（电气工程专业论文）中文系统定量包装控制器设计与研究.pdf

r e s e a r c ho nt h ea u t o m a t i cc o n s t - w e i g h tp a c k i n gm a c h i n e w i t hc h i n e s es y s t e m a b s t r a c t d e s i g na n dr e s e a r c ho nt h ea u t o m a t i cc o n s t - w e i g h tp a c k i n gf o rt h es o i l d e t e r m i n a t i o na n dp r e s c r i p t i o nf e r t i l i z a t i o n t h ed i r e c t i o no ft h ep r o d u c t i o ne s i g ni s r a t i o np a c k i n gi nt h ep r o d u c t i o nc | o u r s co ft h es o i ld e t e r m i n a t i o na n dp r e s c r i p t i o n f e r t i l i z a t i o n ；o t h e r w i s e ，i tc a nf i n da p p l i c a t i o nf o rt h ef e r t i l i z a t i o n ，f e e d s t u f fa n d c e r e a l sa n do i l se t c t h i si t e mc a nr e , d u c et h ec o s to fp r o d u c t i o n ，b o o s tt h ee f f i c i e n c y o ft h ep r o d u c t i o n t h ed e s i g no fc i r c u i ta d o p tt h eh i g hp r e c i s i o na m p l i f i e ra n d2 4b i ta d c o n v e r t o r , i n s u r et h ev e r a c i t y ，s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fe q u i p m e n t t h ei n s t r u m e n t a d o p tt h ec u r r e n c yd e s i g n i ti n t e g r a t i o nt h ef u n c t i o no ff l u xw e i g h i n g ，a u t o m a t i c c o n s t - w e i g h tp a c k i n ga n db a t c hw e i g h i n g ，t h ef u n c t i o no fm e n uc a nb es e l e c tb y b o x l i s t t h es e t t i n go ff u n c t i o na d o p tt h eh a b i to fc h i n e s e t h es y s t e mc a nb eu s e db y c h i n e s eb o x l i s tm e n u t h ek e y b o a r do fp a n e li sc o n c i s i o na n dc o n v e n i e n c eb yu s eo f c h i n e s es i g n a u t o m a t i cc o n s t - w e i g h tp a c k i n gf o rt h es o i ld e t e r m i n a t i o na n dp r e s c r i p t i o n f e r t i l i z a t i o n ，i ti s t h ei n s t r u m e n to fw e i g h i n gc o n t r o l ，p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r , a u t o m a t i cc a l i b r a t i o n ，2 4l i n ep o w e ro u t p u tc o n t r 0 1 i tc a nb eu s e dt oi m p l e m e n tf l u x w e i g h i n g ，a u t o m a t i cc o n s t - w e i g h tp a c k i n g ，d e p l yf e e dw e i g h i n ga n ds oo n w ec o o p e r a t ew i t hh e f e iy o u t ea u t o m a t i o ne q u i p m e n tc o ，l t d t h e i n s t r u m e n ti sp r o v e db o o s tt h ee f f i c i e n c yo ft h ep r o d u c t i o nt h r o u g hw o r k i n gi nt h e l u j i a n gc o r po fh u i s h a n gg r o u p w eo p t i m i z et h es o f t w a r et os o l v et h ec o n f l i c to f s p e e da n dp r e c i s i o n k e y w o r d s ：p r e s c r i p t i o nf e r t i l i z a t i o n ： s t r a i ng a u g el o a dc e l l ；c a nb u s ； c h i n e s el c ds c r e e n 插图清单 图2 1自动控制时序流程7 图2 2 总体设计方案j 。12 图3 1 称重控制器原理框图1 4 图3 2s t c 8 9 c 5 8 r d 内部结构图15 图3 3k e i li ，t v i s i o n 开发界面l6 图3 4 下载软件s t c i s p 开发界面1 7 图3 5 微处理器线路图一18 图3 - 6 实时时钟线路图1 9 图3 7 应变片桥式测量电路2 1 图3 8i n a l 2 8 内部原理图2 3 图3 - 9i n a l 2 8 电路连接图。2 4 图3 1 0a d s l 2 1 1 内部原理框图2 5 图3 1 1 a d s l 2 11 电路连接图2 6 图3 1 2眦7 2 3 0 g 内部原理框图2 7 图3 1 3t l e 7 2 3 0 g 电路连接图2 8 图3 1 4 键盘接口电路2 9 图3 15t c p 口接口电路一2 9 图3 1 6 串口接口电路一3 0 图3 1 7c a n 总线接口电路3 2 图4 1系统菜单图_ ：3 4 图4 2 主程序模块流程图3 5 图4 3 键盘模块流程图一3 6 图4 4 称重过程控制流程图一3 8 图4 5中断子程序模块流程图3 9 图5 1实验系统接线图4 3 图6 1程序调试过程中的定量包装控制器4 8 图6 2控制器程序调试4 8 图6 3 成品机程序烧写4 9 图6 4控制器试验装置4 9 图6 5 控制器试验过程5 0 表格清单 表3 1m a x 7 0 8 引脚功能1 9 表5 1 各级菜单关系表4 4 表5 2 系统配置菜单4 4 表5 3 系统菜单设置4 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得盒胆王些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒8 巴王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金鲤王些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 轹谰文乏 签字日期：- i 广月沙日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 圣 签字日期：驴湃厂月卅日 电话： 邮编： w 厂 年 陟d 期字签 劣文 r、，一 象彳、缘f 者作文论位学 致谢 本文从课题确定、总体把握、项目实施到论文撰写都是在导师王建平 教授的精心指导下进行的。王老师在学术科研上有着自己独到精辟的见解和领 悟力，思维严谨开阔；在教书育人上作风严谨、一丝不苟，王老师渊博的知识、 优秀的组织和解决问题的能力、严谨的治学态度、乐观豁达的人生观以及 对学术的敏锐洞察力成为我以后学习的典范。在此谨向给予我巨大帮助的王 建平教授表示最诚挚的谢意。 在实验和论文完成期间，与合肥友特包装公司合作，得到了张明总经 理和其他相关高级工程师的具体指导。对他们广博的辛勤工作、一丝不苟 是的科研作风、巧妙解决问题的能力给我留下了深刻的印象，并致以感谢。 论文期间，还得到了安徽农业大学电子研究所同事的帮助和协作。同 时也并表示感谢。 谨此，还向百忙之中评审论文的各位表示谢意。 周文生 2 0 0 8 年4 月 第一章绪论 1 1 定量包装控制器市场分析和趋势 中国加入w t o 后，市场经济得到飞速发展，粮油、食品、化工、药品等行业 都得到迅速的发展。为了能提高生产效能，降低生产成本，计量、定量包装、重 量检测的工业自动化需求越来越迫切。目前，各种称重设备都在向自动化、通用 型、高精度型、个性化方向发展，以满足客户需求。 电子称重技术是集机械、电子、材料、信息、管理为一体的综合技术，是一项 系统工程。长期以来，各工业发达国家都把电子称重技术的研究及应用提高到电子 称重设备制造工程的高度来认识。它们不约而同地将研究开发的重点从单纯的称 重转移到生产过程的称重系统和自动控制领域，使称重计量的内涵不断扩展，由狭 义到广义，由单项到系统，新型的现代称重计量概念已脱颖而出，一跃成为当代世界 瞩目的技术与行业。 定量包装控制器是电子衡器的重要基础部件，它直接影响电子衡器及电子称 重系统的功能和性能，反映了称重计量的计术水平。可以说称重显示控制器是基 于称重计量自动化和电子称重控制器快速发展的促进和牵引，随着电子技术和计 算机技术的进步而发展起来的。随着科学技术的发展，许多高新技术如微电子技术、 计算机技术、传感器技术和信息技术等渗入到称重计量领域，特别是微处理技术的 普及，新机理、新结构的接触式和非接触式高精度位移、速度、加速度传感器的问 世，为在称重理论的研究中，用工程动力学来代替工程静力学解决动态质量测量 问题创造了条件。称重显示控制器是科研成果转化为商品的重要桥梁，是企业强化 竞争力，提高经济效益的主要手段。特别是当前市场日趋国际化的情况下，采用高新 技术正起着越来越重要的作用。 1 2 国内外有关的研究与发展趋势 1 2 1 国内外研究动态 ( 1 ) 国外研究概况 电子称重技术是集机械、电子、材料、信息、管理为一体的综合技术，是一项 系统工程。长期以来，各工业发达国家都把电子称重技术的研究及应用提高到电子 称重设备制造工程的高度来认识。它们不约而同地将研究开发的重点从单纯的称 重转移到生产过程的称重系统和自动控制领域，使称重计量的内涵不断扩展，由狭 义到广义，由单项到系统，新型的现代称重计量概念已脱颖而出，一跃成为当代世界 瞩目的技术与行业。 美国、法国、日本、和意大利是世界上包装机械四大出口国，同时也是电子称 重设备的主要出口国，它们各自的年出口额与我国衡器工业的年总产值相当其原 因主要是这些国家在这些电子称重系统和电子称重控制器产品的研究、设计、生 产和检测中，不断纳入现代高新技术，特别是现代制造技术和工艺技术。 目前，世界上称重控制器生产的较先进的有瑞士的布勒公司，意大利的博高 马公司及美国的梅特勒托利多公司。 ( 2 ) 国内研究动态 5 0 年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。6 0 年代初期出现机 电结合式电子称重控制器以来，经过4 0 多年的不断改进与完善，我国电子称重控 制器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子称重控 制器的技术装备和检测试验手段基本达到国际9 0 年代中期的水平。电子称重控制 器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计 量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展， 特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而言，我国电子称重控制 器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工 艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、 功能不全、稳定性和可靠性较差等。我国的动态称重仪表与国外同类产品有一定 的差距，尤其在动态稳定性上差距还很大，需要我国企业努力改变这一现状。 目前，国内称重控制器生产的较先进的有深圳杰曼公司、浙江余姚太平洋 自控工程有限公司、南京格元电力自动化设备有限公司、常州蔓斯曲朗数字称重 设备系统有限公司( 原常州衡器有限公司) 等。 1 2 2 本设计的定量包装控制器的技术优势 作为称重设备的核心一定量包装控制器，目前市场上种类也很繁多，但多 为传统的简易、单一的控制结构，基本上只能满足单一称重功能的需要，它们普 遍存在以下不足之处： 1 功能单一，一种控制器仅能控制某一种类型的称重设备； 2 操作时的人机交互界面大多停留在使用字段、字符或英文字母数码管显示， 使用、操作都不直观、不方便； 3 面板按键操作及功能设置多采用字母代码式表示，操作繁琐、复杂； 4 羌法显示中文字符类信息； 5 控制部分采用继电器控制外部电磁阀，造成控制器占用空间大，对安装、 信号连接、设备布线都带来不便； 市场上还有许多国外厂商生产的称重控制器，这些产品虽然将各种称重要求 集成于一体，但对于国内用户有以下不便： 1 英文操作界面，不便于中国用户使用： 2 操作模式、功能设置不符合中国人的习惯；多数用数码管等字段显示器件； 3 多数单机运行，同计算机上位机的通讯功能弱。 4 内部功能固定，不便于扩充、升级。 5 价格昂贵，势必提高整体称重设备的造价。 2 本次研制的产品解决了目前市场上同类产品中存在的不足，在功能、技术和 市场定位上，突破了同类产品的简易合成的范围。主要解决了以下问题： 1 采用高精度运算放大电路和2 4 位模拟数字转换器，保证称重设备的准确性、 稳定性及可靠性； 2 采用通用型设计，将流量秤、定量包装秤、配料秤等称重设备的功能集成 为一体，通过菜单可自由选择、切换； 3 功能设置根据中国人的习惯、喜好，采用中文下拉式菜单来引导用户操作本 系统，让用户真正地感受到产品带来的方便和人性化，真正做到以人为本的产品 理念： 4 可以多机之间进行通讯，并协同共同完成同一工作；可以通过互联网传送指 令，完成相关的任务。 5 功率输出控制部分突破了传统继电器控制模式。使用先进的低下降沿功率控 制芯片代替传统的继电器，不但有效地缩减了产品体积，且大大提升了产品安全 性、可靠性。 1 。3 论文研究的主要内容和前景 称重定量包装控制器是电子衡器的重要基础部件，它直接影响电子衡器及电子 称重系统的功能和性能，反映了称重计量的计术水平。可以说称重定量包装控制 器是基于称重计量自动化和电子称重控制器快速发展的促进和牵引，随着电子技 术和计算机技术的进步而发展起来的。随着科学技术的发展，许多高新技术如微电 子技术、计算机技术、传感器技术和信息技术等渗入到称重计量领域，特别是微处 理技术的普及，新机理、新结构的接触式和非接触式高精度位移、速度、加速度传 感器的问世，为在称重理论的研究中，用工程动力学来代替工程静力学解决动态 质量测量问题创造了条件。称重定量包装控制器是科研成果转化为商品的重要桥 梁，是企业强化竞争力，提高经济效益的主要手段。特别是当前市场日趋国际化的情 况下，采用高新技术正起着越来越重要的作用。 土壤肥料工作是农业技术推广工作的重要组成部分，在安徽农业大学今年准 备立项的测土配方施肥生产设备科技项目中，需要研制相应配套的定量包装控制 器设备。本项目因此而进行了立项研制工作。本产品设计的方向，主要用于测土 配方肥料的生产中的自动定量包装，也可推广应用在化肥、饲料、粮油等行业等 行业的产品定量称重包装，可以极大提高生产效能，降低生产成本。 3 第二章中文系统定量包装控制器总体设计 2 1 中文系统定量包装控制器设计目标与原则 2 1 1 中文系统定量包装控制器设计原则 从系统设计上，要求提供精度高、稳定、可靠、实时性强的定量包装控制器， 并具有较强的扩展能力和升级能力。 ( 1 ) 稳定性和可靠性：稳定和可靠是系统的首要前提。在系统方案设计，设 备选型。产品研发以及操作使用中，都要优先考虑提供稳定可靠的技术条件。 ( 2 ) 标准性和规范性：采用国际、国家及行业标准，系统设计规范化，软件 编制规范化，硬件选型规范化，产品规格规范化。 ( 3 ) 实用性和先进性：采用的技术及产品，都具有先进、成熟、稳定、可靠、 实用的特点。技术和产品遵循开放性原则，采用符合标准的产品，具有灵活方便 的连接及升级方案。 ( 4 ) 可维护性和可扩展性：系统的总体结构合理，容量适度，扩展灵活，亦 即系统外设配置可灵活增加，系统规模便于扩大，易于同相关产品互连。 ( 5 ) 经济性：系统平台配置合理，具有良好的性能价格比。 2 1 2 中文系统定量包装控制器功能要求 2 1 2 1 具有的功能： 具有将流量秤、定量包装秤、配料秤等称重设备的功能集成为一体，通过菜 单可自由选择、切换；功能设置根据中国人的习惯、喜好，采用中文下拉式菜单 来引导用户操作本系统，让用户真正地感受到产品带来的方便和人性化，真正做 到以人为本的产品理念；可以多机之间进行通讯，并协同共同完成同一工作；可 以通过互联网传送指令，完成相关的任务。 l 、中文系统定量包装控制器主控制模块中应包含有： ( 1 ) 2 3 2 4 8 5 接口 ( 2 ) t c p 口和c a n 接口： ( 3 ) 开关键盘接口； ( 4 ) 电磁阀输出接口； ( 5 ) 传感器输入接口； ( 6 ) 外接电源接口，包括2 4 伏外接电磁阀电源接口； ( 7 ) 信号处理电路； ( 8 ) 中央处理器m c u 芯片、程序存储器、数据存储器； ( 9 ) 精准基准电源电路。 4 2 、键盘操作功能应具有： ( 1 ) o 一8 键范围：可设置键盘按键数量，从0 至8 自由定义设定：， ( 2 ) 键值对应的功能：可定义每个键值功能，可撤消定义的键值功能。 ( 3 ) 键盘操作：“短按”、“长按”、j 奎击”都能够进行判断。并可根据“连击”、 “短按”、“长按”操作来设定键值功能。 3 、数据通信功能 模块中固化有标准通信协议格式，可调用，可自定义协议。 ( 1 ) 1 2 c ：双向通信，中断查询，自定义通信协议，自定义通信速率 3 0 0 b p s - - - 10 0 k b p s ； ( 2 ) r s 2 3 2 4 8 5 ：双向通信，中断查询，自定义通信协议，自定义通信速率 2 4 0 0 b p s - - 9 6 0 0 k b p s ； ( 3 ) t c p i p ：中断查询，符合标准自适应端对端控制协议。 ( 4 ) c a n ：中断查询，c a n 2 0 协议格式，自定义通信协议。 4 、功能特点： ( 1 ) 1 6 路开关量输入输出( 8 入8 出) ( 2 ) 全自动快、慢加料控制 ( 3 ) 可编程定时器用于过程时间控制 ( 4 ) 自动落差修正功能，自动零位跟踪功能 ( 5 ) 过冲检测及抑制功能 ( 6 ) 液晶屏全中文、人性化菜单显示和标定及工作参数设置 ( 7 ) 具有r s 2 3 2 通用串行输出接e l 功能，可方便地与计算机通讯 2 1 2 2 电磁兼容、抗振、环境温度适应性、可靠性、使用寿命 由于产品安装在化工，肥料等包装生产基地，工作环境相当恶劣。为了保 证仪表的正常使用，在预期寿命内( 五年) 能够安全、正常使用，保修期故障 率小于3 ，达到优质电气产品的质量要求，开发的相关电路必须考虑电磁兼容、 抗振性能、环境温度适应性。 本仪表工作时不能对周围的电器产生高频、脉冲干扰。 能够屏蔽外界的高频电磁场的干扰。 能够在工业电源干扰严重的情况下可靠工作。环境温度在1 0 5 0 c 范围内 应可靠工作。 能够满足客户连续3 天2 4 小时工作的使用要求。恶劣情况下，应不致损坏 功能模块。 满足工业产品的可靠性设计要求。产品设计的使用寿命应大于5 年。 5 2 2 中文系统定量包装控制器的组成 2 2 1 技术方案 称重控制器主要由液晶显示器模组、功率输出控制、模拟数字转换、电源转 换、微处理器控制、数据通讯等部分组成，可以完成设备称重，实时显示、实时 控制、系统实时调整，用户可以充分享受自动化带来的便捷。 根据调查研究，产品采用了合理的技术方案，保证技术的领先。在系统中集 成了面板按键控制、液晶显示、称重类型切换控制以及菜单界面生成等电路单元， 其核心部分为模拟数字转换电路部分、中央控制部分和功率输出部分。 2 。2 2 主机的工作流程 1 通电开机后，系统根据上次用户设定的状态值确定秤的类型、称重要求等； 2 系统程序复位，同时对设备自动清零，去除设备皮重； 3 若是第一次操作该称重设备，或者为了校准设备重量，则需要对系统进行 标定。在传感器上悬挂标准重量砝码( 根据称重传感器的大小来确定砝码重量) ， 对设备进行标定： 4 称重状态下，从称重传感器传过来的微弱数据信息首先经过前置放大后； 5 经前置放大后的信号再传递至模拟数字转换芯片进行处理，将传感器的称 重模拟信号转换成数字信号； 6 已转化为数字信号的称重信息传递给微处理器，经微处理器处理、分析， 再将所得的称重信息转换成字符、文字或图形后以送给液晶显示模组部分； 7 液晶显示模组部分得到显示信号和显示命令后，显示出称重相关信息； 8 同时，微处理器将称重信息与用户设定的额定值、称重精度、正负误差范 围等进行比较、判断，将需要调整的信息发送给功率输出控制单元； 9 由功率输出控制芯片来调整称重控制器外围的各个电磁阀的通断电时间，完 成系统称重的自动调整，确保称重准确性； 1 0 在下一次称重时，系统就开始执行自动调整的结果，控制系统各电磁阀的 通断电时间； 1 1 用户操作操作本系统，在按下面板上的“设定”键，系统进入菜单设置状态， 菜单采用全中文下拉分级式设计，用户通过面板的“+ 、“一”、“一”、“卜”键即可 轻松完成各项功能的设定； 2 2 3 自动控制过程流程 w z 2 6 0 1 在自动控制状态下能够自动控制快、中、慢喂料，卸料的全部过程， 自动控制时序如下图： 6 l o 一一一一、一 一 险l l _ 积 ll l 差： j；ii ； 。0 ； m0 一 一二x ； t l + t 2 飞f 髟。 。嗍o i 训i i 几 n 1 ，卜l| l l l il l l l i ， l l 一，l一 一j 词。 。l 图2 1自动控制时序流程 在停止状态下，按启动输入后，启动自动控制过程。 仪表首先启动“启动延时时间”t 1 ，t 1 时间到后仪表判稳清零。然后使大投、 中投小投开关量输出有效，即打开快、中、慢喂料电磁阀进行快速加料。同时仪 表启动“禁止比较时间t 2 。在t 2 时间内，仪表不对当前秤斗内的重量进行判别( 以 避免过冲) ，3 2 延时到后，仪表将实时检测秤斗内的重量是否大于所设定的大投值。 当秤斗中的物料重量大投值时，仪表将关闭大投信号，使系统进入中加料过程同 时启动t 3 ，在t 3 时间内不进行重量判别。t 3 延时到后，仪表将实时检测秤斗内 的重量是否大于所设定的中投值。当秤斗中的物料重量中投值时。仪表将关闭中 投信号，使系统进入慢加料过程同时启动t 4 ，在t 4 时间内不进行重量判别。t 4 延 时到后，仪表将比较秤斗重量是否大于等于目标值一落差值。如果大于等于则仪 表关闭小投信号，停止加料过程，仪表启动t 5 ，t 5 时间到后，仪表将检测秤斗中 物料的重量与目标值间的差异是否超出超差范围，如果超出则输出超差信号，反 之超差信号无效。同时启动“定值保持时间t 6 ，t 6 定时到后关闭投料信号。此时， 仪表检查夹袋信号是否有效，夹袋信号无效则等待夹袋信号，直到夹袋信号有效， 此时启动“夹带延时时间t 8 ，t 8 时间到后仪表输出卸料信号，系统开始卸料过程， 7 当秤斗中的重量等于或小于所设定的零区范围时，仪表关闭卸料信号，同时启动 “卸料延时时间丁7 ，t 7 时间到后，仪表关闭夹袋信号。一次称重控制过程结束。 仪表在一次称重过程结束后，将自动把“包装袋数”加1 ，把总同时与额定袋数 比较，若等于额定袋数则停止下一次称重过程，返回至停止状态；反之，则继续 进行下一次称重控制过程。 2 3 中文系统定量包装控制器关键技术分析 2 3 1 高准确度负荷传感器技术 传感器是进行非电量一电量转化的一次元件，所以传感器必须与二次仪 表或计算机达到很好的匹配，才能保证计量和控制的准确性、可靠性 在数据读取过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真的 转换成容易测量的量。被测量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间 变化或变化及其缓慢，称为静态信号：另一种是随时间变化而变化，称为动 态信号。由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入和输出特性也不 同，因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。 被检测的各种参数由传感器变换成易于后续处理的电信号。如果传感器 输出信号质量不高，则应经过前端预处理电路进行放大、滤波等，必要时， 需要通过对高准确度负荷传感器的额定输出温度影响的补偿方法，设计试验 和补偿方案，推导出试验计算公式，然后经过数据采集电路转换成数字量， 并通过接1 3 送入单片机运算、变换处理后，由数据处理软件进行控制，以实 现要求的高精度负荷传感技术的目的。 2 3 2 数字滤波技术 我们这里所说的数字滤波技术是指在软件中对采集到的数据进行消除干扰的 处理。一般来说，除了在硬件中对信号采取抗干扰措施之外，还要在软件中进行 数字滤波的处理，以进一步消除附加在数据中的各式各样的干扰，使采集到的数 据能够真实的反映现场的工艺实际情况。这里介绍介绍的是可以用于工控软件中 的一般的数字滤波技术，能够满足一般的数据处理需要，更为复杂得数字滤波这 里不作进一步的介绍。 1 死区处理 从工业现场采集到的信号往往会在一定的范围内不断的波动，或者说有频率 较高、能量不大的干扰叠加在信号上，这种情况往往出现在应用共控板卡的场合， 此时采集到的数据有效值的最后一位不停的波动，难以稳定。这种情况可以采取 死区处理，把波停波动的值进行死区处理，只有当变化超出某值时才认为该值发 生了变化。比如编程时可以先对数据除以1 0 ，然后取整，去掉波动项。 2 算术平均值法 公式为y k 8 = ( x 1 + x 2 + x 3 + + x n ，在一个周期内的不同时间点取样，然后求其平均值， 这种方法可以有效的消除周期性的干扰。同样，这种方法还可以推广成为连续几 个周期进行平均。 3 中值滤波法 这种方法的原理是将采集到的若干个周期的变量值进行排序，然后取排好顺 序的值得中间的值，这种方法可以有效的防止受到突发性脉冲干扰的数据进入。 在实际使用时，排序的周期的数量要选择适当，如果选择过小，可能起不到去除 干扰的作用，选择的数量过大，会造成采样数据的时延过大，造成系统性能变差。 4 低通滤波法 公式为y k = q q 2 q 3 。 在实际使用时，可能不仅仅使用一种方法，而是综合运用上述的方法，比如在 中值滤波法中，加入平均值滤波，借以提高滤波的性能。总而言之，要根据现场 的情况，灵活选用 2 3 3t c p i p 互联网数据传输技术 t c p i p 是两个网络基础协议：口协议、t c p 协议名称的组合。 i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 协议的英文名直译就是：因特网协议。口协议规定了 数据传输时的基本单元和格式。如果比作货物运输，d 协议规定了货物打包时的 包装箱尺寸和包装的程序。除了这些以外，口协议还定义了数据包的递交办法和 路由选择。同样用货物运输做比喻，口协议规定了货物的运输方法和运输路线。 t c p 协议：t c p 协议提供了可靠的面向对象的数据流传输服务的规则和约定。 简单的说在t c p 模式中，对方发一个数据包给你，你要发一个确认数据包给对方。 通过这种确认来提供可靠性。 t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r a c tp r o t o c o l 的简写，中文译名为传 输控制协议互联网络协议) 协议是i n t e r n e t 最基本的协议，简单地说，就是由底层 的口协议和t c p 协议组成的。t c p i p 协议的开发工作始于7 0 年代，是用于互联 网的第一套协议。 9 1 、t c p i p 参考模型 t c p i p 协议的开发研制人员将i n t e r n e t 分为五个层次，它也称为互联网分层 模型或互联网分层参考模型，如下表： 应用层( 第五层) 传输层( 第四层) 互联网层( 第三层) 网络接口层( 第二层) 物理层( 第一层) 物理层：对应于网络的基本硬件，这也是i n t e m e t 物理构成，即我们可以看 得见的硬设备，如p c 机、互连网服务器、网络设备等，必须对这些硬设备的电气 特性作一个规范，使这些设备都能够互相连接并兼容使用。 网络接口层：它定义了将资料组成正确帧的规程和在网络中传输帧的规程， 帧是指一串资料，它是资料在网络中传输的单位。 互联网层：本层定义了互联网中传输的 言息包”格式，以及从一个用户通过 一个或多个路由器到最终目标的”信息包”转发机制。 传输层：为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的端到端连接。 应用层：它定义了应用程序使用互联网的规程。 2 、网间协议口 i n t e r n e t 上使用的一个关键的底层协议是网际协议，通常称口协议。我们利 用一个共同遵守的通信协议，从而使i n t m n e t 成为一个允许连接不同类型的计算 机和不同操作系统的网络。要使两台计算机彼此之间进行通信，必须使两台计算 机使用同一种”语言”。通信协议正像两台计算机交换信息所使用的共同语言，它规 定了通信双方在通信中所应共同遵守的约定。 计算机的通信协议精确地定义了计算机在彼此通信过程的所有细节。例如， 每台计算机发送的信息格式和含义，在什么情况下应发送规定的特殊信息，以及 接收方的计算机应做出哪些应答等等。 网际协议口协议提供了能适应各种各样网络硬件的灵活性，对底层网络硬件几 乎没有任何要求，任何一个网络只要可以从一个地点向另一个地点传送二进制数 据，就可以使用p 协议加入i n t e r n e t 了。 如果希望能在i n t e m e t 上进行交流和通信，则每台连上i n t e r n e t 的计算机都 必须遵守口协议。为此使用i n t e m e t 的每台计算机都必须运行p 软件，以便时刻 准备发送或接收信息。 p 协议对于网络通信有着重要的意义：网络中的计算机通过安装p 软件，使 许许多多的局域网络构成了一个庞大而又严密的通信系统。从而使i n t e m e t 看起 来好像是真实存在的，但实际上它是一种并不存在的虚拟网络，只不过是利用口 协议把全世界上所有愿意接入i n t e m e t 的计算机局域网络连接起来，使得它们彼 l o 此之间都能够通信。 3 、传输控制协议t c p 尽管计算机通过安装d 软件，从而保证了计算机之间可以发送和接收资料，但 口协议还不能解决资料分组在传输过程中可能出现的问题。因此，若要解决可能 出现的问题，连上i n t c m e t 的计算机还需要安装t c p 协议来提供可靠的并且无差 错的通信服务。 t c p 协议被称作一种端对端协议。这是因为它为两台计算机之间的连接起了重 要作用：当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时，t c p 协议会让它们建立 个连接、发送和接收资料以及终止连接。 传输控制协议t c p 协议利用重发技术和拥塞控制机制，向应用程序提供可靠 的通信连接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在i n t e r a c t 暂时出现堵塞 的情况下，t c p 也能够保证通信的可靠。 众所周知，i n t e r a c t 是一个庞大的国际性网络，网络上的拥挤和空闲时间总是 交替不定的，加上传送的距离也远近不同，所以传输资料所用时间也会变化不定。 t c p 协议具有自动调整”超时值”的功能，能很好地适应i n t a n e t 上各种各样的变 化，确保传输数值的正确。 因此，从上面我们可以了解到：i p 协议只保证计算机能发送和接收分组资料， 而t c p 协议则可提供一个可靠的、可流控的、全双工的信息流传输服务。 综上所述，虽然和t c p 这两个协议的功能不尽相同，也可以分开单独使用， 但它们是在同一时期作为一个协议来设计的，并且在功能上也是互补的。只有两 者的结合，才能保证i n t e r n c t 在复杂的环境下正常运行。凡是要连接到i n t e m e t 的 计算机，都必须同时安装和使用这两个协议，因此在实际中常把这两个协议统称 作t c p i p 协议。 2 3 4c a n 总线技术 1 、c a n 总线的特点 c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 是一种由带有c a n 控制器组成的高性能数据局 域通信网络，是国际上应用最为广泛的现场总线之一。最初，c a n 被设计作为汽 车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置e c u 之间交换信息，形成汽车 电子控制网络。由于其具有通信速度快、可靠性高和性能价格比好等突出优点， 它正越来越广泛地应用于各种工业控制领域。 一个由c a n 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用 中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用p h i l i p st j a l 0 5 0 作 为c a n 收发器时，同一网络中允许挂接1 1 0 个节点。c a n 可提供高达1 m b s 的 数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强 了c a n 的抗电磁干扰能力。c a n 是一种多主方式的串行通信总线，基本设计惯 犯要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信 号传输距离达到1 0 k m 时，。c a n 仍可提供高达5 0 k b s 的数据传输速率。 c a n 通信协议主要描述设备之间的信息传递方式。c a n 层的定义与开放系统 互连模型( o s i ) 一致。每一层与另一设备上相同的那一层通信。实际的通信发生在 每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连。c a n 的规范 定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层。表5 1 中列出了o s i 开放式互 连模型的各层。应用层协议可以由c a n 用户定义成适合特别工业领域的任何方案。 已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的标准是d e v i c e n e t ，这是为p l c 和智能 传感器设计的。在汽车工业，许多制造商都应用他们自己的标准。 c a n 能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线， 信号使用差分电压传送，两条信号线被成为“c a nh ”和 c a nl ”，静态时均为 2 5 v 左右，此时状态标志为逻辑1 ，也可以叫做隐性。用c a nh 比c a nl 高标 志逻辑0 ，称为显性，此时，通常电压值为：c a nh = 3 5 v 和c a n l = 1 5 v 。 2 、c a n 总线特性 c a n 与其同类相比，具有以下十分优越的特点： 1 )低成本 2 )极高的总线利用率 3 )很远的数据传输距离，可长达1 0 k m 4 )高速的数据传输速率，高达1 m b s 5 )可根据报文d 决定接收或屏蔽该报文 6 )可靠的粗物处理和检错机制 7 )发送的消息遭到破坏后，可自动重发 8 ) 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 9 )报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息和优先级信 息 2 4 中文系统定量包装控制器总体设计方案 根据以上功能指标的要求，经过广泛深入的分析研究和方案论证，系统结构 规划如图2 1 所示。 圈 图2 - 2 总体设计方案 1 2 2 4 1 信号处理电路 包括传感器输入电路，a d 电路部分。通常传感器输出信号是微弱的， 需要由信号处理电路加以放大、调制、解调、滤波、运算以及数字化处理等。 信号处理电路的主要作用就是把传感器输出的电量变成具有一定功率的模 拟电压( 或电流) 信号或数字信号，以推动后级的输出显示或记录设备、数 据处理装置及执行机构。 2 4 2 中文显示电路 主要是液晶显示电路和m c u 部分。中文显示装置的主要作用就是使人 们方便了解数值的大小或变化的过程。以及中文菜单设置及修改等。使产品 更加人性化和智能化。 2 4 3 功率输出电路 采用八通道功率开关芯片，突破传统的继电器控制外围电磁阀的模式，大胆 创新，使用具有八通道的下降沿触发的功率芯片，确保对称重及定量包装过程快 捷控制。 2 4 4 数据处理及控制电路 数据处理及控制就是利用单片机技术，对被测结果进行处理、运算、分 析，对动态测量结果进行计算分析，并对结果进行控制的过程。 2 5 系统优点 此款称重控制器是一集称重控制、可编程控制、功率输出于一体，可准确方 便的实现各种复杂的控制，适用于配料秤控制、定量包装秤控制等。适用于以下 功能和设备： 实现称重控制器功能；各种典型的定量包装秤；工位重量检测分选机；双 计量斗的包装秤；流量秤；多种物料的配料秤控制； 优点如下： l 、先进独到的a d 转换技术，精度高、速度快、温漂低、长期稳定可靠； 2 、抗干扰性能强，可靠性高； 3 、在控制过程中意外掉电时，控制状态自动保护。通电后，控制器会连续掉 电前的状态； 4 、数据记录存放在用电池保护的r a m 中，断电时间2 0 0 0 0 小时内数据不会 丢失； 5 、具有精确的时钟、日历，不受断电影响； 6 、可实现快、慢两速控制，具有快、慢速自动修正； 7 、可与打印机相连，打印记录和报表； 8 、具有串行通讯接口，一台或多台控制器均可方便地与计算机联网； 第三章中文系统定量包装控制器硬件设计 中文系统定量包装控制器硬件部分由主控制板和功率输出电源板组成。主 控制板上集成了c p u 处理器、存储器电路、传感器放大电路、c a n 总线( t c p 口) 接口电路、a d 电路、键盘接口电路、显示电路等部分。功率输出电源板包括a c d c 电源、功率输出模块等。因此硬件设计的关键就是主控制板电路的设计。主控制 板电路又分为微处理器基本单元电路和接口电路、a d 和显示电路几大大部分。 中文系统定量包装控制器硬件框图如图3 1 所示。 图3 1 称重控制器原理框图 液晶 模组 显示 部分 3 1 微处理器( m c u ) 的选型 根据系统的要求，主m c u 芯片主要实时读取传感器的时变信号，根据键盘操 作结果，控制定量包装流程。故处理器的位数要求不是很高，但需满足强干扰和 工业级环境下正常工作，且从开发产品的通用性和移植性考虑，使用c 语言编写 程序，故f l a s h 空间要求具有3 2