【正文】 西安 廣 播 電 視 大 學(xué)課 程 設(shè) 計2011級 春季機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科課程設(shè)計題目:皮帶電子稱重儀學(xué) 生 姓 名: 龍萬程 學(xué)號: 電 大 分 校: 西安電大直屬一分校 第1章 緒 論 1 課題研究的意義和目的 1 課題的功能概述 1 課題研究的方案 2第2章 數(shù)據(jù)采集部分 4 4 稱重傳感器 4 速度傳感器 5 整形電路 7 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 7 8 8第3章 主機電路及鍵盤，顯示器接口 11 11 8031單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 12 址譯碼74LS138 13 14 EPROM2764 15 RAM6116 16 擴展接口8155 17 顯示器的選擇 19 驅(qū)動器7407和7406 20 鍵盤接口電路 20第4章 模擬輸入通道 22 輸入通道邏輯電路 22 多路轉(zhuǎn)換器CC4051 23 放大器7605 23 濾波電路 25 無源濾波 25 有源濾波 25 A/D轉(zhuǎn)換器 26 A/D轉(zhuǎn)換器的分類 26 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 26 A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 27 采樣保持器 30 緩沖器74LS244 31 光耦隔離 31第5章 模擬輸出通道 34 模擬輸出通道邏輯電路 34 U/I轉(zhuǎn)換器AD694 34 繼電器MOC3041 36第6章 總體設(shè)計原理圖 37 掉電保護電路 37 超重報警電路 38 調(diào)零電路 39 穩(wěn)壓電源 40 40第7章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 43 主程序 XLIII 鍵盤控制部分 44 A/D轉(zhuǎn)換部分 46 通道選擇部分 47 CED點陣顯示部分 XLVII 49 50 狀態(tài)指示部分 51 雙字節(jié)加法程序 52結(jié) 論 54參考文獻 56 第1章 緒論 [內(nèi)容提要]近年來隨著國民經(jīng)濟的高速增長和科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，傳感器和計算機的結(jié)合對信息和自動化技術(shù)起著重要的作用。計算機的高速運算、智能控制、數(shù)據(jù)處理等功能已廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。傳感器可以提高勞動效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減輕勞動強度、可完成人原來所不能做的工作，促進了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。目前，在國防、航空、交通運輸、能源、石油、化工等工業(yè)部門廣泛應(yīng)用。 通過對“皮帶電子稱重儀”的設(shè)計，使我們進一步學(xué)習和掌握電子技術(shù)、單片機、傳感器、微機控制技術(shù)、電氣控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)等知識及其綜合應(yīng)用，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際，解決實際工程問題的能力。本系統(tǒng)采用單片機 8031為控制核心，實現(xiàn)皮帶電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集、人機交互界面三大部分。最小系統(tǒng)部分主要是擴展了外部數(shù)據(jù)存儲器；數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號的前級處理和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成；人機界面部分為鍵盤輸入，LED顯示，可以直觀的顯示中文，使用方便。 [關(guān)鍵詞] 稱重傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，單片機，顯示器，鍵盤第1章 緒 論 課題研究的意義和目的 近年來隨著國民經(jīng)濟的高速增長和科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，傳感器和計算機的結(jié)合對信息和自動化技術(shù)起著重要的作用。計算機的高速運算、智能控制、數(shù)據(jù)處理等功能已廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。傳感器可以提高勞動效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減輕勞動強度、可完成人原來所不能做的工作、促進了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。目前，在國防、航空、交通運輸、能源、石油、化工等工業(yè)部門廣泛應(yīng)用。目前，商用電子計價秤的使用非常普及，逐漸會取代傳統(tǒng)的桿稱和機械秤。由壓力傳感器制作的電子稱已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè), 特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的不斷提升，壓力傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置。當前，計算機應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)和傳感技術(shù)可以說是電子信息技術(shù)的三大主要支柱，它們分別是智能系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。其中，計算機和通信技術(shù)發(fā)展相當迅速，而傳感技術(shù)發(fā)展有些滯后，因此，我國和世界各國都視傳感技術(shù)為現(xiàn)代電子信息技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳感器對于機械電子工程、控制、測試、計量等領(lǐng)域，都是必不可少的獲取信息的關(guān)鍵部件。如果沒有傳感器檢測各種信息，那么支撐現(xiàn)代文明的科學(xué)技術(shù)就不能發(fā)展，惟有模仿人腦的計算機和作為“電五官”的傳感器的協(xié)調(diào)發(fā)展才能促進科學(xué)技術(shù)的飛躍。 課題的功能概述本系統(tǒng)采用單片機 8031為控制核心，實現(xiàn)皮帶電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng)板、數(shù)據(jù)采集、人機交互界面三大部分。最小系統(tǒng)部分主要是擴展了外部數(shù)據(jù)存儲器；數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號的前級處理和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成；人機界面部分為鍵盤輸入，LED顯示，可以直觀的顯示中文，使用方便。電子皮帶秤由智能積算器、稱重變送器、秤架、速度傳感器及稱重傳感器組成。安裝在秤架上的稱重傳感器檢測皮帶上的物料重量，將重量信號轉(zhuǎn)換成電量送入稱重變送器，稱重變送器將稱重傳感器輸出的模擬量經(jīng)8位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；速度信號也由測速傳感器檢送到稱重變送器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，稱重變送器將上述兩個物理量進行預(yù)處理后通過電流環(huán)接口送到最遠可至1000米外的智能積算器。智能積算器把接收到的重量信號及速度信號進行處理，得到物料的累計量和瞬時質(zhì)量。實現(xiàn)對散狀物料的連續(xù)、精確計量以及對散狀物料的自動配料。它廣泛應(yīng)用于冶金，礦山，煤炭，化工，電力以及港口碼頭等行業(yè)。電子皮帶秤對提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量有著不可估量的作用。智能積算器還具有定值輸出，累計脈沖輸出，打印輸出等功能。積算器中的各種參數(shù)，完成積算器上所有的設(shè)定、校準及調(diào)整等操作，以實現(xiàn)現(xiàn)代化的科學(xué)管理及控制。 智能積算器內(nèi)部含有掉電保護電路，皮帶秤的各種參數(shù)及各種累計量可長期保存。 課題研究的方案 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求設(shè)計出總體框圖，然后將系統(tǒng)分成幾個模塊單獨設(shè)計，最后做出總原理圖。大體上呈總－分－總的結(jié)構(gòu)。這種方案條理清晰，符合一般人的思維。硬件總體框圖如圖(1)所示：70 第3章 主機電路及鍵盤，顯示器接口 第2章 數(shù)據(jù)采集部分 稱重傳感器 題目要求稱重范圍 100Kg ，重量誤差不大于177。1％Kg ，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重100Ｋg。我選擇的是T81型傳感器，量程 150Kg ，％ ，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。用于測定載荷重量的傳感器主要有輪輻式，彎曲梁式，板環(huán)式和橋式等。T81是彎曲梁式稱重傳感器的一種，它是利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成的一種高精度的電轉(zhuǎn)換元件。它采用彎曲梁式結(jié)構(gòu)，4片電阻應(yīng)變計粘于彈性體上，組成全橋平衡檢測電路。當傳感器受到外加載荷作用時，彈性體發(fā)生應(yīng)變，橋臂失去平衡，在外界供橋電源作用下，電橋輸出一不平衡直流電壓信號，該信號與傳感器所受載荷大小成正比，從而實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換。其原理如圖(2)所示： T81系列荷重傳感器采用全不銹剛焊接彎曲梁式結(jié)構(gòu)，機械密封性能好，防腐，防氣體污染。采用高精度的電阻應(yīng)變計可確保測量精度。廣泛用于各種工業(yè)流程中的稱重計量，特別適用于惡劣的工礦場合。 稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： 速度傳感器 從稱重原理可知，電子皮帶秤所測量物料的瞬時流量的大小取決于兩個參數(shù)，即瞬時流量等于稱重傳感器測量的承載器上物料負荷值q(kg/m)和測速傳感器測量的皮帶速度值v(m/s)兩個參數(shù)相乘所得，即：w(t)=qv ?！　∮纱丝梢?，測速傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性與稱重傳感器的測量精確度和穩(wěn)定性是同等重要的。目前稱重傳感器的精確度普遍提高到萬分之幾，而測速傳感器的精確度大多在千分之幾，所以提高測速傳感器精確度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精確度有效的途徑之一。測速傳感器的脈沖信號進入顯示儀表后，通常以3種方式完成與稱重傳感器信號的相乘運算。第一種方式是測速脈沖信號經(jīng)整形、放大后轉(zhuǎn)換成0～10VDC模擬信號，并作為稱重傳感器的供橋電壓，在稱重傳感器內(nèi)實現(xiàn)乘法運算；第二種方式是測速脈沖信號經(jīng)整形、放大后轉(zhuǎn)換成模擬(或數(shù)字)信號，與稱重傳感器放大后的模擬(或數(shù)字)信號在專用的乘法器里進行乘法運算；第三種方式是測速脈沖信號整形后直接作為顯示儀表中累加器的觸發(fā)信號，每接受一個測速脈沖信號，累加器就對稱重傳感