自主開發的基於CAN現場總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表由顯示控製模塊和傳感器數據采集模塊組成，模塊之間由CAN總線連接，為增強CAN總線節點的抗幹擾能力，CAN總線控製器ＳＪＡ１０００並不是直接和CAN收發器Ａ８２Ｃ２５０相連，而是通過高速光耦６Ｎ１３７後與之相連，使總線上各CAN節點間電氣隔離；同時，在電源部分采用了ＤＣ－ＤＣ模塊Ｂ０５０５ＬＳ給光耦６Ｎ１３７右邊模擬電路供電，采用不同的電源供電，光耦６Ｎ１３７兩邊電路完全隔離，提高了模塊的穩定性。新型稱重儀表的軟件包括數據采集程序和顯示控製程序兩部分，分別安裝在傳感器數據采集模塊和顯示控製模塊內。基於CAN現場總線的智能混凝土攪拌站稱重儀表的準確度達到國家Ⅲ級標準，CAN通訊波特率可達２５０ｋＢ／ｓ；該新型儀表已取得了國家相關技術專利和器量型具批量生產許可證書，目前已經批量應用於三一集團的混凝土攪拌站。

在混凝土攪拌站的混凝土生產中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水和添加劑等多種配料，物料稱重、水泥配料控製是影響商品混凝土質量的重要因素。混凝土攪拌站的配料控製一般使用分布式控製係統，一套傳統的典型的攪拌站分布式控製係統如圖１所示，它包括多個稱重顯示控製終端。稱重顯示控製終端的功能主要是采集相應料鬥傳感器信號，換算成重量，同時根據混凝土的配方進行配料的過程控製［１］。這種顯示控製和傳感器信息采集一體化的稱重顯示控製終端在遠距離模擬信號的傳輸中，外部幹擾的串入以及傳輸過程中信號的衰減都會直接影響到檢測和控製的精度，同時由於采用串口和上位的工控機進行通信，對工控機串口的數量要求苛刻，係統布線複雜，不便於安裝和維護，當物料種類增加時往往難以靈活配置。圖２為采用了CAN總線的新型稱重顯示控製終端的攪拌站控製係統。ＣＡＮ總線技術是國際上前沿的現場總線技術，它布線簡單，隻需兩根雙絞線就可連接多個傳輸節點，節點增刪靈活，傳輸距離長，抗幹擾能力強，在工業現場運用極其廣泛［２］。由圖２可以看到，其布線大為簡化，隻需要一根４芯ＣＡＮ總線電纜就可實現顯示控製模塊，傳感器數據采集模塊以及工控機之間的相互通信。同時由於CAN總線采用了數字傳輸方式，解決了攪拌站控製係統中模擬信號遠距離傳輸幹擾串入和信號衰減問題。

１新型稱重儀表的硬件構成及工作原理

采用CAN總線的新型稱重顯示控製器由顯示控製模塊和傳感器數據采集模塊組成，模塊之間由CAN總線連接，工作原理如圖４所示。傳感器數據采集模塊不斷地采集傳感器模擬電壓信號，通過內部放大、Ａ／Ｄ轉換變成數字信號，並將數字信號經過通信子模塊傳到CAN總線上去，供CAN總線上的對應的顯示控製模塊接收處理，完成稱重顯示控製器主要功能，滿足攪拌站稱量係統的需要。

１．１基於CAN接口的傳感器數據采集模塊原理

傳感器數據采集模塊由信號采集處理子模塊、通信子模塊和電源電路組成，如圖５所示。信號采集處理采用ＴＩ公司的ＭＳＣ１２１０單片機，ＭＳＣ１２１０集成一個增強型的８０５１內核、具有可編程增益（１￣１２８倍）放大器和８路２４位高精度Σ－Δ模數轉換器（Ａ／Ｄ），可以容易地實現單片式低噪聲高精度數據的采集。同時還具有溫度傳感器、３２ｋＢＦＬＡＳＨ存儲器、１．２ｋＢ的ＳＲＡＭ和３２位累加器，可串行或並行編程，達１０萬次擦除／寫操作，工作電壓２．７￣５．２５Ｖ，工作溫度範圍－４０￣＋８５℃。通信子模塊由ＰＨＩＬＩＰＳ公司的獨立CAN總線控製器ＳＪＡ１０００、高速光隔離收發器６Ｎ１３７和ＣＡＮ收發器Ａ８２Ｃ２５０組成。ＭＳＣ１２１０負責ＳＪＡ１０００的初始化，通過ＳＪＡ１０００實現數據的接收和發送等通信任務。為增強CAN總線節點的抗幹擾能力，ＳＪＡ１０００並不是直接和Ａ８２Ｃ２５０相連，而是通過高速光耦６Ｎ１３７後與之相連，這樣就很好的實現了總線上各CAN節點間的電氣隔離；同時，在電源部分采用了ＤＣ－ＤＣ模塊Ｂ０５０５ＬＳ給光耦６Ｎ１３７右邊模擬電路供電，采用不同的電源供電，光耦６Ｎ１３７兩邊電路完全隔離，提高了模塊的穩定性。電源部分主要由ＴＶＳ、ＬＭ２９５６和ＤＣ－ＤＣ模塊設計而成。ＬＭ２９５６是一款性能優越的低壓差穩壓器，可以使係統以較低的功耗工作，具有輸入電壓反接保護，使係統在不同的工作環境下更安全可靠，輸出電壓作為供電電源同時也作為ＡＤ轉換的基準電壓，無需精確穩定的基準電壓源即可實現精確的測量，降低了對供電電源和基準電壓源的要求，簡化了電路，同時也有效的降低了成本。電路中各器件的電源輸入端接有去耦電容，增強係統的抗幹擾能力。

１．２稱重顯示控製模塊原理

顯示控製模塊由信息處理子模塊、通信子模塊、顯示子模塊、鍵盤電路和電源電路組成，如圖６所示。顯示控製模塊通過CAN總線接收傳感器數據采集模塊發送的信息，轉換成重量值，經過主程序的處理，顯示重量並發送相應的控製信息。信號處理部分采用Ｃｙｇｎａｌ公司的Ｃ８０５１Ｆ０４０單片機，它是集成在一塊芯片上的混合信號係統級單片機，２５ＭＩＰＳ高速流水線式ＣＩＰ－５１控製器內核，ＪＴＡＧ調試接口，６４ｋＢ的可編程ＦＬＡＳＨ存儲器，ＲＡＭ可存儲４３５２（４０９６＋２５６）ｋＢ，６４個Ｉ／Ｏ端口管腳，同時有一個ＣＡＮ２．０Ｂ集成控製器，可在工業溫度範圍－４５￣＋８５℃內采用２．７Ｖ到３．６Ｖ的工作電壓。通信電路采用Ｃ８０５１Ｆ０４０上集成的CAN控製器，高速光耦隔離６Ｎ１３７和CAN收發器Ａ８２Ｃ２５０組成，為了提高抗幹擾能力，達到完全隔離的目的，在電源電路部分也采用了ＤＣ－ＤＣ模塊來對光耦右邊的通信電路進行供電。顯示電路采用ＨＤ７２７９驅動ＬＥＤ。該芯片具有串行接口，可以同時驅動８位共陰極數碼管和連接６４鍵的鍵盤矩陣，單片即可以完成數碼顯示和鍵盤接口的全部功能，而且該芯片自帶ＲＣ振蕩電路，無需外接時鍾，與單片機的接口電路簡單，隻需４條Ｉ／Ｏ線。

２新型稱重儀表的軟件組成

新型稱重儀表的軟件包括數據采集程序和顯示控製程序兩部分，分別安裝在傳感器數據采集模塊和顯示控製模塊內。

２．１數據采集

程序數據采集程序包括Ａ／Ｄ轉換中斷子程序、數據處理子程序、發送數據子程序和接收處理子程序。

２．２顯示控製程序

顯示控製程序包括初始化子程序、開機自動置零子程序、菜單子程序、零點跟蹤子程序、自動配料子程序、手動配料子程序和通信子程序，各程序互相配合實現攪拌站控製的主要功能。

３CAN總線智能節點設計

新型稱重儀表的ＣＡＮＢＵＳ網絡結構如圖９所示，其中，ＰＣ為上位監控機、Ｃ１—Ｃ３２為顯示控製模塊、Ｓ１—Ｓ３２為傳感器數據采集模塊、ＭＣ為手持監控器（可選）。下麵以顯示控製器節點ＣＹＹ（ＹＹ：控製器節點編號１≤ＹＹ≤３２）為例說明ＣＡＮＢＵＳ的ＩＤ分配，ＰＣ（ＭＣ）和傳感器數據采集模塊節點ＳＹＹ的ＩＤ分配原理和ＣＹＹ是一樣的，通過ＩＤ的互相匹配，就可以實現各個節點之間的相互通迅，傳輸不同的數據和命令。０ｘ００（廣播ＩＤ）：用於接收係統同步控製和緊急控製命令；０ｘＹＹ：接收數據幀，用於ＰＣ參數設置、配方設置和參數查詢；０ｘＹＹ＋０ｘ２０：接收數據幀，接收ＳＹＹ反饋的傳感器信息；

０ｘＹＹ＋０ｘ４０：發送數據幀，向ＰＣ發送參數、配方應用與智能化數據；

０ｘＹＹ＋０ｘ６０：發送數據幀，向ＰＣ發送係統狀態、任務進程數據；

０ｘ１００＋０ｘＹＹ＜＜４（即０ｘＹＹ左移４位再加０ｘ１００）：發送數據幀，用於向ＳＹＹ傳送傳感器參數。

４結束語

將CAN現場總線引入攪拌站稱重儀表，在滿足攪拌站稱重係統要求的同時，與傳統攪拌站稱重儀表相比具有布線簡單，現場組網方便靈活，信號傳輸可靠等優點。該新型稱重儀表已取得國家專利，並批量應用於三一的混凝土攪拌站，具有廣闊的市場前景。所達到的具體技術指標為：準確度Ⅲ級，ｎ＝３０００輸入信號範圍０．１￣２５ｍＶ非線性≤０．０１％Ｆ．Ｓ傳感器供橋電源ＤＣ５Ｖ，３５０ｍＡ顯示雙排６位ＬＥＤ顯示分度值０．００５／０．０１／０．０２／０．０５／０．１／０．２／０．５／１／２／５／可選鍵盤輕觸式ＰＶＣ開關，共４個功能鍵通訊接口ＣＡＮ接口，波特率２５０ｋＢ／ｓ控製點輸出容量場效應管輸出最大６０Ｖ，３Ａ使用電源ＤＣ９￣３６Ｖ工作溫度０￣４０℃

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