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工程综合实践项目实践报告（项目：下料检重装置）专业测控技术与仪器班级13测控5班组员周奕晨、张佳康朱馨茗、陈涛钱稔灵、吴筱来琦锋、谭军教师王栋、张新娜中国计量学院2016年5月6日一、项目设计意义动态称重系统广泛应用于生产线定量包装供送系统、在线质检系统中，以实现生产质量的在线控制。项目实现对盒装产品的重量信号的动态监测与单片机数据处理、显示的功能，通过显示器件实时显示称重结果，对于不符合重量要求的产品发出剔除信号。气动下料检重和自动剔除装置将下料机构、PLC与气动控制技术相结合，完成药盒的自动下放和剔除分选工作。选配试验箱可实现系统的手/自动控制。通过该项目的设计实践，可以提高学生运用所学的各类实用技术知识设计工业化机电装置的综合设计能力。二、项目设计内容1、称重信号采集及信号调理。2、单片机处理与称重值显示3、PLC选择及气动下料装置4、PLC手动剔除与智能剔除不合格物品设计三、项目技术设计（含创新点）1、称重信号采集及信号调理1.1实验内容将传感器采集的信号通过三运放仪表放大电路一级放大，再通过减法电路达到去皮调零的效果，最后再经放大电路进一步发大，以达到单片机所需的信号大小。1.2电路设计1.2.1三运放仪表放大电路设计经过三运放仪表放大电路将3.5mV的电压大至100mV，Kd1=1+(R1+R2)/R0Kd2=R5/R3；Kd=Kd1*Kd2；通过调节R0使U1输出为100mV1.2.2减法电路U2=（U1-100mV）*（R11/R9）=0mVKd4=R11/R9=10;U3=(1+R15/R13)*U2Kd5通过调节R13,改变差模增益Kd5，使电路总增益：Kd=Kd1*Kd2*Kd4*Kd5=7000;先通过减法放大电路减去偏置并放大10倍，再经过同相放大电路经过电位器调节放大10倍。1.3实验数据采集1.4方案创新1.4.1三运放电路具有良好的共模抑制能力，取R1=R2,可调节R0改变增益而不影响电路的对称性。1.4.2分压电阻采用电位器，可灵活调零。1.4.3成本低廉，精度较高。2、单片机处理与称重值检测2.1实验内容将放大板处理以后的电压信号经过拟合后，通过单片机AD处理成质量信号，并显示出来。2.2参数拟合根据放上不同的砝码质量10g、20g200g记录相应的A/D值，并用matlab的最小二乘法将其拟合成线性函数，以质量为应变量，A/D值为自变量。得到拟合曲线输入到程序中以获得更精确的称重质量。首先将全部数据用于拟合时，发现拟合得到的曲线有一些不足之处：质量小于60g时，称重显示数值波动比较大，而其他范围的质量比较稳定。因此我们采取分段拟合的方法将060g和70200g分别拟合得到两个函数。其中，根据残差图（若显示红色则将其剔除）剔除一些数据。为减小零漂，设置程序在A/D值小于一定值时质量显示皆为0.060g阶段：无剔除数据得到拟合曲线：拟合曲线：y1=73.2418*x1-3.607570200g：根据残差图剔除到200g那个点，再得到残差图：拟合曲线：y2=69.43598*x2-0.03372.4逻辑框图2.5创新部分：示数相对稳定，误差小精度高，界面简洁美观。3、PLC选择及气动下料装置3.1PLC类型采用PLC类型：西门子S7-200硬件资源有：信号输入：两组14点（I0.0I0.7、公共端是1M，I1.0I1.5、公共端是2M）。输出继电器：三组10点（Q0.0Q0.3、公共端是1L,Q0.4Q0.6公共端是2L,Q0.7Q1.1公共端是3L）。3.2PLC个模块地址分配3.3逻辑图3.4创新部分：3.4.1程序逻辑明确，有三个子程序，然后主程序简明扼要、清晰。3.4.2为了安全起见汽缸每推动一次都有2秒延时收回时间（时间可调整）。3.4.3称重时也有2秒钟延时确保足够时间称重反馈。（时间可调整）3.4.4可以控制皮带转动速度。（原理类似与PWM波控制LED亮暗。）3.4.5自动下料时每称重一次进行一次下料。避免发生碰撞。4、手动剔除与智能剔除不合格物品设计4.1地址分配：4.2逻辑图4.3触摸屏控制界面设计4.4创新部分可控制电机转速。四、项目实施记录与总结1、电子组：（完整的电路图与程序见附录）张佳康：经过本次课程，更深入的了解了放大电路的原理与功但能，亲手实践提高了我的动手能力。本次课程放大电路基本顺利完成，在调试仪表放大电路时，因将差分电路正负端接反，导致测试结果一直失败，找出原因后，测试基本顺利。陈涛：通过这次的实践，我再次体会到理论与实际的差距。我们的放大版主要由三部分组成：三运放电路、减法电路、放大电路。实际过程中，由于放大器本身的实际特性，以及电阻实际值与标值的误差，三运放电路并不像理论那样理想，减法电路也并没有完全减到零（我想着应该与运放内部的失调电压有关）。动手实践，能弥补我们的知识间隙，让我们对其更加深刻。钱稔灵：把自己所学的运用到实践中，感觉还是很兴奋的。与同学们讨论设计的环节中我学习到了团结的重要性。吴筱：短短近十周的工程综合实践中，我和队友负责单片机模块，大三上修过单片机的课程但是具体应用并不熟悉，和队友写代码改程序的时候学到很多新的东西。当然，改代码的过程也很揪心，程序调试成功的时候又无比喜悦。曲线拟合的部分我用上了参加数学建模比赛的知识，这部分还算轻松。其实很惊讶通过合作能把最后的实物做出来，也对电子秤的原理有了更深一步的认识。这更像是一个学以致用的过程。2、PLC小组（程序触摸屏见附录）朱馨茗：在这次实践中，加深了对梯形图的理解，学会了简单的使用，通过团队的合作学习，不断提升发现问题，解决问题的能力。这次实践学习虽然时间不长但是收获非常大。周奕晨：我觉得这次实验让我对团队合作有了全新的认识，让我收获非常大，特别是组长有各组协调，真的感慨颇多。来琦锋：在编写、调试剔除程序的过程出现了不少的失误，比如：因为是使用定时器控制进步电机单向剔除，但没有控制好进步点击发送的脉冲数，导致自动剔除时，反转回不到初始位置；也有因忘记添加控制Y轴进行的Q0.3导致无法实现进步电机运动。然而在解决这些问题的过程中让我更加深刻的理解了PLC程序的运行，获益匪浅。在完成了程序编写、调试、验收后，我们松了口气。虽然还有点瑕疵（程序的触摸屏界面不够美观），但这仍是我心中小小的自豪。谭军：我觉得这门课程是一门非常有趣的课，让我在PLC的制作体会到了很大的乐趣，虽然在编程的过程中遇到许多问题而且自己在编程方面也不是特别擅长，在组员的协助和自己的努力下还是解决了一个个问题。但是我深知自己还有许多需要学习的地方，在今后的课程中一定会更加认真学习。五、项目元件清单与选型说明1、电子部分:LM3584个、103电位器3个、78051个、电容若干、电阻若干、导线、89c51单片机、1602液晶屏。2、PLC部分：西门子S7-200，电脑。附件1：完整电路图附件2：matlab拟合源代码clearclcx1=53180320462596738863*0.001;%输入砝码质量及相应的A/D值y1=0102030405060;X=ones(7,1)x1;b,bint,r,rint,stats=regress(y1,X)%最小二乘法线性回归拟合rcoplot(r,rint)%画出残差图，得到需要剔除的点（若显示红色则该点剔除），剔除后重新对剩余数据拟合y1=73.2418*x1-3.6075clearclcx2=1010115212961440158517302016216023042738.*0.001;y2=708090100110120140150160190;X2=ones(10,1)x2;b,bint,r,rint,stats=regress(y2,X2)rcoplot(r,rint)y2=69.43598*x2-0.0337plot(x2,y2)%画出拟合结果plot(x1,y1)附件3：单片机源代码#include#include#includeuintAD=0,mg1=0,xs=0;/AD转换值uchari=0;unsignedlongADS=0;floatmg2=0;ucharad_result8=0;/AD值显示存放数组ucharMg8=0;/*port为AD通道号，x为液晶显示的x轴坐标值1-8，x为液晶显示的y轴坐标值1-4*/voidread_and_display(ucharport,ucharx,uchary)AD=read2543(port);/第一次读的AD值是前一次转换的结果，舍弃AD=read2543(port);/AD不同通道间采样间隔，可改变if(i100)ADS=ADS+AD;i+;elsei=0;ADS=ADS/100;if(ADS900)mg1=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075;mg2=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075;elsemg1=69.43598*(ADS*0.001)-0.0337;mg2=69.43598*(ADS*0.001)-0.0337;xs=mg2*10;xs=xs%10;if(ADS10|100-mg210)LCD_PutString(x+6,y+2,NO);BEEP=0;DelayMs(50);BEEP=1;elseLCD_PutString(x+6,y+2,YES);/LCD_PutString(x+4,y+2,Wb100g);LCD_PutString(x,y+3,误差10%);voiddisplay(uintn)ucharN3=0;N0=n/100+0;N1=(n/10)%10+0;N2=n%10+0;LCD_PutString(1,3,N);voidmain()uintn=20;DelayMs(200);/等待系统上电Init_LCD12864();/液晶初始化/BoardTest();/整板测试while(1)read_and_display(0,1,1);DelayMs(10);LCD_PutString(1,1,13测控五班);LCD_PutString(5,4,合格100g);附件4：PLC下料代码主程序：程序初始化：辅助继电器M、输出继电器Q复位VW8称重时，停止延时时间VW10收回气缸的延时时间I1.4用来程序复位清零通过Q1.0进入手动子程序通过Q1.1进入自动子程序通过M0.2来进入皮带子程序以及使脉冲发出计数手动子程序：手动子程序主要功能为：通过手动触摸接触屏开关控制I0.4，脉然后输出一个冲，来启动汽缸推动阀，然后为了安全起见，并打算推动俩秒以后在复位。自动子程序：通过I0.4启动以后，经过第一次启动汽缸推动