針對粉狀物料定量下料的特點, 設計一種基於STC89單片機的定量稱重控製器, 是一個機電一體化的計算機控製係統。采用STC89單片機配以必要的控製接口和控製軟件, 實現定量下料的實時動態檢測和定量控製。設計的控製器具有可控性強、定量計量精度高、性能穩定、操作簡便等特點。
粉狀物料重量是食品、化工、醫藥、飼料等行業的重要工藝參數, 重量計量的準確與否直接影響到企業的信譽和經濟效益。目前, 隨著我國食品、化工、醫藥、飼料等行業的迅猛發展, 定量稱重控製器已在成品包裝行業得到廣泛應用。采用定量稱重控製器的包裝機可大大提高自動化程度, 減輕勞動強度, 保障生產的可靠性、安全性, 降低生產成本, 提高產品的質量及經濟效益。同時隨著電子技術的不斷發展和進步, 對定量稱重控製器的可靠性、穩定性及功能健全方麵的要求也越來越高。
本文所設計的控製器首要解決定量計量精度、ADC轉換速率和可靠性, 其次完善控製器的功能, 使之更具有通用性和實用性。
1 係統的工作流程
定量稱重包裝機械設備粉狀物料由供料機構送至備料鬥, 由備料鬥向計量鬥裝料采取三料速送方式, 即大、中、小粉狀物投料在計量鬥完成定量稱量後, 卸料至包裝袋中, 整個定量過程由定量稱重控製器進行控製, 同時該控製器還提供夾袋、鬆袋控製。本控製器通過對定時器的編程, 實現了過程時間控製。隻需要進行數據輸入就可以完成標定、工作參數設置、配方參數設置、日期時鍾輸入等操作。進行包裝前, 從麵板按鍵上輸入運行參數( 包裝袋數、總重量、額定袋數等) 和配方, 或在計算機上操作通過通訊口輸入。進行包裝時, 控製器根據運行參數和配方通過I/O口信號的輸出控製喂料電磁閥和夾袋電磁閥及其他執行機構。為了保證喂料和卸料的速度, 又要保證稱重的精度, 計量過程分為大投、中投和小投階段。在一次稱重包裝過程結束後, 控製器將自動把“包裝袋數”加1, 然後把總袋數與額定袋數比較,若二者相等則停止下一次稱重包裝過程, 返回至停止狀態。反之, 則繼續進行下一次稱重包裝過程控製。包裝結束後, 控製器進入停止狀態界麵。
2 係統實現
本定量稱重控製器是一個機電一體化的計算機控製係統。采用STC89單片計算機配以必要的控製接口和控製軟件, 實現定量下料的實時動態檢測和定量控製。
2.1 係統結構
定量稱重控製器是以STC89單片機為核心部件的智能化儀器。係統由STC89單片機、稱重傳感器、信號的采集部分、A/D及轉換控製信號的輸出等組成。由於采用單片計算機和大規模集成電路技術、模塊化電路結構設計, 因此該係統具有結構簡單、功能強、性能穩定、控製精度高、操作維護方便等優點。
2.2 信號檢測及控製
定量稱重控製器中單片機需要對A/D 轉換後的數字信號、按鍵信號、串口通訊信號等進行處理, 數據處理部分是通過處理其輸入的數字信號來獲取測得值以及與測量有關的必需值。定量稱重控製器的應用場合一般還會有靜電、輻射和振動等幹擾, 根據這些設計需要, 我們選用了STC89係列中的STC89C58RD+單片機。其內部電源供電係統、I/O口、時鍾電路、複位電路、看門狗電路均經過特殊處理, 所以具有超強抗幹擾、抗靜電功能。信號采集是將傳感器輸出的信號變成適用於數據處理的信號。本控製器信號采集是由電阻應變橋式稱重傳感器將受力時產生形變的電壓信號經過直流運算放大器進行放大, 有源濾波電路對其進行濾波後由A/D轉換模塊進行模數轉換, 最後送入單片機。直流運算放大器選用的是具有低功耗通用的高精度放大器INA128。有源濾波電路中選用了兩個CA3140。
定量稱重控製器的性能除主要取決於單片機外,很大程度上還取決於A/D轉換器。本設計選用的是高精度模數轉換芯片ADS1211, 具有24位精度並內含自校正Σ- Δ轉換器、二階Σ- Δ調製器、可編程數字濾波器和微處理器。芯片內有半自動校準功能, 與SPI兼容, 並可提供雙線控製模式。由於定量稱重控製器對信號的精確度要求較高, 所以為了提高測量數據的穩定度、消除幹擾, A/D轉換部分的基準電壓和傳感器供電電源及控製信號輸出電路是用於傳輸處理好的測量結果。主要由液晶顯示電路、開關量輸入輸出電路、串口通訊電路等構成。本控製器的液晶顯示器主要用於監控稱重數據、顯示工作狀態、查看有關參數、輸入數據及實時時間等。液晶顯示器選用的是OCMJ (奧可拉中文集成模塊) B係列液晶顯示器OCMJ4X12B, 用戶輸入GB2312區位碼或ASCII 碼即可實現文本顯示。
開關量輸入輸出部分: 開關量實現的是按鈕操作信號的輸入和單片機控製執行機構信號的輸出。串口通訊部分: 串口通訊芯片選用的是MAX232A, 外圍電容為無極性的104電容。由單片機STC89C58RD+的TXD、RXD引腳和MAX232A芯片的T1IN、T2IN引腳連接形成通用的RS- 232接口。這樣, 控製器就可以方便地與計算機、打印機進行通訊了。
3 控製軟件
軟件設計采用調試方便、結構清晰的模塊化結構。程序用Keil Cx51語言編寫。軟件部分主要實現數據處理, 控製器外設( 按鍵) 控製, 功能菜單顯示以及與串口的數據通訊等。程序包含了A/D采集、按鍵/開關量輸入、液晶顯示、實時時鍾、數據存儲、串口通訊等內容。

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