此文章的内容是介绍了一种新型高称重准确度、多功能、性能可靠的电子配料秤,介绍了单片机与各主要芯片的接口及功能模块的部分硬件和配料软件设计思想。该配料秤可用于化工、冶金等工业生产流程中。
一、引言
用于化工流程中的新型电子电子配料秤,作为计量配料的主要设备,由于其具有快速、准确、直观等优点,正在逐步取代机械称量系统。由MCS-51系列单片机作为控制核心的电子电子配料秤具有测量准确度高、性能可靠、成本低廉及使用范围广等优点,具有去皮、清零、零中心显示、自动零跟踪处理、净重/毛重转换、自动累计打印、过载显示和弱电源显示等功能。二、电子配料秤的工作原理
新型电子秤结构图如图1所示。CPU根据键盘设定P1口控制各种物料依次送入料仓,也可以根据需要分别送入料仓。料仓底端连有称重传感器,物料将重力传给称重传感器。电阻应变式传感器将作用于其上的重力转变为线性电压输出。经放大器放大后送给A/D转换电路,将模拟电压值变换成相应的数字量送给CPU处 理。{zh1}在配料称重仪表上将物料的重量分别显示出来。CPU根据键盘的设定进行不同的功能操作,如去除皮重,自动调零,计算价格等。此电子秤最多可有8种物料同时进行配料;配料量,配料比以及配料次序均可由键盘设定,且可断电记忆;快加料、慢加料自动转换;实际配料量打印、记录和数码管显示等。
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三、电子配料秤的硬件电路设计
电子配料秤系统硬件电路如图2所示。系统以MCS-51系列89C51为核心,外部扩展8K程序存储器2764和8K数据存储器2864。
数据存储器用来记忆电子配料秤系统的使用者输入的各种数据和功能,如配料种类、各种物料的设定重量、设定时间等。采用键盘显示接口控制芯片8279,实现各种人机对话功能。使用者可以方便地对各种功能进行设定并显示结果。
1，输入及放大电路
由电阻应变式传感器与高稳定的电阻(图2中R11,R12,R13,R14等)、多圈线绕电位器和直流稳压电源组成桥式电路。称重传感器输出电压为(0～20)mV,A/D转换的输入电压要求为(0～2)V的模拟量。采用ICL7650自动稳零斩波式放大器组成放大电路。R4、1为C输入滤波电路,滤除高频干扰信号;R6、5、RW2、8是负反馈网络,决定增益量;C2为交流R负反馈,抑制称量信号以外的其他干扰信号。
2，189C51与ICL7109的接口设计
由送入的信号经ICL7650放大并经低通滤波器送入ICL7109的模拟输入端。ICL7109为单片12位A/D转换器,以双积分方式进行数据转换。负电源由如图2中ICL7660供给,基准电压由ICL7109本身提供。89C51单片机采用6MHz晶振,ICL7109每完成一次转换需8192个时钟脉冲,ICL7109的转换速率为12163次/秒。在ICL7109的STATUS端的下降沿对89C51发出中断请求,中断服务程序在P0口读出相应的转换结果(数据B1～B12,数据极性,溢出标志等)。
3，键盘/配料仪表与89C51的接口设计
键盘由24只按键组成,配料仪表由6位数码管和10个状态指示灯组成。采用接口控制芯片8279与89C51相连。24只按键中包括0～9共10个数字键:清零、去皮、净重/毛重转换、称量范围设定、分度数、分度值、数字滤波次数设定等功能键。利用键盘中断服务程序完成各按键的功能。6位LED数码管的高两位配合10个状态指示灯指出主机的工作状态,设定功能和结果显示等;低4位显示相应的数据。
4，89C51与打印机的接口设计
本电子配料秤选用GP-16型微型打印机。89C51通过可编程外设接口电路8255与打印机相连。数据输出为程序查询控制方式。STB为打印数据选通信号。有效时,数据线上的8位数据被读入机内锁存。ACK为应答信号。有效时,打印机已取走数据线上的数据。
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四、配料秤系统软件设计
软件部分采用结构化程序设计。主要包括初始化程序、监控程序、中断服务程序等。ICL7109数据转换完成后,CPU产生中断。中断服务程序中进行数据处理。打印、显示、清零、、去皮净重/毛重转换、称量范围设定、分度数、分度值、数字滤波次数等功能键服务子程序均各自组成功能模块。五、电子秤称重误差分析
静态称重的误差主要来源于:(1)称重传感器的误差σ约为0103%;(2)调零和放大环节的误差σ约为0102%;(3)A/D转换的综合误差σ约为0101%;(4)量化误差σ约为01005%等。总的合成误差σ是各种误差的A均方根合成:
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动态称重误差还必须考虑实际称重现场的情况,如加料快慢,是否均匀等等。该配料秤配合使用了深圳龙芯出产的jy500系列称重配料仪表，使配料精度有了较大提升。
参考文献
[1]何立民编著1MCS-51单片机应用配料系统配置与接口技术
[2]李秉操等编著1单片机接口技术及其在工业控制中的应1北京航空航天大学出版社,1990用1陕西电子编辑部,1991
王艳霞(青岛化工学院信息科学技术系,青岛266042)
