基于单片机的乳粉包装称重控制设计方案

0 基于单片机的乳粉包装称重控制设计方案 第 1 章 绪论 言 电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，从国防技术、航空航天等到日常生活中的电梯、微波炉等都采用到了微机测控技术。工业生产中的自动称重系统就是微机测控技术的应用。自动称重系统主要包括称重装置和数据的存储两大部分。 物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡量器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡量器的需求也日益增多，过去沿用的机械杠杆秤已不能适应自动化和管理现代 化的要求。自六十年代以后，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、淮确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用。称重装置应用己遍及到国 民经济各领域，取得了显著的经济效益。但是，我国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发研究功能齐全的自动称重系统是势在必行的。 子称重技术的发展趋势 自七十年代以来，发达国家在电子称重方面，无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水平。在技术水平方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。目前作为贸易结算用的静态秤（如平台秤、汽车衡、静态轨道衡等）己能做到 1 O、 l、 M、 L 规定的 3000d（分度），最高可做到 6000d。在稳定性方面要求一年内不允许超差。在可靠性方面称重传感器在正常使 用条件下的寿命一般在十年以上，仪表的平均故障间隔时（ 超过 2000 小时，有些产品达到 5000 小时。在生产过程用电子秤方面，由于加强了应用技术开发，能够适应各种恶劣环境（高温、振动、粉尘、电磁干扰、爆炸危险等）下使用；准确度一般能做到 在品种方面随着生产发展的需要和新技木的应用，出现了新品种，如非连续式自动累加秤、电脑组合包装秤、高速自动包装秤等、这些自动秤往往与生产过程紧密相连，成为生产线的一个组成部分，或者与生产机械组合成一台机电一体化设备。 电子称重装置主要由承载器、称重传感 器和称重仪表三部分组成，称重方式也是电子称重技术不可分割的内容，下面分别叙述其进展和发展趋势。 重传感器 称重传感器是电子称重的核心部件，它把重力转换成电压信号。称重传感器从原理上分有很多种，包括电阻应变式、压磁式、电容式、振弦式、电感式、核辐射式等，但从准确度、重复性、经济性、使用方便等方面综合考虑，目前大量生产的仍然是电阻应变式传感器。它在称重传感器中所占的比例达 90以上。电阻应变式传感器近几年在性能上又有了提高。 随着工业控制系统向数字化发展，近几年来数字式称重传感器也被开发和应用。由干 它直接输出数字量，大大提高了传输中的抗干扰能力，并使得与计算机的通信极为方便 12。由于取消了仪表中的模拟放大、 A/D 转换的环节，使仪表大为简化在计算机中显示和控制的场合，可以不用称重仪表。目前这种传感器大致有两类：电阻应变式数字称重传感器和新型数字式称重传感器。 重仪表 称重仪是电子衡器的一种，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应速度快、测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信 号远传便于计算机控制等特点，被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。 称重仪表由于采用了低漂移高增益放大器、高分辨率 A/D 转换器、单片微型机、 2 电可擦存储器 (非易失性随机存储器 (使其性能和功能都有了很大提高 1。近几年来称重仪表又增加了两项新技术： (积分的增量 )调制型模数转换器和印刷电路板的表面安装技术 (这些新技术的采用，进一步提高了仪表性能和可靠性，井为仪表小型化创造了有利条件。在性能上已能做到：非线性优于 敏度优十 d， A/D 转换速度一般为 10 30 次 /秒，用于动态称重可达 100 次 /秒以上。由于采用了比较方式测量，传感器供桥电源和 A/D 转换基准电源共用一个电源，使电源波动的影响得到了补偿。 为了便于与计算机通信，现代称重仪表都配有各种输出接口供选用。如 20流环、模拟量 (4 20及继电器接点输出。有些制造厂为了加强仪表与计算机的通信，采用直接与工业控制机总线相连的方式 5。如西门子 重仪的输出能直接与两门子 制器的总线相连。 在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。 为了适应各种应用的需要，当前称重仪表发展的一个趋势是：通过硬件或软件的积木式组合来实现不同的功能需求。例如在仪表机箱内通过不同电路板的组合或更换软件存储芯片，来实现不同的功能，以满足各种用途。 载器 承载器是承载重力并将力传递到称重传感器的 机械结构。国外已较多的采用行承载器 (秤台或秤架 )的设计，在保证一定强度和刚度的前提下优化设计，从而达到节省钢材，降低造价的目的 2。 据国外资料介绍，在电子称重装置中，称重传感器的价格这几年变动不大，仪表价格随着电子器件价格下降而成下降趋势，而占成本比重比较大的承载器由于钢材和加工费用的上涨使成本提高。 因 此要降低成本提高竞争力，重点是降低秤台造价，所以优化设计，发展薄型结构己是制造厂向的主要目标。 文研究的目的及意义 随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线称重、快速在线称重和称重系 3 统有 了很大发展。进一步采用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点 3。本课题正是从这一方面出发进行设计的，使得本课题设计的自动称重系统既能获取称重信息，又能实现对称重信息的管理，而且其稳定性好，称量速度快、精度高，可连续自动称重，显示称量结果，实现了称重数据的存储，并且该自动称重系统还实现了可视化，从而杜绝不真实计量现象，维护企业和客户的利益。另外，其界面直观，便于使用。而且本设计电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。 课题研究的主要内容 本 课题是设计一种基于 片机的乳粉包装称重控制的电路，主旨是设计一称重仪，对模拟器输出的微弱信号 (0 12行前级放大处理，再以较小的失真、误差来进行 A/要求具备较强的抗工频干扰能力。最后利用单片机制数码管显示等。主要要求： (1)该称重系统中每袋乳粉额定重量为 500克； (2)要求每小时包装数量为 200袋； (3)系统的称重控制控制精度要求为 4 第 2章 主要元器件选型 换电路芯片选 择 采用 8位 A/，双列直插式，最快的转换速度为 100引脚图如图 2 I N - 026m s 212- 220I N - 1272- 3192- 418I N - 2282- 582- 615I N - 312- 71417I N - 42E O - 53A D D - - 64A D D - D - - 75A L e f ( -)16E N A B L A R e f ( + )12C L O C 它由 8路模拟开关， 8位 A/态输出锁存器以及地址锁存器译码器等组成。但由于其抗工频干扰能力较弱，因此综合考虑下来，我们决定采用双积分 A/ 双积分型 A/D 转换器具有很强的抗工频干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对 50工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用 5。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型 A/D 转换器可大大降低对滤波电路的要求。 作为称重仪，系统对 转换速度要求并不高，精度上 11 位的 以满足要求。另外双积分型 A/D 转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我最终选择了 美国 司推出的单片 3 1/2 位 A/D 转换器，其中集成了双积分式 A/D 转换器所有的 拟电路和数字电路 3。具有外接元件少，输入阻 5 抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换器，其主要功能特性如下： 数的 1 字 ； 档 ；225 次 /s； 于 1000 8V；85V 电源电压时，典型值）； 输出方式，即千、百、十、个位 分时在 3 轮流输出，同时 在 输出同步字位选通脉冲，很方便实现 动态显示。 图 2部结构图 控芯片选择 本设计开始时，我原本想采用 杂可编程逻辑电路）或 场可编程门列阵）作为系统的控制器。因为 ，使用方便灵活，不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能，适合完成各种算法和组合逻辑 9。但是功耗要比较大 ,且集成度越高越明显。 别用于大电流 、大电压场合的控制，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可用 试，易于进行功能扩展。 高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。 6 但考虑到由于设计的是摆锤运动控制， 且由于其集成度高，使其成本偏高，同时芯片的引脚多使实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计的实际焊接的工作，降低了 此我们决定改变思路，采用普通单片机控制，第一个想到的便是 8位的 51单片 机 性能 位单片机，片内含 4k 28 器件采用易失性存储技术生产，兼容标准 内置通用 8位中央处理器和 置功能强大的微型计算机的 7。 单片机 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 2个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， 可以在线编程。其将通用的微处理器和 别是可反复擦写的 图为 E A /V 9 T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 89C 51图 2表放大器选择 由于压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器精度的要求很高。因此我们原本想采用高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。因为差动放大 7 器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如 做成一个差动放大器，如图 2示： 图 2成的差动放大器 电阻 容 于滤除前级的噪声， 普通小电容，可以滤除高频干扰， 大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。 但考虑到其电路复杂，需要的元器件多，成本较高。因此综合讨论下来我们还是 选用仪表放大器 片。其内部结构图如图 2示： 图 2部结构图 B 公司生产的 入、低功耗仪器放大电路，性能优越。前置放大电路的放大倍数设置为 50。较小的前置放大倍数可以避免极化 8 电压的影响。电压放大电路的放大倍数设置的较高（取为 100200 倍），则可以保证总的放大倍数。同时采用仪表放大器 成的电路还有结构简单，元 器件少，成本较低等优势。 源选择 放大模块与 A/D 转换模块需要正负电源，且要求电源具有稳定性。故刚开始首先考虑采用 压 )压）构成的的 12V 稳压电源。但其不可调，不能满足所需要的正负 5V 电源的要求，所以我 采用自制电源，可调式三端集成稳压器是输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的 端稳压器；有输出负电压的 列（ 端稳压器。 其中， 列稳压器输出连续可调的负电压。 稳压器内部含有过流、过热保护电路。 自制电源输出电压的可调范围为1212V，满足要求。 如图 2示为 用电路图： 图 2压器 用电路图 示模块选择 显示模块主要用于重量的显示，原本采用字符型液晶模块 基本的 码字符，采用 艺低功耗，内置 动器，数据 9 可直接传送，用并行输入输出形式，数据传送快，低延迟显示体现多样性，但是引脚电平为 +5V， 引脚电平为 +样就要解决电压不匹配问题，灵活性降低 10。因此经过反复比较决定选用七段 码管显示， 显示数字和一些基本的字母，简单易用，把它和 74入并出移位寄存器）相使用，大大减少了控制器的 I/O 口。 章小结 经过仔细的分析和比较、实际模拟和理论论证，决定了系统各模块的最终方 案如下：（ 1）电源模块：采用 自制可调式三端集成稳压电源 ；（ 2）放大模块：采用仪表放大器 3） A/用双积分 A/ 4）控制模块：采用单片机 5）显示模块：采用七段 10 第 3 章 硬件系统的设计 路总体原理框图设计 本系统单片机选用 司的闪速存储器 (单片机芯片 司的新一代 8 位的一片机产品，带有 428大工作频率 243；同时 ，具有 32 条输入输出线， 16 位定时 /计数器， 5 个中断源，一个串行口；它具有集成度高、系统结构简单，体积小可靠性高，处理功能强，速度快等特点。 乳粉称重控制的总体结构如图 3示。输入信号送入前级放大器放大，再经过 A/D 转换器转换成 ，然后把 送入单片机 进行处理，最后把数据送出数码管显示。 图 3统总体原理框图 芯片引脚应用 1电源引脚。 2外接晶体引脚 片内振荡器的反相放大器输入端 ， 用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12钟频率就为6振的频率可以在 1选择。电容取 30右，具体实现如图 3示： 输入信号 前级放大 A/D 转换 码管显示 键盘处理 11 振电路图 3 复位 振荡器运行时，有两个机器周期（ 24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平， 51 芯片便循环复位。复位后 均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 00H 处开始运行程序，如图 3示： E A /V 位 路图 4 输入输出引脚 (1) 口 一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口，端口置 1（对端口写 1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动 8 个 内部 序存储器编程时，接收指令字节 ;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时， 是分时转换的地址 (低 8 位 )/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 (2) 口 一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用，对内部 序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。 (3) 口 一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出 12 时可驱动 4 个 口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 序存储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。在访问外部程序和 16位外部数据存储器时， 送出高 8 位地址。而在访问 8 位地址的 外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 (4) 口 一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 3 端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。对内部 序存储器编程时，接控制信息。除此之外 口还用于一些专门功能，具体如表 3示： 表 33 端口的功能 脚 兼用功能 行通讯输入（ 行通讯输出（ 部中断 0（ 部中断 1（ 时器 0 输入 (时器 1 输入 (部数据存储器写选通 部数据存储器写选通 其它的控制或复用引脚 (1) 0 访问外部存储器时， 址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器， 仍以不变的频率输出脉冲信号 (此频率是振荡器频率的 1/6)；在访问外部数据存储器时，出现一个 冲。对 个引脚用于输入编程脉冲 (2) 9 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当 外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出 2 个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。 (3) 1 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低 13 电平。要使 访问外部程序存储器（地址为 0000,这时该引脚必须保持低电平，而要使用片内的程序存储器时该引脚必须保持高电平。对 引脚用于施加 程电压 。 压有两种，类似芯片最大频率值要根据附加的编号或芯片内的特征字决定。如图 3示为单片机最小系统图： E A /V 9 T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 1 片机最小系统图 制模块与转换模块的连接 拟电路部分有基准电压，模拟电压输入。 种，对应的基准电压为 +200 +2V。 数字电路部分由逻辑控制 ，输出锁存器，多路开关，时钟，极性判别，溢出检测等电路组成。才用字位动态扫描 输出方式，即千，百，十，个位轮流在 输出。同时，在 现同步字位选通信号。 由于 A/D 转换结果是动态分时输出的 ，所以， 以通过 8051 单片机的并行口 通过扩展 I/O 电路与其相连。 8051 单片机的 相连的电路如图 3示： 14 图 3单片机连接图 该电路采用查询方式管理 操作。由于引脚 接在一起，所以 自动转换。 级放大模块 表放大器 成的放大器及滤波电路如图 3示： 图 3成的放大器 15 这里通过调节 阻值来改变放大倍数。微弱信号 +被分别放大后从第 6 脚输出。双积分 A/D 转换器 输入电压变化范围是 2V，称重仪模拟器的输出电压信号在 0 12右，因此放大器的放大倍数在100200 左右，可将 成 1K 的滑动变阻器，从而改变其放大倍数。 由于输入信号为直流电压，在 输入管脚之前需接入滤波电路。 动称重模块 根据系统的技术要求，压力传感器选择 微量固态压力传感器，它是由半导体应变片 构成的桥式输入动态压力传感器，测量范围是 0 1kg/，桥路供电电压为 6V,桥路输出电压最大为 20压力传感器的电路图如图 3 S 2 S 2 S 2 S 2 T 2+ 6压力传感器 图中 电桥调零电位器，为连接调零电位器方便，桥路本身并未接成闭合桥路。 示模块与控制模块的连接 本系统的控制模块与显示模块的连接相对较简单，主要实现以下功能： 处理重量数据，实现重量的显示，控制数码管的显示，具体分别 如图 3图 3示： 16 图 3示模块 1 与控制模块的连接 V C C、P 07P 06P 05P 04P 03P 02P 01P 00示模块 2 与控制模块的连接 L S 1 6 4 L S 1 6 4 L S 1 6 4 L S 1 6 4 3 4 5 6 7a b c d e f 3 4 5 6 7a b c d e f 3 4 5 6 7a b c d e f 3 4 5 6 7a b c d e f 7p 1 6 17 章小结 本章主要对构成整个硬件系统的各个元器件进行分析，并对一些元器件之间的相互连接进行设计，这样的分析对整个硬件系统的 建立 大有裨益。 18 第 4 章 软件系统的设计 系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。 程序模块 主程序主要完成控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对所称物体进行显示。把设置键作为外部中断 0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如下图 4示： 图 4统总流程图 程序模块 查询子程序流程图见图 4示 ： 开始 调用查询子程序 将千 十 1. 调用显示子程序 返回 19 图 4询子程序流程图 断程序模块图 如图 4中断服务程序流程图： 开始 送入 A 千位选通信号？ N Y 千位送入 20H 高 4位 5 位 送入 A 百位选通信号 ？ N Y 百位送入 20H 低 4 位 送入 A 十位选通信号 ？ N Y 十位送入 21H 高 4 位 个位送入 21H 低 4位 结束 Y 个位选通信号 ？ 入 A N 20 图 4断服务程序流程图 0 中断程序 该中断是单片机内部 5S 定时中断，优先级设为最低，但却是最重要的子程序。在该中断响应中，单片机要完成 A/D 数据采集转换、数值滤波、判断是否有越限、标度转换处理、继续显示当前重量、与额定值进行比较，调用模糊控制子程序并输出控制 信号等功能。 1 中断子程序 时中断嵌套在 断之中，其定时初值由模糊控制子程序提供， 断相应的时间用于输出称重仪的控制信号。 零程序模块图 该系统设置 调 零键，以方便调整硬件零件。使用方法是，开机后按 调 零键，系统进入 调 零程凋序，调整 调 零点位齐，使显示器显示为零后退出。程序流程如图 4 恢复现场 进行键功能散转 保护现场 读键值 开始 清除键存放单元 开中断，中断返回 21 图 4零程序流程图 示程序流程图 此系统是自动称重系统，表现的是动态的乳粉落下装入乳粉袋中的重量，使最终达到想要的重量，但此系统也可以单独使用，为了使此称 重系统能单独作为一个电子称来使用，故设置该键。按下该键后可直接称量，称完重量后按 ，可继续进行包装称重。程序流程如图 4示： 转换为 调显示子程序 是 恢复现场 返回 N Y 采样 并滤波 停异步电机 启动 A/D 保护现场 22 图 4示键程序流程图 出程序流程图 该键的作用即终止程序的运行，当按下此键后系统的程序结束运行，要想继续使用此系统中的程序，只有按 。程序如图 4示： 停步进电机 保护现场 启动 A/D 采样并滤波 有校核标志吗？ 去皮重 校核 转换 调显示子程序 是 恢复现场 返回 N Y N Y 23 图 4出键程序流程图 示总数程序流程图 当所有称重工作结束后，按下该键后会显示系统的累计乳粉袋数，程序流程如图 4示： 图 4示总数程序流程图 章小 结 本章主要对本设计的软件部分进行分析，良好的软件部分设计也是整个系统设计成功的必要因素之一。 停异步电机 是 返回 N Y 转换 调显示子程序 是 恢复现场 返回 N Y 保护现场 24 第 5 章 系统测试 本设计已经基本达到了设计要求。通过研究，发现系统浮动误差的根本原因是：仪表放大模块的滤波电路中电容的精度不高和系统抗干扰能力较弱。但由于实验室不能提供较高精度的电容，所以本系统的精度只限于目前的程度。所以决定系统精确性最根本的因素就是系统本身所具有的抗干扰能力。 在微机应用于工业控制中，由于控制现场环境恶劣，情况复杂，因此必须考虑系统的抗干扰能力，以适应现场控制的需要。乳粉包装自动称重系统的单 片机部分放置于现场，在现场中由于强电磁干扰，电网干扰，空间干扰等，以及大量的粉尘等导体，使主机系统的工作环境变的很恶劣 19。因此，在系统设计和制造过程中，考虑到系统的抗干扰性能的要求，从硬件和软件上都设法提高系统的抗干扰能力，使系统充分适用于现场的要求，保证系统的可靠性。 件抗干扰的设计 各种干扰是机电一体化系统和装置出现瞬时故障的主要原因。干扰的抑制要从干扰源、传播途径、接收器三个方面入手。因此，在系统设计中，应尽可能避开干扰源，并针对不同的干扰源，对耦合通道采取有效的方法。干扰窜入系统的渠 道有三种，即空间干扰，过程干扰，和供电系统的污染。一般常用的抗干扰措施有合理布置电源、屏蔽干扰源、隔离、滤波、接地等。 源的干扰以及抑制措施 任何电源及输电线路都存在内阻，这些内阻就会引起电源的噪声干扰。由于电源是整个系统运行的基础，并且危害最严重的干扰源是电源的污染。电源性能的好坏在很大程度上将直接影响整个系统的可靠运行。由于工业控制计算机的电源都接自电网，故由于现场的用电情况复杂。如电网电压不稳定，对计算机系统造成很大的干扰，干扰微机系统的正常工作，因此，系统选用带恒温的高精度基准的电源，并对此 电源的输出电源进行预稳压，这样有效的保证了系统的抗干扰能力和 A/D 转换精度。 25 间干扰的防御措施 空间干扰主要是指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制。对外来的空间干扰，主要的措施是屏蔽用金属壳体，并将机壳接地，起封闭金属罩的作用，对共膜干扰有较强的抑制作用，在布线时，注意模拟地和数字地分开，最后经一点接入大地。将电源布置的尽可能粗，并使电源、地线的走向与数据传递方向尽可能一致，以增强抗噪声能力。 总的来说，该方案设计的称重控制系统，电路简单，成本较低，工作可靠；并且该自动称重系统还实现了可视 化，其界面直观，便于使用，从而杜绝不真实计量现象，维护企业和客户的利益。 章小结 本章对可能影响系统精确度的因素进行分析，并相继的提出提高系统精确度的方法，这样才能最好的解决系统精度低的问题。 26 第 6 章 设计方案评价 此次系统以单片机 控制部件，称重仪模拟信号为输入信号 ,通过前级放大器 ,双积分 A/D 转换器 ,把转换后的 送入 进行数据处理 ,最后在数码管上显示 件部分设计评价 本设计硬件具有简单化，且可靠性强等优点；但由于实验室 提供的电容精度不够高以及各种干扰对整个系统的影响，导致了系统具有一定的浮动误差，若把放大模块中的电容换成高精度的电容以及增强系统本身的抗干扰能力，系统的精度也必然会提高。 件部分设计评价 本次软件设计我们采用模块化编程，思路清晰，使程序简洁、可移植性强。但是在程序编写方面，没有对系统进行具体的优化。这就需要我们针对所选硬件外设对系统进行详细的优化工作，确保工艺控制的最优化。 本设计的目的不仅仅是温度控制本身，主要提供了单片机外围电路及软件包括控制算法设计的思想，应该说，这种思想比控制系统本身更为重 要。 章小结 本章主要对整个系统设计方案进行分析评价，并最终使自己更好的了解自己所做设计的优缺利弊，从而使自己更好的学习一些基于单片机方面的知识。 27 结 论 乳粉包装自动称重系统实现了自动的原理，也就是在系统中应用电动机、单片机、还有内部程序的共同作用，使乳粉从落粉槽中落下，在各种内部结构的控制下，看一袋乳粉的重量是否达到预期的重量，如果达到则通过传送带传送出去进行下一袋乳粉的自动称重；否则将次品袋作丢弃处理。此过程中重量的调节有粗调和细调，分别有两台电动机及内部程序控制完成。步进电机实现粗调的目 的，当乳粉的重量接近预期重量的时候，就要停止步进电机的运行转为用异步电机实现细调的阶段，直到一袋乳粉的重量等于我们想要的重量为止。 本设计的任务是设计一种称重控制系统，究其实质是一个嵌入式应用软件的开发。通过了解现阶段各个领域中称重控制系统的应用方案以及使用场合，国内外嵌入式发展的现状，对比各种嵌入式处理器的性能和结构，最终选择了基于 片机的嵌入式控制系统。 本文采用单片机 价比高，硬件设计简洁，整个控制系统通过设置的参数，根据单片机自动修正启动称重控制装置，调整满足现场需要，同时可通 过数码显示，清楚的观测到称重值，超过限定值进行中断处理。此套装置实施方便、可靠。 要完成一个好的设计方案，需要对用户提出的需求有一个清楚的认识，针对用户的需求指定系统硬件外设和编写程序，并且细化程序，使软件最大程度地发挥系统功能。信息时代的高速发展使得嵌入式产品获得了巨大的发展空间和机遇，相信在未来的发展中，会有越来越多的行业、越来越广泛的场合使用嵌入式设备，使嵌入式产品得到长足的发展。 28 致 谢 本次设计是在我的导师李泽的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风， 深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，学院的很多老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师及其他老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学四年求学生活的电气 0722 各位同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。特别感谢我的舍友们，他们对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课 题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！ 29 参 考 文 献 1 周航慈 北京航空航天大学出版社 ,2002. 2 李朝青 1999,209 210. 3 陈龙三 语言控制与应用 4 薛栋梁 2001,254 265. 5 王琼 合肥工业大学出版社 ,2005. 6 冯建华 系统设计与产品开发 2004. 7 刘悦 1999,22(6):725 729. 8 金燕 2001,18(5):55 58. 9 霍爱清 92001,18(6):10 12. 10 阎石 1995. 11 沈红卫 电子工业出版社 ,2005. 12 聂毅 电子工业出版社 ,1998. 13 杨文龙 原理及应用 14 薛钧义 51 96系列单片机微型计算机及其应用 15 高金峰 1998. 16 龚光华 北京航空航天大学出版社 ,2006. 17 赵茂泰 2 版） 2004. 18 马忠梅 语言应用程序设计 (第三版 )19 刘悦 四川师范大学学报 2（ 6） :725 729. 20 王幸之 北 京航空航天大学出版社 ,2000. 30 附录 A 译文 单片机的历史 1971 年十一月，一家名为英特尔的公司公开推出了世界上第一个单芯片微处理器，英特尔 4004（美国专利 3821715），这是由英特尔的工程师 德里科德 斯坦发明的。在发明了 集成电路 这一革命性的电脑设计后，电脑芯片愈来愈小的趋势开始显现出来。 英特尔 4004 芯片通过 将所有的电脑系统（即中央处理单元，存储器，输入和输出控制）都集中在一块集成电板上而使电脑芯片越来越小。 这些也都使得人类对非生命性物质的智能化处理成为了可能。 英特尔的历史 1968 年， 正在为 导体公司工作的 鲍勃诺伊斯和戈登摩尔 两个工程师工作的并不快乐，因此他们准备离开公司去创造属于他们自己的公司，而当时许 多员工也都纷纷离开公司去寻求更好的出路。 诺伊斯和摩尔人喜欢被昵称为 鲍勃 诺伊斯自己写了一网页关于他想要创办的新公司的构思，而这些构思也足已说服旧金山风险资本家罗克参与到诺伊斯和摩尔的新公司创建中。而事实上罗克在不到两天内就赚了 $250 万美元。 一个芯片是否能具有 12 种功能 1969 年年底，一位来自日本的潜在客户 定了 12 种特制的电脑芯片。 而这些具有键盘扫描，显示控制，打印机控制及其他功能的芯片都被运用在造的计算器。 虽然英特尔没有适合做这项工 作的人才，但他们确能提出一个关于这项工作的解决方案。 英特尔工程师泰德霍夫觉得英特尔可以制作出具有 12 项功能的芯片。 最终英特尔和 共同资助新的可编程，多用途逻辑芯片上达成了协议。 31 作为新型芯片的程序编写员，费德里科 导了这个新型芯片设计团队，当然泰德霍夫和斯坦 在这个团队中。 九个月后，一项革命性的成果诞生了，它填补了之前芯片的一些不足之处。 巧妙的是，英特尔决定以 40046 万美元回购 设计和销售权。 次年破产了，他们生产的产品从未使用过 4004 芯片。 英特尔又提出了一个聪明的市场营销计划，以鼓励促进 4004 芯片的应用开发，这也使得 4004 芯片在几个月之内便得到了人们的广泛使用。 英特尔 4004 微处理器 4004 是世界上第一个通用的微处理器。 在 60 年代后期，许多科学家曾讨论过微型计算机的可能性，但几乎所有人都认为，集成电路技术还没有到达这一成熟地步。但英特尔的 并不这样认为，他认为新的硅门控 术可以使单芯片 央处理单元）的制造成为可能，因此他也就成为史上有这前卫意识的第一人。 霍夫和英特尔开发团队在一个只有 4 毫 米长 3 毫米宽的电脑内部安装了超过2300 个的晶体管。 凭借其 4 位 令寄存器，译码器，解码控制，控制的机器的命令和临时登记的监测， 4004 是一个一个小的发明啦！ 今天的 64 位微处理器仍然是基于类似的设计，微处理器仍然是最复杂的大规模生产的产品，它机内超过550 万个晶体管，并进行着每秒超过几亿次的计算量，而且这种微处理器肯定会更新淘汰的很快。 单片机构架 他的 体与通讯处理器（ 桌面提供了先进的技术和无与伦比的性能，移动和专业系统，并继续在平台技术 统的行业 处于领先地位。 降低延迟： 比于相同的功能双芯片，单芯片 构提供了一种固有的性能优势相。 除了整体延迟降低， 显着提高者设备的吞吐量。 极快的专用 接让与 证了充足的系统带宽。 当多个设备同时运行或用于支持高带宽设备时，这种技术是十分有利的。 32 设计效率： 相比于目前市场上现有的 米的产品， 司推出的单芯片架构采用 米工艺技术。 该技术提供了