0引言
在測重精度要求較高的現代化流水線作業環境中，稱重係統性能的優劣對工業生產的效率和質量起著非常重要的作用。目前，大部分在線稱重係統主要靠手動控製，單機操作，自動化程度不高。本文中的稱重係統可以進行遠程控製，聯網操作，對係統參數可以在線調整和監控，主要作為包裝生產線以及輸送係統中的測重部分，具有較高的精度，運行穩定可靠，界麵友好，特別適用於對測重精度要求較高，可靈活配置係統參數的場合，主要用於在線檢測產品重量是否合格，包裝內是否缺少部件，以及提供反饋信號調節加料設備等。而本文所介紹的就是這種稱重係統中主要部件即嵌入式速度控製器的設計，該速度控製器決定了流水線運行的速度以及稱重的精度，對流水線生產的效率和質量起著關鍵性的作用。本文所設計的速度控製器將Rs-232/Rs-485兩種通用串行通信方式［1，2］集成於同一模塊中，實現了多種通信方式的兼容；提出了一種將浮點數運算轉化成定點數運算的計算方式，避免了對單片機而言複雜的浮點數運算，大大提高了單片機處理數據的速度，增強了係統的實時性和快速性。
l稱重係統簡介

稱重係統主要由稱重平台、液晶顯示屏、控製鍵盤、速度控製器、數據處理器以及作為係統上位機的工控機等部分組成。係統的稱重平台如圖l所示，主要由轉輪、皮帶、稱重傳感器以及光電檢測器等部件組成。轉輪由速度控製器所控製得電動機驅動，利用摩擦力帶動皮帶運動，兩個光電檢測器分別用於檢測被測物體進入和離開稱重區域，當檢測到物體進入稱重區域後數據處理器便開始采集稱重傳感器傳來的重量數據，直到光電檢測器檢測到該物體離開稱重區域為止，然後數據處理器將這一時間段內采集到的重量數據進行處理，將最終的被測物體重量數據送到顯示終端顯示，同時，根據被測物體重量的合格與否進行物體的分類處理，不合格產品將被剔除，剔除裝置采用推杆式的機械結構。
係統的原理如圖2所示，作為上位機的工控機首先發出指令初始化速度控製器、數據處理器以及液晶顯示屏的顯示內容，然後根據測量工序對速度控製器和數據處理器進行控製。數據處理器將采集到的重量數據進行處理後傳回工控機，工控機將所得的數據按指定的格式顯示在液晶顯示屏上。
控製鍵盤是集成在液晶顯示屏上的，采用塑料薄膜按鍵，鍵盤主要進行人機界麵交換等。速度控製器主要與上位機進行通信、接收上位機的命令，對多個電動機進行同步和高精度的恒速控製，並對電動機進行調速控製等。
2速度控製器的設計
速度控製器首先必須接收上位機的指令來設置本身的參數，並根據指令輸出特定頻率的脈衝，通過│/V轉換控製電動機輸出係統所要求的速度。它具有4通道獨立方波脈衝輸出；非光電隔離輸出、光電隔離輸出可選；輸出電平：TTL電平（非光電隔離）或+l2V電平（光電隔離）可選；脈衝輸出頻率為0λ500Hz可調；通信接口：Rs-232/485可選；內置看門狗；電源+l0Vλ+30VDC非調節（通常為+24VDC）；控製器上還提供光電隔離用的外部電源引入端口。該速度控製器能夠檢測上位機指令的正確性，根據特定的通信協議向上位機反饋信息，所有數據全部以AsCⅡ碼形式傳輸，並加以累加和校驗。
2.1硬件電路設計
速度控製器的硬件原理如圖3所示，它以Interl6位單片機80Cl96KB為中央處理器，外擴一片EPR0M27Cl28，另有Rs-232、Rs-485收發器［3］，TLP52l-4四光耦芯片各一片，以及複位電路和電源模塊。

80Cl96KB單片機作為該係統的核心，其作用是接收上位機的操作指令，判斷指令的正確性，並向上位機返回相關信息；若指令有效則執行該指令，並向上位機返回確認信息，若指令無效則等待，並向上位機返回報錯信息。Rs.485收發器用於以高數據速率或者長距離進行通信的場合，也可
用於與計算機之間的通信，但需要增加Rs-485到Rs-232之間的轉換部分。TLP52l-4四光耦芯片用於和外電萬路方的數隔據離，以提高係統的抗幹擾能力；80Cl96KB的Pl.0λPl.3口按要求輸出4路獨立方波脈衝，方波脈衝的占空比為50%，並提供兩種輸出方式，一種是非光電隔離輸出即脈衝直接輸出方式，另一種是光電隔離輸出方式即4路方波脈衝分別經4個獨立光耦輸出；而經光電隔離後的輸出脈衝波形比較穩定，抖動很小，這就大大增強了係統的抗幹擾能力。電源模塊為該速度控製器中的所以芯片提供＋5V的TTL電平，光耦的＋12VDC的隔離電源由外電路提供，該電源模塊不提供這一電源；該電源模塊選用sEMTECH公司的LM2575.ADJ芯片［4］作為其核心器件，可以將4Vλ40VDC之間的任一電壓轉換成＋5V左右的可調電壓，通過一個電位器可以精確的調節＋5V電壓供TTL電平的芯片使用。該電源模塊的輸出電流為150mAλ1.0A，完全能夠滿足需要。
2.2軟件設計
係統的軟件部分主要由主程序，接收中斷服務程序以及其他一些子程序組成。
2.2.l主程序
主程序的流程圖如圖4所示。程序開始首先要進行初始化；初始化的內容主要包括定義存儲單元並賦初始值，設置傳輸波特率，置堆棧初值，設置中斷寄存器、控製寄存器和串行口狀態寄存器，開中斷等。程序剛開始沒有接收到上位機的指令，將P1.0λP1.3四路通道的輸出全部置零，然後開始查詢狀態標誌位，這裏的狀態標誌位有四位，分別對應著P1.0λP1.3口，用來記錄四路通道中有哪幾路是有脈衝輸出的，有脈衝輸出的位被置1，沒有脈衝輸出的位被清0，狀態標誌位的置位與清零在接收中斷服務程序中完成；當檢測到某一狀態標誌位為1時，便讓它所對應的一路通
道開始輸出脈衝，脈衝的輸出寬度由接收中斷服務程序中接
收的上位機的指令來確定，從上位機指令中分離出脈寬數據，然後再將脈寬數據轉換成定時器的計數個數存入指定的RAM單元備用，這一過程由脈寬轉換子程序來完成，具體的脈衝輸出過程敘述如下：檢測到第i位狀態標誌位為1，則讓P1.i口輸出低電平（i=1，2，3，4），記錄下開始輸出脈衝時定時器的初值，然後不斷的讀取定時器的值，定時器的溢出次數也要記錄，由定時器溢出中斷服務子程序完成，將這兩個值相減得到的差值與脈寬數據的定時器值相比較，如果相等則輸出脈寬達到要求，讓P1.i口輸出高電平，如果不相等則查詢下一位狀態標誌位，然後不斷重複以上的操作實現脈衝的輸出，狀態標誌位為零的通道輸出始終保持零。

2.2.2接收中斷服務程序
接收中斷服務程序的流程圖如圖5所示，接收中斷發生後首先要保護現場，然後將接收緩衝區內的數據存到指定的存貯單元，根據通信協議和上位機之間所有的數據都以AsCⅡ碼形式傳輸，並加以累加和校驗，那麽就需要驗證上位機傳送的指令正確性，將所有的數據相加，不計進位所得的和與上位機發萬來方的數校據驗位比較，如果相等則向上位機反饋確認信息，如果不相等則向上位機反饋報錯信息，當檢測到指令是正確的，然後再對該指令進行處理；首先要將接收的AsCⅡ碼形式的數據轉換為十六進製形式的數據，然後根據通信協議從指令中分離出脈衝輸出的通道號和脈寬數據，根據脈衝輸出的通道號置相應的狀態標誌位，所得的脈寬數據要經過處理轉換為脈寬數據的定時器值存入RAM的指定單元備用，脈寬數據的處理由脈寬轉換子程序來完成；最後恢複現場，中斷返回，接收中斷服務程序結束。
2.2.3相關子程序
主程序和接收中斷服務程序中用到的子程序主要有脈寬轉換子程序，定時器溢出中斷服務子程序，脈寬判斷子程序，發送子程序，AsCⅡ碼到十六進製的轉換子程序，十六進製到AsCⅡ碼的轉換子程序等。脈寬轉換子程序主要實現的是將從上位機的指令中分離出來的脈寬數據轉換為定時器的計數值，從上位機的指令中分離出來的脈寬數據為兩位十六進製數01HλFFH之間，它所代表的是0λ500Hz的脈衝輸出頻率，也就是說將0λ500Hz分成了255等分，每一等分代表的是500/255Hz；輸出脈衝的周期為頻率的倒數，又因為輸出脈衝的占空比為50%，所以其周期的一半就是脈衝的高電平或低電平的寬度；該單片機係統的晶振為8MHz，其定時器T1的計數單位時間為2us，脈寬轉換的計算過程如下：

當x<2時，y為三字節，因此，需要進行浮點數運算，浮點數運算對單片機係統來說是不利的；但如果將上式的分子拆分成兩部分，分別計算後再相加，就可以避免浮點數運算，而將其轉化成定點數運算，因而，上式可轉化為如下定點數運算：

然後將求得的脈寬定時器計數值按高低字節分別存入RAM指定單元供脈寬判斷子程序使用。
3結論
通過現場的調試嵌入式速度控製器在此稱重係統中反應靈敏，運行穩定，能夠快速而準確的執行上位機傳輸來的各種指令。經過光電隔離的輸出脈衝波形比較穩定，無明顯波動，抗幹擾能力強；直接輸出的脈衝波形受負載的影響較大，一般適用於負載幹擾較小的情況；經光電隔離的輸出脈衝為+12V電平，直接輸出的脈衝為TTL電平，可以根據現場的條件和需要選擇合適的輸出方式；該控製器具有Rs-232/485兩種通信方式，完全能夠滿足工業現場的各種通信要求。整個稱重係統通過了8000V非接觸式高壓衝擊試驗和6000V接觸式高壓衝擊試驗，性能可靠，工作穩定，說明該嵌入式速度控製器完全達到係統的性能要求；該速度控製器的功能還可以進一步加強，如加入數字量的輸入/輸出功能，可以支持光電隔離的數字量輸入和繼電器輸出功能等，軟件方麵可以加入一些智能算法，進一步提高係統的輸出精度。該嵌入式速度控製器集成了一般嵌入式工控模塊的幾大功能，並可以根據現場的控製要求方便靈活的擴展其功能，大大節約了係統集成的成本。
 

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