第二章係統的總體設計
測控儀器的總體設計就是要確定係統的原理方案，進行數學建模，確定係統的主要技術參數，進行精度設計和總體結構設計。現代計量測試儀器設計應遵循一定的要求，以下是測控儀器設計中幾條比較重要的一般要求8出此氣
L精度要求。衡量測控儀器精度的指標有很多種，如複現性、靈敏度等，應根據被測對象的要求具體確定儀器的精度指標。
2.速度要求亦稱效率要求。即儀器的測控速度應與測控對象的速度（一般指生產效率）相適應。提高檢測效率不僅對係統的經濟性有影響，而且往往對檢測精度也會產生一定影響並且兩者經常表現為矛盾性。
3.可靠性要求。可靠性要求就是要求設備在一定時間和條件下，無故障地、穩定地發揮其功能的概率要高，這要由可靠性設計來保障。
4.經濟性要求。即在滿足儀器的功能和可靠性要求的前提下，具有較好的性能價格比，而不能盲目追求所謂“複雜、髙級”的設計方案。
5.使用條件要求。儀器的工作環境的溫濕度、機械振動和電磁幹擾等對其性能甚至是正常工作具有重要影響，儀器設計時必須予以認真考慮。
6.美觀與人性化要求。儀器的外觀要美觀，功能實現及外型設計要便於操作者使用。
2.1定量稱重控製係統的組成和工作原理
2.1.1定量稱重裝置的組成
定量稱重裝置的一般組成如圖2.1.1所示，它由料倉、給料裝置、稱重傳感器、稱量鬥、卸料門、夾袋機構和輸送設備等組成[25][26\
L給料裝置。給料裝置是根據物料的粒度、流動性、定量精度和理化特性來選型的。常見的給料方式有如下幾種：閘門式自重給料用於流動性好、不易結塊的物料，如大米、小麥等顆粒狀物料；螺旋輸送式給料用於不會粘著的、粉狀或細粒狀的物料，如飼料、麵粉等；振動式給料用於自由流動、粒度較大的物料，
如食品、飼料等。

2.稱重部分。稱重部分主要由稱重傳感器、稱量鬥（又稱承載器）和卸料門等組成，其中稱重傳感器是稱重部分的關鍵部件。一般需結合物料的最大定量稱重值和堆比重，設計不同大小的稱量鬥。卸料門一般采用氣動式,其動作迅速、工作穩定可靠、維修簡單方便，其氣源一般采用壓力為0.4〜0.7MPa的壓縮空氣。
3.夾袋及包裝輸送部分。夾袋機構用於夾住包裝袋，其動作是由兩個夾袋氣缸來推動的，而包裝輸送部分則由包裝機和輸送設備組成。當定量給料結束時，夾袋機構鬆袋，包裝袋落在輸送設備上輸送至包裝袋封口設備。
2.1.2自動定量稱重控製的工作原理
自動定量稱重控製係統的工作原理如下：係統開始工作時，在控製儀的控製下，卸料門首先關閉，自動去皮後開啟給料機構進行給料。物料不斷進入稱量鬥內，由壓力傳感器將質量（重量）轉換成電信號送至控製儀。控製儀不斷顯示物料的質量值，並根據預先設置的參數依次輸出各個運行步驟的控製信號，使給料機構依次分別以快加、中加和慢加三級給料速度連續向稱暈鬥內給料，直至達到預定的定量稱重質量後給料機構關閉，從而結束給料過程。在夾袋機構處於夾緊的狀態下，秤量鬥的卸料門打開，物料依靠重力經夾袋筒流入包裝袋。卸料結束後，卸料門關閉，夾袋機構自動張開以便卸下包裝袋，從而完成一個工作周期。夾袋機構一側設置手動式行程開關，用於配合人工套袋操作發岀夾袋信號，控製夾袋機構的鬆開與加緊動作。
2.2係統的結構方案
2.2.1係統概述
本控製儀采用電阻應變式稱重傳感器，將物體重量轉換成相應的電壓信號。此電壓信號通過信號調理電路進行濾波和放大後，以A/D轉換器為核心的數據釆集電路把模擬信號轉換成單片機可以處理的數字信號，從而得到程量鬥中的物料質量值。然後，結合軟件程序控製，將檢測到的質量值與設定的目標質量值進行比較，單片機根據比較結果發出氣缸動作控製信號，從而使定量稱重裝置處於快加、中加、慢加、到量、夾袋、開卸料門、關卸料門和鬆袋等不同的工作狀態。
本係統將單片機作為整個儀器的核心，通過它進行係統運行控製以實現高效、高精度自動定量稱重的控製目的。根據所采用的傳感器量程和所設定的定量目標值的不同，完成相應的定量稱重過程，稱重的累計量等過程數據可以自動保存。稱重的實時信息、功能設定和狀態等相關信息，可以通過LED數碼管和發光二極管進直觀顯示和指示。
2.2.2係統結構
按照所完成的主要功能不同，可以把本控製儀的係統劃分為圖2.2.1所示結構網。各模塊的基本功能分述如下：

稱重傳感器

圖2.2.1係統功能結構框圖
1.信號調理和數據釆集模塊。信號調理和數據采集模塊主要由信號調理電路和數據釆集電路組成。信號調理電路實現對稱重傳感器送來的小信號的放大、濾波處理。本係統還結合軟件進行信號數字濾波，以簡化信號輸入通道的結構。數據采集電路用來實現模擬信號的數字化，由單片機讀取數字量並據之執行相應操作。A/D轉換器是數據采集電路中的核心器件。
2.人機通信模塊。人機通信模塊是為了完成人機對話功能，以便於使用者對儀器進行有關設置和管理，它包括顯示器接口部分和鍵盤進口部分。本控製儀在前麵板上設置了16個按鍵，六位藍色0.8"主顯數碼管和兩位0.56"副顯數碼管和13個綠色發光二極管。按鍵包括數字鍵。〜9和一些功能鍵，其中數字鍵還包含有複用功能。數碼管用於顯示稱重數據以及功能設置和鍵盤操作等狀態下的有關信息，發光二極管用來指示當前計量單位以及運行狀態和控製標誌。控製儀的操作麵板如圖2.2.2所示。

圖2.2.2定量稱重控製儀的操作麵板
3.開關量輸入和輸出模塊。本係統中所應用的按鍵、繼電器和行程開關操作信號均屬於開關量信號。這種信號隻有開和關，也就是高電平和低電平兩個狀態,相當於二進製的“1”和“0”，其處理較為簡便。本係統利用MCU的並行I/O口與控製對象進行開關量信息交換。由於工業現場中經常存在電場、磁場和噪聲等幹擾，因此在本係統的輸入和輸出口均采用了光電耦合器作為隔離器件，以抑製外界各種幹擾的影響。另外，由於MCU輸出電流不足以驅動繼電器，因此在控製儀的輸出口設置ULN2803A達林頓管陣列芯片作為驅動器，來驅動控製氣缸動作的電磁閥繼電器。
2.3係統的功能、特點及主要技術指標
一、    本儀器實現的功能
本控製儀的核心功能是完成除套袋外的自動定量稱重過程控製，其主要功能包括：
1.定量稱重過程控製；
2.可事先存儲20種規格的定量稱重數據，各種定量稱重規格的快、中、慢控製數據的自行修正；
3.稱重數據的自動保存；
4.係統運行狀態的實時顯示；
5.簡便實用的鍵盤操作功能；
6.設有超差報警功能；
7.設有手動控製功能，可人工控製給料和卸料，以便於清理結塊和堵塞的物料。
二、    本儀器的特點
本控製儀具有以下幾個主要特點：
1.可在額定定量稱重質量範圍內，任意設定定量稱重的質量值；
2.采用高精度電阻應變式稱重傳感器和24位△-E高分辨率A/D轉換器，稱重精度高；
3.三級給料控製，結合控製算法，實現了快速、準確的定量稱重；
4.自動修正給料過程參數，以提高定量稱重控製的精度和速度；
5.鍵盤操作功能豐富而又簡便。
三、本儀器的主要技術指標
通過研發設計，應使本定量稱重控製儀的主要技術指標達到如下要求:
1.量程：。〜50Kg；
2分度值：10g;
3,稱量誤差：WO.1%FS。

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