工程綜合實踐

1、工程綜合實踐項目實踐報告（項目：下料檢重裝置） 專業(yè)測控技術(shù)與儀器 班級 13測控5班組員 周奕晨、張佳康 朱馨茗、 陳濤 錢稔靈、吳筱 來琦鋒、譚軍 教師 王棟、張新娜 中國計量學(xué)院2016年5月6日一、 項目設(shè)計意義動態(tài)稱重系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線定量包裝供送系統(tǒng)、在線質(zhì)檢系統(tǒng)中，以實現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量的在線控制。項目實現(xiàn)對盒裝產(chǎn)品的重量信號的動態(tài)監(jiān)測與單片機數(shù)據(jù)處理、顯示的功能，通過顯示器件實時顯示稱重結(jié)果，對于不符合重量要求的產(chǎn)品發(fā)出剔除信號。氣動下料檢重和自動剔除裝置將下料機構(gòu)、PLC與氣動控制技術(shù)相結(jié)合，完成藥盒的自動下放和剔除分選工作。選配試驗箱可實現(xiàn)系統(tǒng)的手/自動控制。通過該項目的設(shè)計實踐

2、，可以提高學(xué)生運用所學(xué)的各類實用技術(shù)知識設(shè)計工業(yè)化機電裝置的綜合設(shè)計能力。二、 項目設(shè)計內(nèi)容1、 稱重信號采集及信號調(diào)理。2、 單片機處理與稱重值顯示3、 PLC選擇及氣動下料裝置4、 PLC手動剔除與智能剔除不合格物品設(shè)計三、 項目技術(shù)設(shè)計（含創(chuàng)新點）1、 稱重信號采集及信號調(diào)理1.1 實驗內(nèi)容將傳感器采集的信號通過三運放儀表放大電路一級放大，再通過減法電路達到去皮調(diào)零的效果，最后再經(jīng)放大電路進一步發(fā)大，以達到單片機所需的信號大小 。1.2 電路設(shè)計1.2.1 三運放儀表放大電路設(shè)計 經(jīng)過三運放儀表放大電路將3.5mV的電壓大 至100mV，Kd1=1+(R1+R2)/R0 Kd2=R5/R

3、3； Kd=Kd1*Kd2； 通過調(diào)節(jié)R0使U1輸出為100mV 1.2.2 減法電路U2=（U1-100mV）*（R11/R9）=0mV Kd4=R11/R9=10;U3=(1+R15/R13)*U2 Kd5通過調(diào)節(jié)R13 ,改變差模增益Kd5，使電路總增益：Kd=Kd1*Kd2*Kd4*Kd5=7000;先通過減法放大電路減去偏置并放大10倍，再經(jīng)過同相放大電路經(jīng)過電位器調(diào)節(jié)放大10倍。1.3 實驗數(shù)據(jù)采集 1.4方案創(chuàng)新1.4.1三運放電路具有良好的共模抑制能力，取R1=R2,可調(diào)節(jié)R0改變增益而不影響電路的對稱性。1.4.2分壓電阻采用電位器，可靈活調(diào)零。1.4.3成本低廉，精度較高。

4、2、單片機處理與稱重值檢測2.1 實驗內(nèi)容將放大板處理以后的電壓信號經(jīng)過擬合后，通過單片機AD處理成質(zhì)量信號，并顯示出來。2.2參數(shù)擬合根據(jù)放上不同的砝碼質(zhì)量10g、20g200g記錄相應(yīng)的A/D值，并用matlab的最小二乘法將其擬合成線性函數(shù)，以質(zhì)量為應(yīng)變量，A/D值為自變量。得到擬合曲線輸入到程序中以獲得更精確的稱重質(zhì)量。首先將全部數(shù)據(jù)用于擬合時，發(fā)現(xiàn)擬合得到的曲線有一些不足之處：質(zhì)量小于60g時，稱重顯示數(shù)值波動比較大，而其他范圍的質(zhì)量比較穩(wěn)定。因此我們采取分段擬合的方法將060g和70200g分別擬合得到兩個函數(shù)。其中，根據(jù)殘差圖（若顯示紅色則將其剔除）剔除一些數(shù)據(jù)。為減小零漂，設(shè)置

5、程序在A/D值小于一定值時質(zhì)量顯示皆為0.060g階段：無剔除數(shù)據(jù)得到擬合曲線： 擬合曲線：y1= 73.2418*x1-3.607570200g：根據(jù)殘差圖剔除到200g那個點，再得到殘差圖： 擬合曲線：y2=69.43598*x2-0.03372.4 邏輯框圖2.5創(chuàng)新部分：示數(shù)相對穩(wěn)定，誤差小精度高，界面簡潔美觀。3、PLC選擇及氣動下料裝置3.1 PLC類型·采用PLC類型：西門子S7-200硬件資源有：信號輸入：兩組14點（I0.0I0.7、公共端是1M，I1.0I1.5、公共端是2M）。輸出繼電器：三組10點（Q0.0Q0.3、公共端是1L, Q0.4Q0.6公共端是2L

6、,Q0.7Q1.1公共端是3L）。3.2 PLC個模塊地址分配3.3邏輯圖3.4創(chuàng)新部分：3.4.1 程序邏輯明確，有三個子程序，然后主程序簡明扼要、清晰。3.4.2 為了安全起見汽缸每推動一次都有2秒延時收回時間（時間可調(diào)整）。3.4.3 稱重時也有2秒鐘延時確保足夠時間稱重反饋。（時間可調(diào)整）3.4.4 可以控制皮帶轉(zhuǎn)動速度。（原理類似與PWM波控制LED亮暗。）3.4.5 自動下料時每稱重一次進行一次下料。避免發(fā)生碰撞。4、手動剔除與智能剔除不合格物品設(shè)計4.1地址分配：4.2邏輯圖4.3 觸摸屏控制界面設(shè)計4.4創(chuàng)新部分 可控制電機轉(zhuǎn)速。四、 項目實施記錄與總結(jié)1、電子組：（完整的電路

7、圖與程序見附錄）張佳康：經(jīng)過本次課程，更深入的了解了放大電路的原理與功能，親手實踐提高了我的動手能力。本次課程放大電路基本順利完成，在調(diào)試儀表放大電路時，因?qū)⒉罘蛛娐氛摱私臃?，?dǎo)致測試結(jié)果一直失敗，但找出原因后，測試基本順利。陳濤：通過這次的實踐，我再次體會到理論與實際的差距。我們的放大版主要由三部分組成：三運放電路、減法電路、放大電路。實際過程中，由于放大器本身的實際特性，以及電阻實際值與標(biāo)值的誤差，三運放電路并不像理論那樣理想，減法電路也并沒有完全減到零（我想著應(yīng)該與運放內(nèi)部的失調(diào)電壓有關(guān)）。動手實踐，能彌補我們的知識間隙，讓我們對其更加深刻。錢稔靈：把自己所學(xué)的運用到實踐中，感覺還是很

8、興奮的。與同學(xué)們討論設(shè)計的環(huán)節(jié)中我學(xué)習(xí)到了團結(jié)的重要性。吳筱：短短近十周的工程綜合實踐中，我和隊友負責(zé)單片機模塊，大三上修過單片機的課程但是具體應(yīng)用并不熟悉，和隊友寫代碼改程序的時候?qū)W到很多新的東西。當(dāng)然，改代碼的過程也很揪心，程序調(diào)試成功的時候又無比喜悅。曲線擬合的部分我用上了參加數(shù)學(xué)建模比賽的知識，這部分還算輕松。其實很驚訝通過合作能把最后的實物做出來，也對電子秤的原理有了更深一步的認識。這更像是一個學(xué)以致用的過程。2、PLC小組（程序觸摸屏見附錄）朱馨茗：在這次實踐中，加深了對梯形圖的理解，學(xué)會了簡單的使用，通過團隊的合作學(xué)習(xí)，不斷提升發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。這次實踐學(xué)習(xí)雖然時間不長但

9、是收獲非常大。周奕晨：我覺得這次實驗讓我對團隊合作有了全新的認識，讓我收獲非常大，特別是組長有各組協(xié)調(diào)，真的感慨頗多。來琦鋒：在編寫、調(diào)試剔除程序的過程出現(xiàn)了不少的失誤，比如：因為是使用定時器控制進步電機單向剔除，但沒有控制好進步點擊發(fā)送的脈沖數(shù)，導(dǎo)致自動剔除時，反轉(zhuǎn)回不到初始位置；也有因忘記添加控制Y軸進行的Q0.3導(dǎo)致無法實現(xiàn)進步電機運動。然而在解決這些問題的過程中讓我更加深刻的理解了PLC程序的運行，獲益匪淺。在完成了程序編寫、調(diào)試、驗收后，我們松了口氣。雖然還有點瑕疵（程序的觸摸屏界面不夠美觀），但這仍是我心中小小的自豪。譚軍：我覺得這門課程是一門非常有趣的課，讓我在PLC的制作體會到

10、了很大的樂趣，雖然在編程的過程中遇到許多問題而且自己在編程方面也不是特別擅長，在組員的協(xié)助和自己的努力下還是解決了一個個問題。但是我深知自己還有許多需要學(xué)習(xí)的地方，在今后的課程中一定會更加認真學(xué)習(xí)。五、 項目元件清單與選型說明1、 電子部分:LM358 4個、103電位器 3個、7805 1個、電容若干、電阻若干、導(dǎo)線、89c51單片機、1602液晶屏。2、 PLC部分：西門子S7-200 ，電腦。附件1：完整電路圖附件2：matlab擬合源代碼clearclcx1=53 180 320 462 596 738 863'*0.001;%輸入砝碼質(zhì)量及相應(yīng)的A/D值y1=0 10 20

11、30 40 50 60'X=ones(7,1) x1;b,bint,r,rint,stats=regress(y1,X)%最小二乘法線性回歸擬合rcoplot(r,rint)%畫出殘差圖，得到需要剔除的點（若顯示紅色則該點剔除），剔除后重新對剩余數(shù)據(jù)擬合y1= 73.2418*x1-3.6075 clearclcx2=1010 1152 1296 1440 1585 1730 2016 2160 2304 2738'.*0.001;y2=70 80 90 100 110 120 140 150 160 190'X2=ones(10,1) x2;b,bint,r,rint

12、,stats=regress(y2,X2)rcoplot(r,rint)y2=69.43598*x2-0.0337plot(x2,y2) %畫出擬合結(jié)果plot(x1,y1)附件3：單片機源代碼#include <AT89X52.h>#include <MATH.H>#include <system.h>uint AD=0,mg1=0,xs=0; /AD轉(zhuǎn)換值uchar i=0;unsigned long ADS=0;float mg2=0;uchar ad_result8=0; /AD值顯示存放數(shù)組uchar Mg8=0; /*port為AD通道號，x為液

13、晶顯示的x軸坐標(biāo)值1-8，x為液晶顯示的y軸坐標(biāo)值1-4*/void read_and_display(uchar port,uchar x,uchar y) AD = read2543(port); /第一次讀的AD值是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，舍棄AD = read2543(port); /AD不同通道間采樣間隔，可改變 if(i<100) ADS=ADS+AD;i+;elsei=0;ADS=ADS/100;if(ADS<900) mg1=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075; mg2=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075;elsemg1=69.4359

14、8*(ADS*0.001)-0.0337;mg2=69.43598*(ADS*0.001)-0.0337;xs=mg2*10;xs=xs%10;if(ADS<60) mg1=0; xs=0;Mg5='g'Mg4=xs+'0'Mg3='.'Mg2=(mg1%10)+'0'Mg1=(mg1/10)%10)+'0'Mg0=(mg1/100)%10)+'0'ad_result5='V' ad_result4=(ADS%10)+'0'ad_result3=(ADS/10)

15、%10)+'0'ad_result2=(ADS/100)%10)+'0'ad_result1='.' ad_result0=(ADS/1000)+'0'LCD_PutString(x,y+1,"Ui=");LCD_PutString(x,y+2,"Ws=");LCD_PutString(x+2,y+1,ad_result);LCD_PutString(x+2,y+2,Mg);if(mg2-100>10|100-mg2>10) LCD_PutString(x+6,y+2,"

16、; NO"); BEEP=0; DelayMs(50); BEEP=1; else LCD_PutString(x+6,y+2,"YES");/LCD_PutString(x+4,y+2,"Wb100g");LCD_PutString(x,y+3,"誤差10%"); void display(uint n) uchar N3=0;N0=n/100+'0'N1=(n/10)%10+'0'N2=n%10+'0'LCD_PutString(1,3,N); void main() ui

17、nt n=20; DelayMs(200); /等待系統(tǒng)上電 Init_LCD12864(); /液晶初始化 /BoardTest(); /整板測試 while(1) read_and_display(0,1,1); DelayMs(10);LCD_PutString(1,1,"13測控五班");LCD_PutString(5,4,"合格100g"); 附件4：PLC下料代碼主程序：程序初始化：輔助繼電器M、輸出繼電器Q復(fù)位VW 8 稱重時，停止延時時間VW10收回氣缸的延時時間I1.4用來程序復(fù)位清零通過Q1.0進入手動子程序通過Q1.1進入自動子程序通過M0.2來進入皮帶子程序以及使脈沖發(fā)出計數(shù)手動子程序：手動子程序主要功能為：通過手動觸摸接觸屏開關(guān)控制I0.4，然后輸出一個脈沖，來啟動汽缸推動閥，然后為了安全起見，并