（凝聚态物理专业论文）智能配料控制器的研制.pdf

郑卅1 人学f ! l j 毕业论文 智能配料控制器的研制 摘要 遂5 2 4 7 2 8 在医药、化工、冶金、建材、饲料加工等行业广泛地需要智能配料控制器用于物 料的自动配制。实现物料的自动配制控制，不仅节省了人力和物力，而且也提高了产 品的质量，提高了生产效率，同时也可以实现现代化科学管理。本文在介绍一种物料 智能配料控制器结构及工作原理的基础上，着重对该仪器的单片机控制系统的部分功 能实现作了详尽描述，并且介绍了一种采用a d 7 7 0 5 芯片设计的智能变送器和系统误差 白适应调节的方法。 物料智能配料控制器主要应用于多种物料的定量混合配制的控制。为了提高物料 配制的精度及配料的效率，配料的过程需要实现智能化、自动化。我们研制的智能配 料控制器下是为了此目的。智能配料控制器主要由智能变送器、单片机控制器、电机 驱动电路等组成，主要工作原理是用压力传感器进行物料的重量测量，传感器把物料 的重量转换成电信号，经变送器把信号送入单片机进行处理，再由单片机发出物料已 称足重量的信号去控制送料和卸料电机工作，同时单片机还可与p c 机进行串联通信， 实现微机集成控制。 关键词：配料智能控制变送器串行通信误差处理抗干扰 辫鞭天拳磷l ：肇鼗弛黛 智能黼料控制器酗研制 a b s t r a c t a n l 韪稔 蓑攀翳耄濑焖嚣f o r m i x e dm a t e r i a l sh a sb e e n a p p l i 聪浚黎粼攀 a r e a s ，s u c ha sm e d i c i n e ，c h e m i c a li n d u s t r y , m e t a l l u r g y , a r c h i t e c t u r e , a n i m a lf e e d p r o d u c t i o na n d s oo n i ti sn o t o n l ys a v i n g i nf i n a n c ea n d r e d u c i n g t h ef a t i g u e s t r e n g t ho f w o r k e r s , b u te n h a n c i n g t h eq u a l i t yo f p r o d u c t sa n dr a i s i n gt h e e f f i c i e n c yo f p r o d u e t l o n + 岛燃e 巍t h i s e q u i p m e n ti m p r o v e d m o d e r ns e l e m i f l e m a n a g e m e n t i nm a n yf a c t o r i e s b a s e do n t h ei n t r o d u c t i o no f t h e s t r u c t u r ea n d t h ew o r k i n g p r i n c i p l e o f a ni n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r f o rm i x e dm a t e r i a l s ，t h i s t h e s i s m a i n l y d e s c r i b e dt h ef i a n c t i o no f t h es i n g | e m i c r o c o m p u t e r e o n t m i l i r r g s y s t e m 零u 越嬲攫毽熬攮豁瓤辖受黼娃熏量簿蕊鲢g 蠡爵箍e 秘撑键堍e l 怼毡筵蝼 a d 7 7 0 5a n dd i s c u s s e da m e t h o dt om o d i f y s y s t e m e r r o r sa u t o m a t i c a l l y t h i si n t e l l i g e n tm i x e d c o n t r o l l e rh a sm o s t l y b e e n a p p l i e d t om i x m a n y 狲默e r i a l 瓢f o ri m p r o v i n g t h ea c c u r a c ya n di n c r e a s i n ge f f i c i e n c y o f m i x e d 侧蕊，t h e p r o c e s s n e e d e dr e a l i z ei n t e l i e e t u a l i t y a n da u t o m a t i o n + 孙粼 螽；骗。毽奠t h i sm i x e d c o n t r o l l e r i tw a s c o n s i s t e do f a ni n t e l l i g e n tv o l t a g ew a n s f e r , a s i n g l e m i c r o c o m p u t e r c o n t r o lc e n t r e # a n dc i r c u i t sf o rd r i v i n g m o t o r s i t s p r i n c i p l e w a su s e ds e n s o r st om e a s u r e t h ew e i g h to f m a t e r i a l s t h e n8 e n s o r s c o n v e r t e dt h ew e i g h tt o e l e c t r i c a ls i g n a l p a s s i n gt h e t r a n s f e rt h es i g n a l p r o c e s s e db y t h e s i n g , m i c r o c o m p u t e r e o n t r o i e dt h ed r i v e r s o f m o t o r sw o r 弑n g f u r t h e r m o r e t h e s i n g - m i c r o c o m p u t e r c o u l dh a v ec o m m u n i c a t i o n w i t hp c 郑热犬学鞭l + 毕业埝文簿裁醚鞋控制嚣麴磅裁 c o m p u t e r f o rr e a l i z i n gi n t e g r a t i o nc o n t r o l k e y w o r d s ： m i x e du p ，i n t e l l i g e n tc o n t r o l ，v o l t a g et r a n s f e r ，s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ，m e t h o d so fm o d i l y i n ge r r o r s ，a n t i i n t e r f e r e n c e 1 1 i 郑州人学f ! ! i ! j j 毕业论文智能配料控制器的研制 引言 本文在介绍一种物料智能配料控制器的结构及工作原理的基础上，着重对该仪器的 控制系统的功能实现作了详尽描述，及一种采用a d 7 7 0 5 芯片设计的智能变送器和系统 误差自适应调节的方法。 论文的第一部分主要就智能配料控制器的特点、工作原理及结构作了简要描述，突 出地介绍了智能配料控制器的用途及功能。 论文的第二部分说明了智能配料控制器的智能变送器的结构和原理。包括物料自动 称量的原理和实现，a d 7 7 0 5 芯片介绍。 论文的第三部分重点描述了智能配料控制系统的结构工作原理和实现。突出地介绍 了一种p c 机与单片机a t 8 9 c 5 2 的一种远距离串行通信方法。 论文的第四部分介绍系统误差的处理方法和抗干扰措施。详细地讨论了两种自适应 误差处理算法，即预置提前量的加权处理静态量和动态量的方法及利用概率统计理论中 的均方差比较剔除法，实现动态地自动调节测量误差，达到智能配料控制器能自动进行 误差修正的目的，提高了配料精度，从而使配料更加简单方便。 郧州人学坝j 。毕业论文 智能配料控制器的研制 第一章智能配料控制器概述 1 1 智能配料控制器概述 随着半导体技术的发展，单片机的应用越来越广泛。目前利用单片机和微机组成的 智能配料控制器已广泛地应用在冶金、化工、建材、饲料加工等诸多行业，智能配料控 制系统不仅具有自动化程度高，配料连续性好，操作人员劳动强度低，而且配料精度高， 产品质量容易控制，还能实现动态物料的配比，自动和手动相结合，实现自动跟踪误差 调整、自动称重、自动混合、自动显示。因此使用智能配料控制器能明显地提高工作效 率，增加经济效益，提高管理的现代化水平“1 。本文介绍的智能配料控制器就是一种用 a t 8 9 c 5 2 单片机为控制处理中心的智能型精密仪器。 1 1 1 目前国内外对配料控制器的需求 目前，随着自动化控制程度的提高，在冶金、建材、化工、食品加工、饲料加工等 行业广泛地需要配料控制器来进行物料配比自动控制。比如在建筑业，混凝土的配置就 是很重要的环节，它不仅关系到工程质量而且还关系到人身安全，在最早的混凝士配置 中完全依靠大量的人力来完成，劳动强度大而且由于水泥粉尘的污染损坏了工人的身体 健康和周围的环境。现在许多建筑工程和筑路，建桥、房屋建筑、工厂大规模的建设等 都要求，承建建设任务的建筑公司必须使用智能配料控制器来控制物料的自动配比，利 用智能配料控制器进行配料，只需一人或几人就可以在现场或远离物料配料场控制配料 的完成，不仅节省了人力物力，也减少了环境污染，大大提高了生产效率，为企业降低 了生产成本”1 。物料必须实现科学的配比，如建筑业中的混凝土并非是水泥越多越好。 为了提高产品质量，物料必须实现科学的配比，在食品加工、冶金、化工、饲料加 工等行业也越来越注重物料配比的精度和配料的控制速度，也就需要高精度高速度的智 能配料控制器来进行自动控制。我们设计的智能配料控制器也正是为了此目的。 在国际上，特别是在大型建筑工程建设中，要高质量高水平地完成建设任务，能 否迅速进行混凝土配制是建设的关键。同时，混凝土的质量也是不能忽视的关键问题。 因此，用户在选择承建公司时往往要看他们的建筑机械是否先进、是否能既快又好的保 2 塑型查兰塑! 兰些丝苎矍鐾墼型丝型墨塑婴型 证混凝土的配制。这是用户选择建设公司的条件之一。先进的设备是建设公司进行招投 标参与竞争不可缺少的资本。 1 1 2 对配料控制器的要求 目前，在各方面对配料控制器的要求逐渐趋向智能化、数字化。在智能化上要求仪 器能自动完成物料的称重、自动调校测量误差、自动进料和卸料、以及能够实现微机集 成控制，使操作人员坐在控制中心就可完成所有的工作，节省人力物力。在数字化上要 求信号的处理及传输向数字方向发展，目的是提高系统的抗干扰性和精确度，以保证系 统的稳定性和可靠性。基于这种趋向，我们进行研制了种用a t 8 9 c 5 2 控制中心的智能 配料控制器。 1 1 3 智能配料控制器的系统组成及工作特点 一、智能配料控制器的组成 智能配料控制器由五部分组成，如图1 1 1 所示。 压智单 爿显示 l 力能 8 2 7 9 传 变 卜、 片 电机驱动 器器机 图1 1 1 系统的结构及组成框图 从整体结构上讲，智能配料控制器主要由压力传感器，智能变送器，单片机控制中 心，显示和键盘、电机驱动等部分组成。 压力传感器实现了智能配料控制器的物料自动称量。此部分介绍了传感器的原理。 3 郑州人学坝l j 毕业论文 智能配料控制器的研制 智能变送器是采用a d 7 7 0 5 芯片设计的一种电平转换电路。智能变送器具有低通数 字滤波、5 0 h z 倍频陷波、a d 转换和把t t l 电平转换为r s 一2 3 2 电平的功能。 智能配料控制器的单片机的功能是接受变送器送过来的信号，经过单片机处理后， 去控制显示、电机驱动电路、以及与微机远距离串行通信。 8 2 7 9 是一种通用的可编程的键盘、显示器接口芯片，具有键盘输入和显示控制两种 功能。 键盘部分提供一种扫描工作方式，可与6 4 个按键的矩阵盘连接，自消抖动，自动 识别按下的键并给出编码，能对双键或n 键同时实行保护。 显示部分为l e d 提供了按扫描方式工作的显示接口。 二、智能配料控制器工作特点 智能配料控制器适用于混凝土配料机和其它配料的设备控制，能实现多种物料的任 意的配比。特别适用于多种物料混合配比的食品加工业、化工制造业、冶金业、建材业 及饲料加工业等。 本文介绍的智能配料控制器具有以下工作特点： 1 零点自动校准：为提高系统的精度和测量方便，设计了零点自动校准功能。 2 提前量自动修正：提前量即是指动态测量重量时，设定值与动态控制测量值之 阳j 存在的误差，为修正这种误差本文采用了一种新的算法，来自动修正误差。 3 配比由物料码盘任意设定：由物料码盘设定物料比例，使用起来更方便，简单。 4 全面数字调校及工作参数设置：工作参数和计量标定可任意人工设置和用标准 量具标定，这样可以提高系统的精度和可靠性。 5 显示计量自动配料一体化和远距离遥控配料控制。 6 系统精度高，性能稳定，功能齐全，操作简便。 7 可直接驱动多台5 5k w 以下电机或电磁阀。 8 配料方式有两种：手动和自动，可人工切换。 1 2 智能配料控制器的工作原理及各部分的功能 1 2 1 智能配料控制器的工作原理 在物料装入称量器时，称量器内装的称重传感器发出与物重相关的信号，控制系统 郑州1 人学坝i 毕业论文 智能配料控制器的研制 接收到传感器送出的信号后，再经控制器处理后控制驱动各相应电机动作，从而完成配 料过程“。工作原理框图如图1 1 1 所示。 当启动配料控制器后，给料机向配料称量器称斗连续加入物料，传感器所承受的重 量不断增加，与之成j 下比的传感器的输出电压通过变送器后以数字量送入单片机。单片 机将这一数值不断地与给定的配比值比较，当检测到的重量与相关的预定配比值相等时 ( 实现时必须考虑提前量) ，单片机立即给出关机信号，使给料机停止运行。当配方中 规定的各种原料依次配制完成后，单片机发出配料结束信号，配好的物料可被混合后， 送去进一步处理。 1 2 2智能配料控制器的各个部分功能 智能配料控制器主要由传感器、智能变送器、单片机控制中心、键盘显示和电机驱 动等组成。 传感器主要包括物料的称重感应元件，功能是把物体的重量转换成电信号。 智能变送器主要由电源、a d 7 7 0 5 、m a x 2 0 2 和抗干扰屏蔽罩等组成。功能是把传感器 传过来的微弱的模拟信号通过a d 7 7 0 5 数字滤波处理后放大，转换成数字信号，再由 m a x 2 0 2 把t t l 电平变为r s 一2 3 2 电平送出。其结构如图1 2 1 。 v 。i v 葩 v s l v 龀 r d r d o r s c l k 图1 2 1变送器结构图 单片机控制中心主要完成各项控制任务。此部分包括物料配比设置、误差自动调节 处理，用信号控制配料电机、卸料电机、配料键盘，显示等部分。完成整个配料控制 器信息采集处理、显示、控制等全部工作，是控制器的核心。 5 型! ：! ：! 叁兰些! ：兰些丝兰兰； 塑丝! ! 型丝型登堕竺! 型 在本文中，重点讨论智能变送器、单片机控制以及本系统采取的一些抗干扰、提高 系统稳定性的措旋。详细介绍了一种变送器电路和系统误差的处理方法分析。 1 3 智能配料控制器与传统配料方式的比较 智能配料控制器属于高精密仪器，自动化程度高，出现的配料误差小。与传统的人 工配料方式相比，使用智能配料控制器可以节省大量的人力物力，减少工人的劳动强度， 减少环境污染，提高生产效率和产品质量，提高现代管理水平。 智能配料控制器采用高性能的a d 7 7 0 5 转换器，提高了抗干扰能力和运算精度。可 减少重量的称量误差，采用一种用均方差剔除较大偶然误差的算法，使称量误差能自动 根据不同的物料的性能加以自动修正。还采用一种运距离遥控配料控制盒，可以使工人 远离危险的配料现场，实现遥控配料。 郑州人学坝j 毕业论文 智能配料控制器的研制 第二章智能变送器 2 1 物料自动称重的原理 2 1 1 压力传感器的工作原理 在压力传感器中一般应用较多的是把电阻应变片作为传感器的应变敏感元件，其转 换原理是根据导线的“应变电阻效应”“3 。由物理学可知，导线的电阻值r 与其长 度成正比，与其截面积a 成反比，与导线的电阻率p 成正比，用公式可表示为 r = pl a 若导线沿着轴线方向受力的作用而产生变形，则其电阻值也随之发生变化，这一效 应称为导线的“应变电阻效应”。 目前，应用最广的电阻应变片有两大类：金属电阻应变片和半导体应变片。 命属丝式应变片基本结构如图2 1 1 ( a ) 所示。 半导体应变片结构示意图，如图2 1 1 ( b ) 所示。 1 基片2 金属丝3 覆盖层4 引线 ( a ) 金属电阻应变片( 金属丝式) 9 1 54 i 人学顺i j 毕业论文 智能配料控制器的研制 12 3 4 1 胶膜衬底2 硅条3 内引线4 电极5 引出线 ( b ) 半导体应变片结构示意图 图2 1 1 电阻应变片结构示意图 电阻应变片的工作原理是：将应变片用粘合剂牢固地粘贴在测试物件表面上，当试 件受到外力作用时，将产生机械形变，应变片的敏感栅也随同变形，同时，应变片电阻 也发生相应的变化，测得应变片的电阻变化量r 后，根据应变片的电阻值r ，便可得 出电阻的相对变化量r r 。又己知k 值( k 为应变灵敏系数) ，则根据k 便可得到被测 试物件的应变值e 。 由应变和应力的关系，可得应力值o = e e 其中e 试件应变值o 试件的应力 e 试件材料的拉伸弹性模量 2 1 2 压力传感器构成的测重量的电路 根据电阻应变片的工作原理，它的作用是将机械应变转换为应变片的电阻变化。为 了精确地测出这个微小的电阻变化，一般采用电桥测量法“3 。 8 郑州人学坝i 毕业论文智能配料控制器的研制 + 5 g n d 图2 1 2测量的电桥电路 电桥四臂都接入同参数应变片，两个受压，两个受拉，由r 1r 2r 3r 4 构成全桥 差动电路。若满足a r i = 一a r 2 = 一a r 3 = a r 4 ，则在输出端的输出电压为 2 2 智能变送器 2 2 1 对于信号的采集常见的处理方法 1 、传感器安装在生产现场，用带屏蔽的电缆线将传感器信号送往几十米远的单片 机控制中心。这种方法最原始，最简单，但直接传送m v 信号，抗干扰性能差。 2 、在传感器附近安装信号调理电路，将传感器一次信号变为o - 1 0 v ，或4 - 2 0 m a 标准 信号送到控制中心。 3 、将信号调理电路与传感器一体化，将拉( 压) 力信号变为标准信号送至控制中 心。 在这几种处理方法中，信号传输均采用模拟信号，抗干扰性能较差，当有多个传感 器时，连线很复杂a 随着微电子技术的发展，数字信号传输应用愈来愈广泛，它具备抗 干扰性能强、线路连接方便等优点，下面将介绍一种基于s p i 总线的智能压力变送器。 郑”1 人学坝j 。毕业论文 智能配料控制器的研制 2 2 2 变送器的结构及功能 不。 变送器对外接口包括智能化仪表的接口信号线以及与传感器接口线，如图2 2 1 所 v d d g n d r d r d n r s c l k 图2 2 1 变送器对外接 在图2 2 i 中，与单片机a t 8 9 c 5 2 的连线为：v d d 为变送器的工作电源，输入范围 为8 1 5 v d c ，r d - 、r d o 、r s c l k 是s p i 接口总线。与传感器的连线为：v 。v 。为压力传 感器的电源线，v mv 。为传感器输出的微弱信号。 变送器安装在生产现场压力传感器附近，它接收传感器的输出信号，并进行转换， 通过s p i 接口，与单片机进行双向通讯。为实现上述功能，变送器应由如下部分组成：直 流电源部分、a d 转换部分、数字接口部分。图2 2 2 为变送器的组成原理框图： v d d g n d 图2 2 2 变送器的组成原理框图 r d l r 仉 r s c l k 塑型墨兰些! ：兰些堡兰 塑堂墼垫丝型墨塑堕型 一、直流电源 输入直流电压为8 v 1 5 v ，直接接7 8 0 5 ，可得到主电源5 v ，利用a d 5 8 9 可形成 1 2 3 5 v 的基准电压，3 v 的传感器供电直流电压由r e f l 9 3 产生，r e f l 9 3 输出电压3 v ， 输出电流可达3 0 m a ( 一般的压力传感器输入电阻为6 5 0 q ，利用该电流可驱动4 个以上 的桥传感器) ，该电压稳定，温度漂移为2 5 p p m 。 二、 信号调理及a d 转换器a d 7 7 0 5 对于被测弱电信号的放大及处理就是我们常说的信号调理电路，随着微电子技术和 系统集成技术的发展，把信号调理电路与a d 转换器集成为单芯片大规模集成电路已经 问世，美国a d 公司新近推出了带信号调理电路的1 6 位a d 转换器a d 7 7 0 5 ，它是应用于 低频测量的2 通道的模拟前端，该器件可以接受直接来自传感器的低电压输入信号，利 用芝一a 转换技术实现1 6 位无丢失代码并产生串行的数字输出。 2 2 3a d 7 7 0 5 芯片介绍 、a d 7 7 0 5 芯片的结构 如图2 2 3 所示为a d 7 7 0 5 的结构图，图2 2 4 为其外引脚图。 二、各引脚的功能 1 、s c l k ：串行时钟，施密特逻辑输入。将一个外部的串行时钟加于这个输入端口， 以访问a d 7 7 0 5 的串行数椐。该串行时钟是连续时钟以连续的脉冲串传送所有数椐。反 之，它也可以是非连续脉冲，将信息以小批型数据发送给a d 7 7 0 5 。 2 、m c l k i n ：为转换器提供主时钟信号。能以晶体谐振器或外部时钟的形式提供。 品体谐振器可以连接在m c l k i n 和m c l k o u t 二引脚之间。此外，m c l k i n 也可用c m o s 兼 容的时钟驱动，而m c l k o u t 不连接。时钟频率的范围为5 0 0 k h z 一5 m h z 。 3 、m c l k o u t ：当主时钟为晶体谐振器时，晶体谐振器被接在m c l k i n 和m c l k o u t 之 问。如果在m c l k i n 引脚处连接一个外部时钟，m c l k o u t 将提供一个反向时钟信号。这个 时钟可以用来为外部电路提供时钟源，且可以驱动一个c m o s 负载。如果用户不需要， m c i 。k o u t 可以通过时钟寄存器中的c l kd i s 位关掉。这样，器件不会在m c l k o u t 脚上驱 动电容负载而消耗不必要的功率。 4 、c s ：片选，低电平有效的逻辑输入，选择a d 7 7 0 5 。将该引脚接为低电平，a d 7 7 0 5 能以三线接口模式运行( 以s c l k ，d i n 和d o u t 与器件接口) 。在串行总线上带有多个器 郑州人学坝卜毕业论义智能配料控制嚣的研制 件的系统中，可有c s 对这些器件做出选择，或在与a d 7 7 0 5 通信时，c s 可作为帧同步 信号。 5 、r e s e t ：复位输入。低电平有效的输入，将器件的控制逻辑，接口逻辑，校准 系数，数字滤波器和模拟调制器复位至上电状态。 6 、a i n 2 ( + ) ：对于a d 7 7 0 5 ，差分模拟输入通道2 的正输入端； 7 、a i n l ( + ) ：对于a d 7 7 0 5 ，差分模拟输入通道1 的正输入端： 8 、a i n l ( 一) ：对于a 1 ) 7 7 0 5 ，差分模拟输入通道1 的负输入端： 9 、r e f i n ( + ) ：基准输入端。a d 7 7 0 5 差分基准输入的正输入端。基准输入是差分的， 并规定r e f i n ( + ) 必须大于r e f i n ( 一) 。r e f i n ( + ) 可以取v d d 和g n d 之间的任何值。 1 0 、r e f i n ( 一) ：基准输入端。a d 7 7 0 5 差分基准输入的负输入端。r e f i n ( 一) 可以取 v d d 和g n d 之间的任何值，切满足r e f ir l ( + ) 大于r e f i n ( 一) 。 l l 、a i n 2 ( 一) ：对于a d 7 7 0 5 ，差分输入模拟通道2 的负输入端； 1 2 、d r d y ：逻辑输出。这个输出端上的逻辑低电平表示可从a d 7 7 0 5 的数字寄存 器获取新的输出字，完成对一个完全的输出字的读操作后，d r d y 引脚立即回到高电平。 如果在两次输出更新之间，不发生数据读出，d r d y 将在下一次输出更新前时间返回高 电平。当d r d y 处于高电平时，不能进行读操作，以免数据寄存器中的数据正在被更新 时进行读操作。当数据被更新后，d r d y 又将返回到低电平。d r d y 也用来指示何时已 经完成片内的校准序列。 1 3 、d o u t ：串行数据输入端。从片内的输出移位寄存器读出的串行数据由此端输出。 根据通信寄存器中的寄存器选择位，移位寄存器可容纳来自通信寄存器，时钟寄存器或 数据寄存器的信息。 1 4 、d i n ：串行数据输入端。向片内的输入移位寄存器写入的串行数据由此端输入。 根据通信寄存器中的寄存器选择位，输入移位寄存器中的数据被传送到设置寄存器，时 钟寄存器或通信寄存器。 a d 7 7 0 5 内部还有八个寄存器可通过串行口存取。它们分别是设置寄存器( 决定标 定模式、增溢的大小、双极或单极操作、缓存模式) 、通信寄存器( 决定通道选择、读 或写、寄存器的选择) 。另外还有时钟的设置、数据、测试、偏移、增溢等寄存器。 郫州人举颀i 毕照论文 智能配料控制器豹研制 蚕2 2 3a d t ? 0 5 功麓缡稳鬻 s k m c l k i 。 艇e l k t c s r e s e t a l n 2 ( + ) a i n i ( + ) a i n i ( 一) l 2 5 6 7 圭s 1 5 圭莲 a d 7 7 0 5 1 1 2 3 王l l o 9 霉嚣d - y d d 蚤l 嚣 d o u t d r d ￥ a i n 2 ：) r e f i 。( ) r e f i 。( + ) 图2 2 4a d 7 7 0 5 外引脚图 兰、a d 7 7 0 5 有黻下死个特点 i 、2 个全差分输入通道a m ，其骞1 6 僮纛丢失钱蕊雾0 0 0 3 蔼# 线毪误差。 2 、与a t 8 9 c 5 2 的接口为串行的三线接口模式。 3 、两编稳增益i 1 2 8 ，信号极性懿及更新速率酴置有工作寄存器，通过对寄存器 搽侮可以选撵筹。 1 3 堑型叁兰竺l ：兰些笙苎塑堂墼整丝型矍堕型型 4 、器件还包括自标定和系统校准功能，以消除器件本身或系统的增益和编程误差。 5 、内带数字信号处理电路，具有低通滤波( l p f ) 和陷波功能( b e f ) ，通过片内控 制寄存器可调节滤波器的截止频率和输出更新率，从而选择第一个陷波频率点。 四、a d 7 7 0 5 的数据接口 a b 7 7 0 5 的数据接口采用了s p i 接口标准。利用4 根线可完成主从之间的数据通讯。 这4 根线为：时钟线( s c l k ) ，数据输入线( s d i ) ，数据输出线( s d o ) ，片选线( c s ) 。当a d 7 7 0 5 作为唯一的s p i 总线系统从机时，c s 可以接地。芯片的主电源为5 v ，其信号线为t t l r 乜平0 5 v ，在远距离传输时，将t t l 电平转换为r s 一2 3 2 电平( 1 2 电平) 可以增加 信号口传输距离和抗干扰性能。电平的转换由m a x 2 0 2 来完成。 五、电平转换接口 电平转换接口采用了m a x 2 0 2 ，它只用单5 v 电源，内带电源提升泵。最高传输速率 为2 3 0 k b p s 。利用该芯片可实现t t l 电平与r s 2 3 2 电平之间的转换。 由图2 2 2 中可知：变送器输入信号有r d 。、r s c l k ，r d 。、r s c l k 作为r s 一2 3 2 电 平信号输入至m a x 2 0 2 的输入端r i i 、r 2 i ，转换为t t l 电平后接h d 7 7 0 5 的d i n 和s c l k 。 a d 7 7 0 5 的d o u t 作为t t l 电平接m a x 2 0 2 的t i i ，从t i o 输出的信号r d o u t 为r s 一2 3 2 电 平。 2 2 4 m a x 2 0 2 芯片介绍 m a x 2 0 2 是r s 一2 3 2 电平转换器。具有e s d ( e l e c t r o s t a t i cd i s c h a r g e ) 静电防护功能， 可抵抗+ 一1 5 k v 的静电冲击。内部有两个驱动器和接收器，1 2 0 k b p s 数据传输速率。1 。其 外引脚图和典型的工作电路如图2 2 5 所示。 m a x 2 0 2 各引脚功能： c i + 、c l 一j 下电压提升泵的电容接入端。 v + 由电压提升泵产生+ 2 v 。的电压。 c 2 + 、c 2 负电压提升泵的电容接入端。 v 由电压提升泵产生一2 v 。的电压。 n ”、t 2 m t t l 驱动器输出。 r lmr 2 t 一r s 一2 3 2 接受器输入。 r 1 mr 、r 2 m r s 一2 3 2 接受器输出。 部镶久学鞭 ：擎监论文餐麓醮鞋控$ l 器熬辑潮 t l 。t 2 ，。t t l 驱动器输入。 v e e 一+ 4 。5 v 5 。s ￥毫漾输入臻。 c 1 十 v + c l c 2 + c 2 一 v ? 2 。t r 2 i 。 姒x 2 0 2 v c c g n d t l 。t r 1 i 且 r l 。t t l i 。 t 2 i 。 r 2 。t ( a ) 擞x 2 0 2 辨爱脚图 + 巍辕入 ( b ) n a x 2 0 2 典型工作圈 鞠2 ，2 5 i a x 2 0 2 矫弓i 脚圈和典型的工作电路 郑州1 人学坝l 。毕业论文 智能配料控制器的研制 2 2 5 变送器的应用 一、 变送器与传感器的接i = 1 变送器既可以与单个传感器接口，也可以与多个传感器接口。当与多个传感器接口 时( 如斗式称，一般用3 个拉力传感器) ，传感器并联使用。系统中变送器只与单个传感 _ ； ： 相接。 二、变送器与微控制器( a t 8 9 c 5 2 ) 的接口 在系统里，a t 8 9 c 5 2 只与一个变送器接口，置a d 7 7 0 5 的片选引脚西接地， j e a d 7 7 0 5 常有效。 三、变送器的数字滤波功能 a d 7 7 0 5 内部有数字滤波功能，具有低通滤波和陷波滤波功能。a d 7 7 0 5 的转换速率 是可编程设定的，如果设其转换速率为5 0 h z 时( 每秒数据更新5 0 次) ，低通滤波的高 频截止频率为f h = 1 3 1 h z ( 一3 d b ) ，同时对5 0 h z 及其倍频均有陷波功能，陷波深度比 较深，这样有效的抑制了工频干扰。a d 7 7 0 5 数字滤波的频率响应如图2 2 3 。 增益 一2 0 一4 0 b o 一日。 一l o o 一1 2 0 1 4 0 l b a 一1 日。 一2 0 0 一2 2 d 一2 4 0 0 5 01 0 01 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0频率 图2 2 3 a d 7 7 0 5 数字滤波器频率响应 如州人学倾i 。毕业论文 智能配料控制器的研制 第三章智能配料控制器控制系统 3 1智能配料控制器控制系统的概述 智能配料控制器的控制系统是由a t 8 9 c 5 2 单片机构成的控制中心，在整个系统中占 有重要的地位。要完成自动配料的整个过程，a t 8 9 c 5 2 单片机必须首先接受由a d 7 7 0 5 模数转换器转换的数字信号，再把此信号与已设定好的配料比相比较，达到要求的值， 则说明物料已配好，应立即停止加料。一直到所有物料均已配齐，单片机a t 8 9 c 5 2 会发 出个物料已配好的指示信号，表示可以卸料。 3 2 控制系统的最小系统的组成 智能配料控制器的控制系统，一共有五个部分：外围电路、键盘、显示、电机控制 驱动电路等。下面详细介绍各个部分的组成和功能。1 。 3 2 1 a t 8 9 c 5 2 单片机的结构和特点 a t 8 9 c 5 2 单片机在系统中起着关键的作用，物料的自动配比过程均由单片机控制。 这早首先介绍一下a t 8 9 c 5 2 的结构和功能“。a t 8 9 c 5 2 单片机与m c s 一8 0 c 5 1 单片机兼容， 含8 0 c 5 2 内核：片内有8 k b ，在系统中可重新编程的f l a s h 程序存储器；可擦写1 0 0 0 次以上；全静态逻辑工作频率范围为o - 一2 4 m h z ：三级程序加密；2 5 6 字节片内r a m ；3 2 个可编程i o 端；三个1 6 位定时计数器；6 个中断矢量，允许8 个中断源；一个全双 工串行口。 a t 8 9 c 5 2 单片机内部结构框图如图3 2 1 所示： 郏f 人学倾i j 毕业论文 智能配料控制器的研制 p j o 一一p l 7 p 3 o - 一一p 37 图3 2 1 单片机内部结构 a t 8 9 c 5 2 的引脚图如图3 2 2 所示： 1 8 郏，i ，j 人学f ! i ；ji j 毕业论立 智能配料控制器的研制 图3 2 2a t 8 9 c 5 2 的引脚图 a 1 、8 9 c 5 2 在功能上比a t 8 9 c 5 1 单片机又增加了几个新功能： ( 1 ) 两个引脚扩展为多功能口线 p 1 o 新增加两个功能。 除原有的i o 功能外，第2 功能是作为t i m e r 2 的外部定 时计数脉冲输入端t 2 ，该引脚的第三功能是可以作为可编程时钟发生器的输出端。 p 1 1 引脚的第二、三功能是触发t 2 的陷阱方式和计数方向的外部控制端( t 2 e n ) 。 ( 2 ) t 2 的特殊功能寄存器 t i m e 2 控制寄存器t 2 c o n ( o c 8 h ) 如图3 2 4 所示： 图3 2 3 t i m e 2 控制寄存器t 2 c o n o 2 3 4 5 6 7 0 l 2 3 4 5 6 7 三! m ；兰m 删 刚眦灿m兰m兰|m 一一主-一一耵肝。 郑州人学坝i 。毕业论文 智能配料控制器的研制 7 f f 2 ( t 2 c o n 7 ) 一t i m e r 2 溢出标志位，由t i m e r 2 溢出时置位且必须由软件复位。 当r c l k = 1 或者t c l k = l 时t f 2 不会被置位。 e x f 2 ( t 2 c o n 6 ) t i m e r 2 外部标志位，当由于t 2 e x m 负跳变和e x e n 2 = l 引起“陷 井”或“重新加载”时该位被置位。当t i m e r 2 中断使能时，e x f 2 = l 将使c p u 进入t i m e r 2 中断程序。e x f 2 必须由软件复位。e x f 2 在加减计数器模式( d c e n = i ) 中不会引起中断。 r c l k ( t 2 c o n 5 ) 一接收时钟使能位。当置位时，使串行口利用t i m e r 2 溢出脉冲作 为它在方式1 和方式3 时的接收时钟。r c l k = o 时t i m e r l 溢出脉冲被用作串行口接收时 钟。当t i m e r 2 不被用作波特率发生器时，该位当置o 。 e x e n 2 ( t 2 c o n 3 ) t i m e r 2 外部使能位。当置位时，若t i m e r 2 不是用作串行口时 钟，则允许t 2 e n 的负跳变引起陷阱或重新加载。e x e n 2 = o 将使t i m e r 2 不理睬t 2 e x 的变 化。 t r 2 ( t 2 c o n 2 ) t i m e r 2 的启动停止控制位。t r 2 = i 启动t i m e r 2 ：t r 2 = o 停止t i m e r 2 。 c t 驭t 2 c o n 1 ) 一定时器或计数器选择位。c t 2 = i 时，t i m e r 2 作为外部事件( 下 降沿触发计数器) ；c t 2 = o 时，t i m e r 2 作为定时器( 内部机器周期计数器) 。 c p r l 2 ( t 2 c o n 0 ) 一陷阱重新加载选择位。此位为l 时，若e x e n 2 = i ，则陷阱将 随t 2 e n 的负跳变而发生；此位为o 时，若e x e n 2 = i ，则自动重新加载将随t i m e r 2 的溢 出或q 2 e x 的负跳变而发生。当r c l k ：i 或t c l k = i 时，这一位被忽略并且t i m e r 2 将随自 身溢出被强制进入自动重新加载方式。 t i m e r 2 工作方式寄存器t 2 m o d ( o c g h ) ： m s b l s b t 2 0 e - - t i m e r 2 输出使能端 d c e n 一当该位置1 时，允许t i m e r 2 被用作j j i 减计数器。 另外，a t 8 9 c 5 2 在工作模式上增加了几种，如t i m e r 2 的陷阱工作模式，1 6 位的自 动重加载工作模式等，均使a t 8 9 c 5 2 使用起来更加灵活方便。 3 2 2 控制系统的最小系统的设计 其原理框图如3 2 4 所示。 郑州人学坝l ：毕业论文 智能配料控制器的研制 墨堡皇竺l 智 刁 传能 8 9 c 5 2 感变 器送 s z z 。酵剥 器 = o 并口8 1 5 5 t = t 中间继电i 图3 2 4 智能配料器控制部分框图 控制系统以a t 8 9 c 5 2 单片机为核心，包括单片机外围电路、键盘、显示、电机驱动 电路等部分。 单片机外围电路部分功能如下： 复位电路：用于单片机在异常情况下的重新启动。 7 4 l s 3 7 3 ：三态输出8 d 触发器，用于地址锁存。 7 4 1 。s 1 3 8 ：3 8 线译码器，用于地址译码1 。 2 8 6 4 ：e e p r o m 器件，存储器用于存放用户的设置及一些可变参数“。 8 1 5 5 ：可编程并行i o 扩展接口，输出控制信号，通过光电耦合器隔离强电与弱电 部分，再接中间继电器去控制交流接触器，并进一步控制电机工作。 3 2 3 复位电路 为确保系统的稳定可靠运行，复位电路是必不可少的部分。复位的第一功能是上电 复位。+ 般单片机工作需要供电电源为5 v 左右，即4 7 5 v 5 2 5 v 又与单片机电路是时 序数字电路，需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当7 c c 超过4 7 5 v 以及晶 振稳定工作时，复位信号撤销，单片机开始工作。 单片机在运行中受到干扰后，容易出现程序“跑飞”的现象，甚至于死机。此时 复位信号有效，是单片机重新恢复正常运行。这种监视单片机运行的电路叫看门狗电路。 m a x i m 公司生产的m a x 7 0 6 芯片就具有看门狗的功能，其一典型的工作电路如图3 2 5 所示。 郑州1 人学颂 j 毕业论义 智能配料控制器的研制 图3 2 5m a x 7 0 6 看门狗电路 这个电路本身具有上电复位功能和看门狗的功能，在程序执行j 下常时，每1 6 秒 发f “一个负脉冲，r e s e t 不会有效。如出现程序跑飞盲目运行时，在1 6 秒内无负脉冲， r e s e t 信号有效。 3 3 控制系统与智能变送器的接口 其接口电路如图3 2 6 所示 图3 2 6 变送器于8 9 c 5 2 接口电路 变送器采用的是s p i 总线接口，因此a t 8 9 c 5 2 只需要三位i o 口线与其相联，即可 进行串行数据的通信。r d ，是变送器接受单片机的命令，r d 。是变送器向单片机送数据。 r s c i 。k 是时钟控制线。 郏州1 人学坝i 毕业论文 智能配料控制器的研制 3 4 控制系统与键盘显示接口 利用8 2 7 9 键盘显示控制器，既减轻了单片机的负担，也简化了监控程序，同时也 使得键盘和七段l e d 显示部件工作稳定“。为使显示器亮度较高的情况下能清晰显示， 采用了高亮度的七段l e d ，并用s n 7 5 4 9 2 芯片驱动3 。s n 7 5 4 9 2 是一片与t t l 电路兼容 的接口集成电路，输入可直接与m o s 电路连接。一片s n 7 5 4 9 2 有6 个反向驱动器，每个 反向驱动器实际上是一个带输入电阻的达林顿管，有很强的电流增益，低电平输出驱动 电流可达2 5 0 m a “。 3 5a t 8 9 c 5 2 串行通信 为了使配料操作起来更方便，本控制器中的数据采集和控制中心还可通过单片机的 串行接口联接在一起，从而实现远离现场的自动控制。a t 8 9 c 5 2 内有一个可编程的全双 工的串行通信接口，具有v a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v