【正文】 河北聯(lián)合大學輕工學院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY中英文翻譯設計（論文）題目：定量給料皮帶秤控制器的軟件設計 2012年05月20日目錄原文 1譯文 816原文定量給料皮帶秤被廣泛地應用于礦山、煤炭、化學工業(yè)和碼頭等行業(yè)．它是一種非常重要的動態(tài)測量系統(tǒng)和配料系統(tǒng)。利用MCS51單片機特點，在電子皮帶秤原有機械結(jié)構(gòu)的基礎上加入了由單片機稱重控制的自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電子皮帶秤調(diào)節(jié)的自動化。定量給料皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)自動稱重的一種計量設備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量，同時它可以根據(jù)操作人員在數(shù)字鍵盤上所輸入的給定值通過改變控制電機的速度達到相應的改變皮帶的傳輸速度，從而能快速簡便的實現(xiàn)工業(yè)控制中人們所需要的皮帶速度。稱重技術自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領域，與人民的生活緊密相連。電子皮帶秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。稱重裝置的應用已遍及到國民經(jīng)濟各領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。因此，稱重技術的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國都非常重視。50年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過40多年的不斷改進與完善，我國電子衡器從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型?，F(xiàn)今電子衡器制造技術及應用得到了新發(fā)展。電子稱重技術從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應用。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。定量給料皮帶秤主要由機械秤體、電機、可控硅調(diào)功調(diào)速電路、檢測電路及裝置、控制器（包含相應的控制器輔助電路）、液晶顯示器組成。機械部分主要包括：供料溜子、稱重傳力復位系統(tǒng)裝置、皮帶張力自動調(diào)整裝置、傳動及減速裝置、皮帶、電機。檢測電路及裝置主要包括：稱重傳感器及其相應電路，速度傳感器及其相應電路?？刂破髦饕▎纹瑱C以及單片機為實現(xiàn)某些功能所需要的輔助電路，如A/D轉(zhuǎn)換電路，擴展電路,看門狗電路等。加電后，電機驅(qū)動皮帶開始旋轉(zhuǎn)，微處理機根據(jù)當前操作控制電機轉(zhuǎn)速，通過鏈傳動輥筒使皮帶進行運轉(zhuǎn)。料斗中的物料落在落料區(qū)，經(jīng)皮帶運送到達稱重區(qū)，其重量便通過皮帶秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力－電效應，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系(一般成正比關系)的電信號(電壓或電流等)。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（A/D）器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各種功能開關，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印，同時它可以根據(jù)操作人員在數(shù)字鍵盤上所輸入的給定值通過改變控制電機的速度達到相應的改變皮帶傳輸速度，從而能快速簡便的實現(xiàn)工業(yè)控制中人們所需要的皮帶速度。一般地信號的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。微控制器技術傳感器技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用,電子產(chǎn)品的更新速度達到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設計過程中,除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外,還增加了打印和通訊功能,可以實現(xiàn)和其他機器或設備（包括上位PC機和數(shù)據(jù)存儲設備）,系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的AT89系列單片機,在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時候,只需要增加很少的硬件電路,甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。另外由當中，稱可以有一定于實際應用量的過載，但不能超出要求的范圍。綜上所述,本系統(tǒng)的主要設計思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機。單片機經(jīng)過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量，然后再顯示出來。同時依據(jù)操作人員所給的設定值，單片機通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速達到對皮帶的速度相應的調(diào)節(jié)，以此達到工作時人們所想要的皮帶速度。本系統(tǒng)由5個部分組成:控制部分、測量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分。測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜訟/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中。同時控制器還可以接受來自鍵盤輸入的數(shù)字速度數(shù)值命令，經(jīng)過控制器相應的軟件處理，指令信號通過I\O口送入可控硅調(diào)功調(diào)速電路，可控硅調(diào)功調(diào)速電路依據(jù)指令調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，而受電機轉(zhuǎn)速控制的皮帶的傳輸速度也發(fā)生相應的改變。控制器還可以通過對擴展I/O的控制，對鍵盤進行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進行控制數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。本系統(tǒng)由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、控制過程的便捷性以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。根據(jù)總體方案設計的分析,可以選用帶EEPROM的單片機,由于應用程序不大,應用程序直接存儲在片內(nèi),不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可簡化。intel公司的8051和8751都可使用，在這里選用ATMENL生產(chǎn)的AT89CXX系列單片機。AT89CXX有兩大優(yōu)勢:第一，片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器,使程序?qū)懭敫臃奖悖坏诙?，提供了更小尺寸的芯?使整個硬件電路體積更小,此外價格低廉性能比較穩(wěn)定的MCPU,具有8K8ROM、2568RAM、2個16位定時計數(shù)器、4個8位I/O接口,這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。最后方案確定選擇AT89C51這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。傳感器是一個十分重要的元件,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各種電路的設計的難以程度和設計性價比等等。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實驗而確定的。世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的∑Δ型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體應用要求。ADC集成電路類型介紹⑴ 并行比較A/D轉(zhuǎn)換器：如ADC080 ADC0809等 。并行比較ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在1GSPS以上，通常稱為“閃爍式”ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結(jié)構(gòu)的ADC所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間主取決于比較器的開關速度、編碼器的傳輸時間延遲等。缺點是：并行比較式A/D轉(zhuǎn)換的抗干擾能力差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比較式A/D只適合于數(shù)字示波器等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，不適合本系統(tǒng)。⑵ 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ADS780ADS7804等。逐次逼近型ADC是應用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型ADC的優(yōu)點：高速，采樣速率可達 1MSPS；與其它ADC相比，功耗相當?shù)?；在分辨率低?2位時，價格較低。缺點：在高于14位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。⑶ 積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL713ICL710ICL154MC14433等。積分型ADC又稱為雙斜率或多斜率ADC，是應用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時間間隔。與此同時，在此時間間隔內(nèi)利用計數(shù)器對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。積分型ADC兩次積分的時間都是利用同一個時鐘發(fā)生器和計數(shù)器來確定，因此所得到的表達式與時鐘頻率無關，其轉(zhuǎn)換精度只取決于參考電壓VR。此外，由于輸入端采用了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力。若把積分器定時積分的時間取為工頻信號的整數(shù)倍，可把由工頻噪聲引起的誤差減小到最小，從而有效地抑制電網(wǎng)的工頻干擾。這類ADC主要應用于低速、精密測量等領域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點是：分辨率高，可達22位；功耗低、成本低。缺點是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在12位時為100～300SPS。 ⑷ 壓頻變換型ADC：其優(yōu)點是：精度高、價格較低、功耗較低。缺點是：類似于積分型ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12位時為100～300SPS。（1） 交流電機的調(diào)速主要分為三類:第一類：串級調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)復雜，而且不容易控制。第二類：變頻器調(diào)速，隨著晶閘管研制成功，交流電機調(diào)速技術迅速發(fā)展，出現(xiàn)了變頻器，通過改變供電電源的頻率來調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式可以獲得很大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)速平滑性和足夠的機械特性硬度，但成本高，控制系統(tǒng)復雜。 第三類: 可控硅移相調(diào)壓調(diào)速, 由能量守恒原理U I = F V ，在外部阻力不變的情況下，改變電壓U的值，速度V也跟著改變，因此只要控制可控硅導通角調(diào)節(jié)輸出電壓就可以達到調(diào)速目的，但這種方法要求觸發(fā)電路發(fā)生相位可變且具有一定幅值的脈沖，而且還要解決觸發(fā)脈沖與主回路電壓之間的同步問題。同時由于工作波形是正弦波，轉(zhuǎn)速與導通角的關系比較復雜，利用匯編語言計算編程時有比較大的難度。另外，移相觸發(fā)可控硅調(diào)壓裝置，在可控硅導通瞬間會產(chǎn)生高次諧波，造成電網(wǎng)電壓波形畸變，將影響其他用電設備和通訊系統(tǒng)的正常工作。（2）本次設計是在第三類可控硅移相調(diào)壓調(diào)速電路的基礎上選擇了它的升級版可控硅過零調(diào)功調(diào)速電路裝置?？煽毓柽^零調(diào)壓調(diào)速控制電路的原理：理論分析：P = F V ，在外部情況不變即F 保持不變時，在規(guī)定時間內(nèi)電功率P 的變化將使速度V 跟著改變。因此調(diào)電功P 就可達到調(diào)速的目的。過零調(diào)功通過的工作電壓是完整的正弦波形，過零導通且過零截止。過零調(diào)功方式就是通過在給定的時間內(nèi)改變加進負載的交流正弦波個數(shù)來調(diào)節(jié)負載功率的一種控制方法。由于可控硅是在電壓（電流）過零時觸發(fā)導通的，導通時的波形是完整的正弦波或半波，所以不存在可控硅移相調(diào)壓方式所存在的一切缺點。同時也由于可控硅是在電壓過零時導通，其負載浪涌電流和電流變化率都很小，有利于可控硅的安全工作。實現(xiàn)可控硅的過零控制，需要解決兩個問題：（1）要能實現(xiàn)工頻電壓的正負過零檢測；并在過零時產(chǎn)生脈沖信號。（2）過零脈沖信號必須受單片機輸出控制信息控制。從而控制可控硅過零觸發(fā)脈沖的個數(shù)。這兩個問題的解決由軟硬件協(xié)同完成程序設計是一件復雜的工作，為了把復雜的工作條理化，就要有相應的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點： [1] 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對復雜的問題進行具體的分析，找出合理的計算是方法及適當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關鍵。 [2] 根據(jù)算法畫流程圖：畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯的可能性。[3] 寫程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當?shù)闹噶钆帕衅饋恚瑯?gòu)成一個有機的整體，即程序。程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設計方法。結(jié)構(gòu)化程序設計是對利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語句(或指令)的使用，從而控制了程序的復雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務，本系統(tǒng)的軟件設計主要由主程序、初始化程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、中斷子程序和延時程序等組成。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，經(jīng)過認真的分析和整理，以及對整體功能進行細化、分配，把系統(tǒng)的程序劃分為以下幾個主要模塊: 初始化模塊: 通過該模塊來對堆棧、定時器、計數(shù)器、中斷和特殊功能寄存器進行賦值，有關寄存器的清零，以及計數(shù)器/定時器的初值存放等。按鍵操作模塊: 該模塊能夠在系統(tǒng)一上電后就開始對鍵盤進行掃描，一旦在相應時刻檢測到有鍵按下，就會相應轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。A/D轉(zhuǎn)換模塊：MAX187的A/D轉(zhuǎn)換子程序。顯示模塊 ：該模塊應能夠把顯示碼進行準確顯示。 顯示碼轉(zhuǎn)換模塊：用來實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的二進制AD值轉(zhuǎn)化為BCD碼，BCD碼再轉(zhuǎn)換成分離B