糖廠蔗汁稱重控制器的設(shè)計(jì)

1、糖廠蔗汁稱重控制器的設(shè)計(jì)    摘要：摘要：本文研制設(shè)計(jì)了一種新穎的由AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)并配以幾個(gè)主要的模數(shù)轉(zhuǎn)換，集成電路器件研制成功的糖廠蔗汁稱重控制器。它具有讀數(shù),顯示，高靈敏度、高精度及高穩(wěn)定性等功能的特點(diǎn)。這個(gè)稱量系統(tǒng)的研制成功充分開拓了糖廠新秤的應(yīng)用領(lǐng)域。    關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：稱重系統(tǒng)；傳感器；模數(shù)轉(zhuǎn)換；單片機(jī) 中圖分類號：TP302    文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A     文章編號：    1.

2、0;引言    我們國家解放前的制糖工業(yè)一直是傳統(tǒng)制糖工藝，產(chǎn)量小，效率低，特別是像糖廠蔗汁稱量這種繁瑣而且是反復(fù)進(jìn)行操作的工序，導(dǎo)致消耗人力物力大。隨著單片微型計(jì)算機(jī)的長足的發(fā)展，利用這種微型計(jì)算機(jī)可以使真正的無人員操作成為可能，對于一些類似糖廠蔗汁稱量這種反復(fù)進(jìn)行操作的工序完全可以使用這種微型計(jì)算機(jī)實(shí)行無人操作，更大地提高了工作效率，減少勞動(dòng)崗位，增強(qiáng)了制糖工業(yè)的競爭力。    研制設(shè)計(jì)一種新穎的由AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)并配以幾個(gè)主要的模數(shù)轉(zhuǎn)換，集成電路器件研制成功的糖廠蔗汁稱重控制器已經(jīng)迫在眉睫。  &

3、#160; 2. 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理    結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可以把電路分成不同的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)要求我可把硬件電路設(shè)計(jì)分為傳感器信號模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，機(jī)械控制模塊，LED顯示模塊，鍵盤控制模塊，AT89S52單片機(jī)模塊。然后把不同的綜合連接起來就形成一個(gè)完整的糖廠蔗汁稱重控制器系統(tǒng)如圖2-1所示。              圖2-1 糖廠蔗汁稱重控制器系統(tǒng)框圖    3. 硬件電路的設(shè)計(jì)&

4、#160;   3.1電阻應(yīng)變式稱重傳感器以及工作原理    稱重傳感器主要由承載元件、電阻應(yīng)變片以及補(bǔ)償器件等輔助材料制成，通常由四片電阻應(yīng)變片粘貼于承載元件的彈性體敏感部位，組成慧斯頓橋路。只有在受負(fù)載時(shí)，受壓的應(yīng)變片電阻減小，受拉的應(yīng)變電阻加大，這種阻值的變化，在輸出端形成電勢差，而且這個(gè)輸出信號與外部對傳感器所加的負(fù)載大小在理論上呈線性關(guān)系。    以電阻應(yīng)變片作為電阻轉(zhuǎn)換元件，把被測物的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成因應(yīng)變而產(chǎn)生的電阻變化。由于電阻的變化量很小，對其直接測量困難大并且誤差大。所以，通過會斯頓電橋把電阻的變化轉(zhuǎn)

5、換成電壓的變化，使其輸出為電壓信號。被測物重量與輸出電壓的變化量有良好的線性關(guān)系。通過輸出電壓變化的測量，即可以推算處被測物的重量。    3.2傳感器輸出信號處理相關(guān)電路    本系統(tǒng)選用集成運(yùn)放OP07構(gòu)成三運(yùn)放同相輸入并串聯(lián)差動(dòng)放大器電路，以滿足測量精度的要求。該放大電路具有較強(qiáng)的抑制共模信號的能力，能將差模信號放大到足夠大的倍數(shù)，且可以提高靈敏度，減小非線性。差模放大倍數(shù)數(shù)值愈大,共模抑制比愈高。當(dāng)輸入信號中含有共模噪聲時(shí)，也將被抑制。    放大倍數(shù)     輸出電

6、壓Uo=K×Uid ,式子中Uid為差模電壓輸入信號，通過調(diào)節(jié)電阻Rh可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。    3.3 AT89C52芯片的簡單描述及應(yīng)用    兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的AT89C52單片機(jī)是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多高性低比的系統(tǒng)控制應(yīng)用領(lǐng)域。&#

7、160;   3.4 ADC的選擇    5V電壓下，傳感器額定輸出為2mV×5=10mV，每個(gè)檢定分度值輸出信號為10mV/2000=0.005mV=5uV傳感器的輸出信號經(jīng)過1000倍放大后，每分度值信號為5mV，也就是說，載荷每增加1Kg，放大電路輸出后的信號就增加5mV。5mV必須大于或等于A/D轉(zhuǎn)換電路的分辨率。    具有10位分辨率的ADC能夠分辨出滿量程的1/210=1/1024，對于10V的滿量程能夠分辨的輸入模擬 電壓變化的最小值約為9.76mV，顯然ADC數(shù)字編碼的位數(shù)越多，其分辨率

8、越高。    由上面的數(shù)據(jù)可知10位分辨率的ADC是不能用于本設(shè)計(jì)中的，它的分辨率還不夠高，所以我們要找更高分辨率的ADC，目前市場上由12位的ADC轉(zhuǎn)換器，它的分辨率為1/212=1/4096，對于10V的滿量程能夠分辨的輸入模擬電壓變化的最小值約為2.4mV，2.4mV<5Mv，顯然12位的ADC符合要求。    3.5 鍵盤接口電路     常用的鍵盤接口方法有線性接法，和矩陣接法兩種，線接法即一根輸入口線接一個(gè)按鍵，矩陣接法即按鍵接在行列線的交叉點(diǎn)上。上述兩種方法在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不

9、是很好，所以采用軟硬件結(jié)合技術(shù)，利用二極管的隔離作用在輸入口線的各種組合上皆可以接一按鍵，從而使所接鍵數(shù)大大增加。利用3個(gè)I/O端口實(shí)現(xiàn)了七個(gè)按鍵，既節(jié)省I/O端口，又比較適合本系統(tǒng)。如圖3-2所示                                圖3-2鍵盤接口電路

10、0;   3.6 顯示接口電路    在以單片機(jī)為核心開發(fā)工控裝置及儀表時(shí), 一般都需要顯示驅(qū)動(dòng)電路。顯示器的顯示方式有動(dòng)態(tài)顯示與靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省硬件開銷, 但編程困難; 靜態(tài)顯示編程方便,但硬件電路十分復(fù)雜。MAX7219 芯片不僅綜合了上述兩者的優(yōu)點(diǎn), 而且克服了上述缺點(diǎn)。由于它是以串行方式與微處理器接口, 硬件結(jié)構(gòu)十分簡單, 可按實(shí)際需要靈活編程, 因此, 它是目前一種新穎實(shí)用的顯示驅(qū)動(dòng)器。     MAX7219 是雙列直插式芯片,其中SEG ASEG F 是 7 段驅(qū)動(dòng)輸出端,直接驅(qū)動(dòng)LE

11、D 對應(yīng)的 7個(gè)段(SEG DP為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出端)，G7D IG0 分別接8個(gè)共陰極顯示器的陰極。89C52 工作在內(nèi)部ROM 狀態(tài)下, 即EA 接高電平。用單片機(jī)的 P1.6作串行數(shù)據(jù)輸出, P1.4 模擬MAX7219 時(shí)鐘脈沖CLK, 而 P1.5 則 模 擬 其 LOAD信號。MAX7219 的SEGASEG F、SEGDP 分別直接并接至 7 段LED 顯示器對應(yīng)的a f 以及 dp 端,D IG0D IG7 分別接 8 個(gè)共陰極 7段LED 顯示器的陰極。    4. 軟件設(shè)計(jì)    4.1 軟件設(shè)計(jì)方案 &#

12、160;  根據(jù)傳感器的技術(shù)參數(shù)我們可以得出傳感器的等級為C2即表示2000個(gè)分度數(shù)的C級稱重傳感器。2000/2000=1Kg   傳感器可以分辨1Kg的載荷。    5V電壓下，額定輸出為2mV×5=10mV，每個(gè)檢定分度值輸出信號為10mV/2000=0.005mV=5uV，即當(dāng)稱重容器中物品質(zhì)量每增加1，傳感器輸出信號就在原來基礎(chǔ)上增大5uV，再放大500倍后輸出信號為2.5mV。    我設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路，輸入模擬信號每增大2.5mV，輸出就增加1。  

13、0; 綜合上述，物重每增加1，A/D轉(zhuǎn)換后的輸出就在原來的基礎(chǔ)上增加1。    4.2 軟件模塊設(shè)計(jì)    單片機(jī)軟件主要包括5個(gè)模塊：主程序模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，進(jìn)料/出料閥門電機(jī)控制模塊。    、主程序模塊：主程序模塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各模塊。    、數(shù)據(jù)采集模塊：該模塊完成對數(shù)     據(jù)的采集及處理，采用查詢方式讀取AD574 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。   

14、 、稱重管理模塊：    、將A/D轉(zhuǎn)換來的12位數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。    、將調(diào)整后的數(shù)據(jù)通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成質(zhì)量    Mz=M0+M1（這里的質(zhì)量包含了稱重容器自身質(zhì)量M1和容器中物品質(zhì)量M0的總和）數(shù)據(jù)。    、Mz和我們給定的M2=M0+1000比較Mz < M2  , 程序轉(zhuǎn)入    Mz M2 , 關(guān)閉進(jìn)料閥門電機(jī)    、Mz和我們給定的M3=M0+970kg進(jìn)行比較Mz < M3

15、60; , 程序轉(zhuǎn)入    Mz M3 , 進(jìn)料電機(jī)進(jìn)入慢的間歇工作狀態(tài)    、將數(shù)據(jù)Mz進(jìn)一步處理M0=Mz-M1將數(shù)據(jù)M0轉(zhuǎn)換成BCD碼，放在顯示緩沖區(qū)    、顯示模塊：顯示子程序是對采集的數(shù)據(jù)處理后得出的物品質(zhì)量進(jìn)行顯示的。    4.4 軟件程序設(shè)計(jì)主流程圖      如圖4-1所示            

16、                                                  

17、                                                              圖4-1 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖    5. 結(jié)果與討論    該方案基本可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，蔗汁稱量