【正文】 技術，不但增強了計量的準確性，而且對在計量過程中出現(xiàn)的問題能夠進行實時監(jiān)測和控制，同時，儀表的顯示、調(diào)零、報警等功能也越來越完善。第三、四階段是20世紀七十年代末的微機智能化配料系統(tǒng)。隨著傳感器技術的迅速發(fā)展，配料系統(tǒng)的發(fā)展也是十分迅速。由此可見，配料系統(tǒng)的應用非常廣泛。在煤炭行業(yè)，配料系統(tǒng)用于定量供煤，能否準確配料直接決定配煤質(zhì)量。其中，連續(xù)累計自動衡器是不需要對質(zhì)量細分的就可以對皮帶上散裝物料進行連續(xù)稱量。蘭州理工大學畢業(yè)設計皮帶配料稱控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文目錄第1章 緒論 1 1 2第2章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設計方案 4 4第3章 硬件結構及原理電路 6 MCS51單片機 6 8051單片機 6 8 9 9 11 14 14 15 17 17 18 19 21 22 DAC0832在控制電機中的應用 22 24 26 27 27 28 28第4章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)軟件設計 30 30 30 31 31 32 33 WR鍵處理 33 S鍵處理 33 MON鍵、Z鍵、STOP鍵、RUN鍵處理 34 35 36 37 37 顯示程序 37 報警處理 38設計總結 39參考文獻 40外文原文和譯文 41致謝 63附錄1：程序清單 65附錄2：元件清單 74I 第1章 緒論根據(jù)最新的定義，皮帶配料秤是一種連續(xù)累計自動衡器。皮帶配料秤就是在皮帶輸送物料時對物料進行連續(xù)累計稱量的一種自動衡器。在化工行業(yè)，配料系統(tǒng)用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節(jié)約成本，減少誤差，從而創(chuàng)造更大的利潤。皮帶配料系統(tǒng)簡稱為配料系統(tǒng)，它與皮帶傳輸系統(tǒng)的設計原理和組成結構基本相同，不同的是，配料系統(tǒng)在皮帶傳輸系統(tǒng)的基礎上又增加了“配料”這一功能。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致有四個階段：第一階段是五、六十年代的純機械式配料系統(tǒng)，通常采用機械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這種配料系統(tǒng)只具有識別計數(shù)和啟動功能。電子配料系統(tǒng)首次引入計算機，提高了集成度。而通訊技術的發(fā)展更是增強了儀表的遠程維護診斷與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，計算機技術的迅速發(fā)展，基于STD總線或PC總線的工業(yè)控制計算機已經(jīng)提上日程，并且在我國占據(jù)了一定地位，因為工業(yè)控制計算機可靠性比較高，組成系統(tǒng)功能靈活，組態(tài)方便，具有模塊化、組合化、標準化的特點。并且它的操作要求比較高不適合一線工人的具體操作要求，往往需要配料的量不是一成不變的，需要一線工人時刻的調(diào)整和控制，因此，單片機控制的皮帶配料秤具有更廣泛的應用。如果配料的質(zhì)量達不到要求，輕則造成原料和能源的浪費，重則影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且有些特殊生產(chǎn)崗位的配料錯誤會給整個生產(chǎn)釀成嚴重事故。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，物料必須實現(xiàn)科學的配比，在食品、冶金、化工、飼料加工等行業(yè)也越來越注重物料配比的準確度和配料的控制速度，也就需要高精度高速度的皮帶配料秤控制系統(tǒng)來進行自動控制。單片機配料秤控制系統(tǒng)是配料過程控制和質(zhì)量控制的關鍵環(huán)節(jié)。隨著我國工業(yè)自動化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來的市場需求中占據(jù)相當大的比例?？梢钥吹剑袊鴱V大的市場為配料系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的前景。 第2章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設計方案皮帶配料秤是一種動態(tài)控制型平衡器，它利用皮帶的運轉(zhuǎn)將皮帶上運載的物料進行稱重，并且能夠根據(jù)設定流量的要求通過改變電機的轉(zhuǎn)速調(diào)整皮帶的運行速度，從而是物料流量達到設定流量保持在附近，并且能夠通過數(shù)碼管顯示瞬時流量。皮帶配料稱是一種用于測量和控制皮帶輸送機的速度和物料流量的實時控制器，其工藝結構如圖21所示。物料流量的設定值由操作員在鍵盤上設定，系統(tǒng)運行后，單片機對皮帶的荷重信號和走速信號進行采集，并且計算瞬時流量和控制電流（420mA）,實現(xiàn)對流量的控制。系統(tǒng)投入正常運行后，單片機采樣皮帶荷重信號(通過ADC0809轉(zhuǎn)換)和皮帶走速信號，將皮帶走速信號與皮帶單位長度上的瞬時重量相乘即可計算出皮帶上物料的瞬間流量F(t)。軟件部分的設計主要是針對鍵的掃描，對數(shù)據(jù)進行采集處理，計算瞬時流量，再進行PID調(diào)節(jié)，控制可控硅的導通角，從而控制滑差電機的轉(zhuǎn)速。在8051單片機中已內(nèi)建時鐘產(chǎn)生器，在使用時只需接上石英晶體諧振器（或其它振蕩子）及電容，就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時鐘信號。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 ，ALE/,和/Vpp（1）RST/VPD當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，可以由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（功能）。當/Vpp是高電平時，則訪問內(nèi)部程序存儲器，當/Vpp 是低電平時，則訪問外部程序存儲器。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。51單片機雖然使用時間最早、應用范圍最廣，但是在實際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機，51單片機更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要手段就是為單片機系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機中進行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達到自動控制的目的。能夠?qū)崿F(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電容式傳感器的優(yōu)點是高阻抗、小功率、溫度穩(wěn)定性好、結構簡單、適應性強、動態(tài)響應好。皮帶配料秤控制系統(tǒng)需要具有很快的測量速度，而且輸出還要具有良好的線性特點，所以電容式傳感器和電感式傳感器都不能很好的應用于本次設計，因此設計所需的傳感器選用電阻應變式傳感器。直流電橋的特點是信號不會受到各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因為機械應變的輸出信號較小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器進行放大。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關。其主要特性有下列幾點：（1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位；（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?；（3）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640KHz時)，130μs（時鐘為500KHz時）；（4）單個+5V電源供電；（5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準；（6）工作溫度范圍為40～+85攝氏度；（7）低功耗，約15mW。（4）ALE：地址鎖存允許信號，輸入端，產(chǎn)生一個正脈沖以鎖存地址；（5）START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）；（6）EOC：A/D轉(zhuǎn)換結束信號，輸出端，當A/D轉(zhuǎn)換結束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）；（7）OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入端，高電平有效。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。多路開關可以選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時進行輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。8051的和分別通過兩個或非門來啟動A/D轉(zhuǎn)換進程，同時從ADC0809中讀出轉(zhuǎn)換后的結果。ADC0809在該系統(tǒng)中工作的過程如下：圖34：重量信號采集電路原理圖（1）,選中ADC0809；（2）再用輸出指令啟動A/D轉(zhuǎn)換(=0)；（3）判斷EOC(轉(zhuǎn)換結束標記)是否為1,若為1,則轉(zhuǎn)換結束；（4）A/D轉(zhuǎn)換結束后,用讀信號(=0)來控制三態(tài)門(在ADC0809內(nèi)部),將轉(zhuǎn)換后的結果讀入8051單片機,并存入相應的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。本設計采用光柵數(shù)N=1024線的光電編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測速脈沖頻率與電機轉(zhuǎn)速有固定的比例關系。在TTL電路中，比較典型的d觸發(fā)器電路有74LS74。而邊沿觸發(fā)器允許在CP電路結構:該觸發(fā)器由6個與非門組成，其中G1和G2構成基本RS觸發(fā)器。該電路的特點如下：（1）工作溫度范圍:0176。18V；（4）消耗電流小，ICC=；（5）輸入失調(diào)電壓小，VIO=177。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(~10mV)能導致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。皮帶走速信號測量電路如圖35。對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號，因此鍵盤模塊設計的成功與否直接關系到系統(tǒng)整體的可靠性和穩(wěn)定性。因本系統(tǒng)鍵盤只有兩行，所以行值加列值就可以得到鍵值。本系統(tǒng)采用軟件消抖，調(diào)用子程序來延時10ms，待鍵閉合穩(wěn)定后再一次接受鍵入的信號，此時抖動已經(jīng)停止，鍵盤狀態(tài)是有效的，達到消抖的目的。數(shù)碼管工作原理如下：（1）共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。當我們需要同時顯示多個字符時，可以逐次把需要的字符顯示在規(guī)定的位置上。雖然在同一個時刻只有一個顯示器在工作，但是利用人眼的視覺停留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余輝效應，我們看到的都是穩(wěn)定的多個字符同時顯示。根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，采用28鍵盤，包括0～9這10個數(shù)字鍵，6個功能鍵：寫入鍵WR、設定鍵S、校零鍵Z、返回鍵MON、停機鍵STOP、運行鍵RUN。在微機控制系統(tǒng)中，若控制系統(tǒng)時間允許，常采用動態(tài)掃描顯示。并行方式一般使用并行接口，如8255或者8155的一個端口（如PA口）輸出顯示碼，另一個端口（如PB口）輸出位選碼。74LS164接受RXD端串行輸出的待顯示數(shù)據(jù)。74HC1674HCT164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。主復位(MR)輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。7407是集電極開路高電壓輸出的六緩沖器、驅(qū)動器，其功能是對74LS164輸出的斷碼信號進行放大，驅(qū)動LED顯示，需要通過上拉電阻接高電平。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地；2腳：低觸發(fā)端TR；3腳：輸出端Vo；4腳：是直接清零端。一般用5V。由硬件電路可知，從而使揚聲器蜂鳴，同時計算Vi值去控制滑差電機的轉(zhuǎn)速，使瞬時流量盡可能跟隨設定值并始終徘徊在附近，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。報警電路原理圖如圖37。震蕩器可以選用石英晶體震蕩器或者多諧震蕩器，產(chǎn)生一個音頻范圍內(nèi)的震蕩波形，再由放大電路放大，驅(qū)動揚聲器發(fā)音。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構成。由WRXFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。Vcc和ILE接＋5V,8051的與DAC0832的相連，Vss與、DGND相連后接地。圖38：D/A轉(zhuǎn)換原理圖 D/A轉(zhuǎn)換過程如下：（1）數(shù)據(jù)采集后送入CPU進行處理，計算出瞬時流量，并與設定值進行比較，通過PID調(diào)節(jié)送出控制變量Vi；（2）CPU對DAC0832進行一次寫操作，把一個數(shù)字量直接寫入數(shù)據(jù)寄存器，通過D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬量；（3）DAC0832的兩個輸出端Iout1和Iout2為電流輸出形式，提高電流輸出能力，提供4～20mA的控制電流；（4）輸出的控制電流經(jīng)過放大后接可控硅控制板，控制可控硅的導通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預定的設定值。調(diào)制法是把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形，通常采用等腰三角形或鋸齒波作為載波。電磁調(diào)速異步電動機是由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。主動部分和從動部分在機械上無任何聯(lián)系。在本次設計中選擇YC290L42電磁調(diào)速異步電動機作為皮帶配料秤控制電機。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。目前，也有部分電路不用變壓器，利用其他方法降壓或升壓。典型的如橋式整流電路。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。這樣通過電容的反復充放電實現(xiàn)了濾波作用。集成穩(wěn)壓電路與分立元件組成的穩(wěn)壓電路相比，具有外接電路簡單，使用方便、體積小、工作可靠等優(yōu)點。系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖如圖312所示。 從上述公式可推導出瞬時流量F（t）為： （36）瞬時流量由5位十進制顯示，顯示形式為精確到小數(shù)點后3位。 其計算公式如下： （37）式中：為輸出控制量的增量；為設定值S與本次實際測得的流量值之差， 為上一時刻設定值與實測值之差； 為兩次誤差值的增量；P——比例