄。測(cè)頻法是測(cè)量一段固定的時(shí)間間隔的編碼器脈沖個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)速，比擬適合于告訴場(chǎng)合。測(cè)頻法的測(cè)量精度受制于機(jī)械加工的限制，在有限的大小的圓盤上很難加工出很多柵孔。所以接觸式測(cè)速傳感器要想提高精度是十分困難的，通常分辨率小于0.02%。使用測(cè)頻法計(jì)算轉(zhuǎn)速的方法為：(4-1)式中P―編碼器每轉(zhuǎn)脈沖個(gè)數(shù)T―是固定的時(shí)間間隔S―是每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的傳輸帶位移M1―是T時(shí)間的脈沖個(gè)數(shù)(2)測(cè)寬法使用微機(jī)處理測(cè)速信號(hào)后，一種新的測(cè)速方法被廣為采用，即測(cè)寬法。在使用一樣的測(cè)速傳感器的情況下，加上相應(yīng)的軟硬件就可以大大提高測(cè)量的分辨率。測(cè)寬發(fā)是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)鄰近脈沖之間的間隔來(lái)確定轉(zhuǎn)速，比擬適合低速場(chǎng)合。使用測(cè)寬法計(jì)量測(cè)速數(shù)據(jù)分辨率可以到達(dá)0.005%-0.001%。測(cè)寬法測(cè)量速度的方法為：(4-2)式中f―時(shí)鐘頻率M2―兩個(gè)相鄰編碼器脈沖間隔的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)(3)結(jié)合法結(jié)合法又稱同步計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)法，是上述兩種方法的結(jié)合，通過(guò)測(cè)量一定個(gè)數(shù)的編碼器脈沖和產(chǎn)生這些脈沖所需的時(shí)間來(lái)確定轉(zhuǎn)速，適合于中高速測(cè)量場(chǎng)合。結(jié)合法沒(méi)有固定定時(shí)時(shí)間，采用使起始時(shí)間與被測(cè)脈沖信號(hào)同步的方式，保證計(jì)數(shù)與定時(shí)同時(shí)發(fā)生，從而確保對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)量的準(zhǔn)確性。通常情況下，僅存在±1個(gè)時(shí)鐘脈沖誤差。當(dāng)時(shí)鐘脈沖頻率遠(yuǎn)大于被測(cè)信號(hào)頻率時(shí)，只需要選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)值賦給時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器，如賦值10000，便可以穩(wěn)定測(cè)量誤差在1/10000，并且在被測(cè)信號(hào)頻率圍的計(jì)量誤差都會(huì)控制在1/10000以，這是結(jié)合法不同于其它測(cè)量方法的特點(diǎn)，也是保證測(cè)量精度的關(guān)鍵點(diǎn)，所以使用結(jié)合法能夠到達(dá)較好的計(jì)量精度。使用結(jié)合法計(jì)算速度的方法為：(4-3)脈沖計(jì)數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn)AT89S52擴(kuò)展的T2計(jì)數(shù)器滿足了系統(tǒng)計(jì)數(shù)器的需求。軟同步測(cè)量法的流程圖如圖4-5所示。YY開(kāi)場(chǎng)初始化：定時(shí)器初值，開(kāi)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器中斷脈沖進(jìn)入INT0，當(dāng)捕捉到下降沿時(shí)T0、T2同時(shí)啟動(dòng)T0定時(shí)溢出？進(jìn)入T0中斷處理程序，停頓T2，得到T2的計(jì)數(shù)值n2，T2賦值n2，T0清零.T0中斷返回INT0捕捉到下降沿，同時(shí)啟動(dòng)T0和T2T2計(jì)數(shù)溢出？進(jìn)入T2中斷處理程序，得到T0計(jì)時(shí)值n0。T2中斷返回。根據(jù)n0計(jì)算脈沖周期存儲(chǔ)脈沖數(shù)據(jù)返回NNY圖4-5軟同布測(cè)量法的流程圖本系統(tǒng)通過(guò)同步計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)合法對(duì)速度的計(jì)算。系統(tǒng)信號(hào)周期可由計(jì)時(shí)值與設(shè)定的信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算得到，通過(guò)換算得到頻率值。固必須保證計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)在測(cè)量時(shí)同時(shí)開(kāi)場(chǎng)，如果不同步必然會(huì)造成測(cè)量誤差?？紤]節(jié)省系統(tǒng)資源、縮減硬件開(kāi)銷等因素，系統(tǒng)不使用硬件同步的方式，采用軟件同步的測(cè)量方法。4.7小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)，采用模塊化構(gòu)造，包括主程序模塊、AD7730轉(zhuǎn)換模塊、脈沖計(jì)數(shù)模塊及串行通信模塊4個(gè)主要模塊。重點(diǎn)闡述了稱重傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)功能存放器介紹和流程圖詳細(xì)說(shuō)明了AD7730的各功能模式和初始化設(shè)置。程序還實(shí)現(xiàn)了脈沖計(jì)數(shù)功能。..結(jié)論傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在我國(guó)有廣闊的開(kāi)展前景，港口、冶金、建材、鐵道、飼料、煤炭、煙草、化工等部門都需要在未來(lái)開(kāi)展中裝備大量的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。但是，目前國(guó)的相關(guān)產(chǎn)數(shù)量少，精度低，功能單一且缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的支持，不能滿足工業(yè)一體化的需求，給廠礦企業(yè)的稱重管理帶來(lái)了極大的不便，同時(shí)也帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失。本文提出的傳輸帶動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)正是從這一實(shí)際情況出發(fā)，選擇單托輥秤架，增量式光電編碼器和懸梁式稱重傳感器作為研究對(duì)象，在保證計(jì)量精度的同時(shí)，考慮了設(shè)備本錢、安裝難度和市場(chǎng)占有率等因素，保障了設(shè)計(jì)的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)不但實(shí)現(xiàn)了根本數(shù)據(jù)采集功能，而且實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)的通信，可以將計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送上位機(jī)進(jìn)展顯示和處理，另外擴(kuò)展了Profibus-DP接口，很