【正文】 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY中英文翻譯設(shè)計(jì)（論文）題目：定量給料皮帶秤控制器的軟件設(shè)計(jì) 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(yīng)用于礦山、煤炭、化學(xué)工業(yè)和碼頭等行業(yè)．它是一種非常重要的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)和配料系統(tǒng)。利用MCS51單片機(jī)特點(diǎn)，在電子皮帶秤原有機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入了由單片機(jī)稱重控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電子皮帶秤調(diào)節(jié)的自動(dòng)化。定量給料皮帶秤是皮帶輸送機(jī)輸送固體散狀物料過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)稱重的一種計(jì)量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測(cè)量出皮帶輸送機(jī)上通過(guò)物料的瞬時(shí)流量和累積流量，同時(shí)它可以根據(jù)操作人員在數(shù)字鍵盤(pán)上所輸入的給定值通過(guò)改變控制電機(jī)的速度達(dá)到相應(yīng)的改變皮帶的傳輸速度，從而能快速簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制中人們所需要的皮帶速度。稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)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(guó)家法定計(jì)量器具，是國(guó)計(jì)民生、國(guó)防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)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(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國(guó)都非常重視。50年代中期電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的不斷改進(jìn)與完善，我國(guó)電子衡器從最初的機(jī)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(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展：計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。通過(guò)分析近年來(lái)電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。定量給料皮帶秤主要由機(jī)械秤體、電機(jī)、可控硅調(diào)功調(diào)速電路、檢測(cè)電路及裝置、控制器（包含相應(yīng)的控制器輔助電路）、液晶顯示器組成。機(jī)械部分主要包括：供料溜子、稱重傳力復(fù)位系統(tǒng)裝置、皮帶張力自動(dòng)調(diào)整裝置、傳動(dòng)及減速裝置、皮帶、電機(jī)。檢測(cè)電路及裝置主要包括：稱重傳感器及其相應(yīng)電路，速度傳感器及其相應(yīng)電路?？刂破髦饕▎纹瑱C(jī)以及單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)某些功能所需要的輔助電路，如A/D轉(zhuǎn)換電路，擴(kuò)展電路,看門(mén)狗電路等。加電后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，微處理機(jī)根據(jù)當(dāng)前操作控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)鏈傳動(dòng)輥筒使皮帶進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。料斗中的物料落在落料區(qū)，經(jīng)皮帶運(yùn)送到達(dá)稱重區(qū)，其重量便通過(guò)皮帶秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力－電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(hào)(電壓或電流等)。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（A/D）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤(pán)和各種功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，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(jī)打印，同時(shí)它可以根據(jù)操作人員在數(shù)字鍵盤(pán)上所輸入的給定值通過(guò)改變控制電機(jī)的速度達(dá)到相應(yīng)的改變皮帶傳輸速度，從而能快速簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制中人們所需要的皮帶速度。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。微控制器技術(shù)傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中,除了能實(shí)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(shí)現(xiàn)和其他機(jī)器或設(shè)備（包括上位PC機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)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(jī),在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時(shí)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(dāng)中，稱可以有一定于實(shí)際應(yīng)用量的過(guò)載，但不能超出要求的范圍。綜上所述,本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)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(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后把數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱物品的重量，然后再顯示出來(lái)。同時(shí)依據(jù)操作人員所給的設(shè)定值，單片機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到對(duì)皮帶的速度相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以此達(dá)到工作時(shí)人們所想要的皮帶速度。本系統(tǒng)由5個(gè)部分組成:控制部分、測(cè)量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤(pán)部分、和電路電源部分。測(cè)量部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)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?lái)自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。同時(shí)控制器還可以接受來(lái)自鍵盤(pán)輸入的數(shù)字速度數(shù)值命令，經(jīng)過(guò)控制器相應(yīng)的軟件處理，指令信號(hào)通過(guò)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(jī)的轉(zhuǎn)速，而受電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的皮帶的傳輸速度也發(fā)生相應(yīng)的改變?？刂破鬟€可以通過(guò)對(duì)擴(kuò)展I/O的控制，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，而后通過(guò)鍵盤(pán)散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。本系統(tǒng)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)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(cè)量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、控制過(guò)程的便捷性以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析,可以選用帶EEPROM的單片機(jī),由于應(yīng)用程序不大,應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi),不用在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡(jiǎn)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(jī)。AT89CXX有兩大優(yōu)勢(shì):第一，片內(nèi)存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器,使程序?qū)懭敫臃奖悖坏诙?，提供了更小尺寸的芯?使整個(gè)硬件電路體積更小,此外價(jià)格低廉性能比較穩(wěn)定的MCPU,具有8K8ROM、2568RAM、2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位I/O接口,這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測(cè)量和控制要求。最后方案確定選擇AT89C51這個(gè)比較常用的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。傳感器是一個(gè)十分重要的元件,因此對(duì)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(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)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(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，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(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，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(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)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(lái)新發(fā)展起來(lái)的∑Δ型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體應(yīng)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(shí)完成，其轉(zhuǎn)換時(shí)間主取決于比較器的開(kāi)關(guān)速度、編碼器的傳輸時(shí)間延遲等。缺點(diǎn)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(yīng)用非常廣泛的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方法，這一類型ADC的優(yōu)點(diǎn)：高速，采樣速率可達(dá) 1MSPS；與其它ADC相比，功耗相當(dāng)?shù)?；在分辨率低?2位時(shí)，價(jià)格較低。缺點(diǎn)：在高于14位分辨率情況下，價(jià)格較高；傳感器產(chǎn)生的信號(hào)在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進(jìn)行調(diào)理，包括增益級(jí)和濾波，這樣會(huì)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(yīng)用比較廣泛的一類轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是通過(guò)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(shí)間間隔。與此同時(shí)，在此時(shí)間間隔內(nèi)利用計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。積分型ADC兩次積分的時(shí)間都是利用同一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器和計(jì)數(shù)器來(lái)確定，因此所得到的表達(dá)式與時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)，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(duì)交流噪聲的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。若把積分器定時(shí)積分的時(shí)間取為工頻信號(hào)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(yīng)用于低速、精密測(cè)量等領(lǐng)域，如數(shù)字電壓表。其優(yōu)點(diǎn)是：分辨率高，可達(dá)22位；功耗低、成本低。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換速率在12位時(shí)為100～300SPS。 ⑷ 壓頻變換型ADC：其優(yōu)點(diǎn)是：精度高、價(jià)格較低、功耗較低。缺點(diǎn)是：類似于積分型ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制，12位時(shí)為100～300SPS。（1） 交流電機(jī)的調(diào)速主要分為三類:第一類：串級(jí)調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)復(fù)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(jī)調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了變頻器，通過(guò)改變供電電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)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(jī)械特性硬度，但成本高，控制系統(tǒng)復(fù)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(dǎo)通角調(diào)節(jié)輸出電壓就可以達(dá)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(wèn)題。同時(shí)由于工作波形是正弦波，轉(zhuǎn)速與導(dǎo)通角的關(guān)系比較復(fù)雜，利用匯編語(yǔ)言計(jì)算編程時(shí)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(dǎo)通瞬間會(huì)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(shè)備和通訊系統(tǒng)的正常工作。（2）本次設(shè)計(jì)是在第三類可控硅移相調(diào)壓調(diào)速電路的基礎(chǔ)上選擇了它的升級(jí)版可控硅過(guò)零調(diào)功調(diào)速電路裝置。可控硅過(guò)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(shí)，在規(guī)定時(shí)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(dá)到調(diào)速的目的。過(guò)零調(diào)功通過(guò)的工作電壓是完整的正弦波形，過(guò)零導(dǎo)通且過(guò)零截止。過(guò)零調(diào)功方式就是通過(guò)在給定的時(shí)間內(nèi)改變加進(jìn)負(fù)載的交流正弦波個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載功率的一種控制方法。由于可控硅是在電壓（電流）過(guò)零時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通的，導(dǎo)通時(shí)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(diǎn)。同時(shí)也由于可控硅是在電壓過(guò)零時(shí)導(dǎo)通，其負(fù)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(shí)現(xiàn)可控硅的過(guò)零控制，需要解決兩個(gè)問(wèn)題：（1）要能實(shí)現(xiàn)工頻電壓的正負(fù)過(guò)零檢測(cè)；并在過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。（2）過(guò)零脈沖信號(hào)必須受單片機(jī)輸出控制信息控制。從而控制可控硅過(guò)零觸發(fā)脈沖的個(gè)數(shù)。這兩個(gè)問(wèn)題的解決由軟硬件協(xié)同完成程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： [1] 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算是方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫(xiě)程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。 [2] 根據(jù)算法畫(huà)流程圖：畫(huà)程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。[3] 寫(xiě)程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)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(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語(yǔ)句(或指令)的使用，從而控制了程序的復(fù)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(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(shí)程序等組成。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析和整理，以及對(duì)整體功能進(jìn)行細(xì)化、分配，把系統(tǒng)的程序劃分為以下幾個(gè)主要模塊: 初始化模塊: 通過(guò)該模塊來(lái)對(duì)堆棧、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷和特殊功能寄存器進(jìn)行賦值，有關(guān)寄存器的清零，以及計(jì)數(shù)器/定時(shí)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(kāi)始對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，一旦在相應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)到有鍵按下，就會(huì)相應(yīng)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(yīng)能夠把顯示碼進(jìn)行準(zhǔn)確顯示。 顯示碼轉(zhuǎn)換模塊：用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的二進(jìn)制AD值轉(zhuǎn)化為BCD碼，BCD碼再轉(zhuǎn)換成分離B