【正文】 elt AD7730 Profibus 目錄 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………………… ……… Ⅰ Abstract…………………………………………………………………………… ……… Ⅱ 1 緒論 ……………………………………………………………………………… ……… 1 背景及 意義 ????????????????????????? ??? 1 背景 ?????????????????????????? ??? 1 意義 ?????????????????????????? ??? 1 國內外 發(fā)展現(xiàn)狀 ???????????????????? ? ?? ??? 2 國內外稱重技術發(fā)展現(xiàn)狀 ????????????????? ??? 2 國內外稱重技術發(fā)展趨勢 ?? ??????????????? ??? 3 主要工作及論文結構 ??????????????????? ? ??? 5 2 系統(tǒng)整體設計 ?????????????????????????? ??? 6 系統(tǒng)結構概述 ??????????????????????? ? ??? 6 動態(tài)稱重計量原理 ?????????????????????? ??? 7 ??????????????????????????????? 8 3 系統(tǒng)器件簡介 ?????????????????????????? ??? 9 稱架和傳感器 ???????????????????????? ??? 9 稱架介紹 ???????????????????????? ??? 9 稱重傳感器介紹與選擇 ?????????????????? ??? 10 稱重傳感器的分類 ?????????????????? ??? 10 稱重傳感器的選擇 ?????????????????? ??? 11 測速傳感器介紹與選擇 ?????????????????? ??? 13 測速傳感器分類 ??????????????????? ??? 13 測速傳感器選擇 ??????????????????? ??? 15 小結 ??????????????????????????? ??? 15 4 系統(tǒng)硬件設計 ?????????????????????????? ??? 17 系統(tǒng)硬件概述 ??????????????????????? ? ??? 17 系統(tǒng)微處理器 ??????????????????????? ? ??? 17 功能特性描述 ????????? ???? ??? ?????? ??? 17 引腳功能描述 ???????????? ???? ?????? ??? 18 目錄 系統(tǒng)模數(shù)轉換器 ????????????? ??? ?????? ??? 19 AD7730 的工作原理 ??????????????????? ??? 20 AD7730 內部結構 .??????????????????? ? ??? 20 AD7730 與單片機的接口設計 ?? ????????????? ? ??? 21 數(shù)據(jù)采集電路通信接口設計 ?????????????? ??? ? ??? 22 串口通信 ?????????? ???? ????????? ? ??? 22 RS232C 標準 ?????????? ??? ???????? ? ??? 23 MAX232 芯片簡介 ??????????????????? ? ??? 23 串口通信接口電路設計 ?????? ??????????? ? ??? 23 程序下載線連接 ? ??? ?????????????????? ? ??? 24 傳感器接口設計 ??????????????? ??? ???? ? ??? 25 PROFIBUSDP 接口擴展 ??? ?? ??? ??????????? ??? 26 小結 ?????????? ???????? ????????? ? ??? 27 5 單片機軟件設計 ?? ? ???????? ?????? ???????? ??? 28 C51 介紹 ??? ? ?? ? ???????? ???? ???? ??? 28 單片機系統(tǒng)軟件設計 ??? ? ???????? ?? ?????? ??? 28 主程序 模塊 流程 框 圖 ??????????????????????? 29 結論 ? ???????????? ? ? ?????????? ????? ? ??? 30 致謝 ????????????? ? ????? ?????????? ? ? ??? 31 參考文獻 ?????????? ? ????????????????? ? ??? 32 附錄 ????????????? ? ?????? ?????????? ? ??? 34 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 1 1 1 緒論 背景及意義 背景 對物料重量的動態(tài)稱重在工業(yè)生產和流通貿易中占據(jù)重要地位，其中動態(tài)稱重計量工具是不可缺少的計量工具。 設計 了一套基于單片機的傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)，很好的解決了上 述問題。傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)是對傳輸帶上的散狀固體物料或粉料進行連續(xù)稱量的系統(tǒng)，在電力、化工、煤炭、糧食等行業(yè)都有較廣泛的應用，市場需求巨大。系統(tǒng)使用 24 位精度模 /數(shù)轉換芯片 AD7730 轉換稱重傳感器信號，保證了數(shù)據(jù)轉換的高精度。新型的動態(tài)稱重計量工具不僅僅是提供重量信息的獨立儀表，而是現(xiàn)代工業(yè)一體化和管理自動化的重要組成部分。另外系統(tǒng)擴展了現(xiàn)場總線接口 很好的滿足了工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。使用光電脈沖式或磁電脈沖式傳感器測量速度，電子儀表通過模擬積分放大電路或數(shù)字積分放大電路實現(xiàn)配重平衡、啟動識別和流量累加功能。 (1)電子傳輸帶稱重裝置 電子傳輸帶稱重裝置依靠稱重傳感器測量傳輸帶上的物料重量數(shù)據(jù)，一般使用接觸式測速傳感器測量傳輸帶運行速度，這導致計量精度受制河北工程大學畢業(yè)設計說明書 3 3 于機械結構，計量結果 誤差來自傳輸帶張力、自重、抖動等多種因素。實驗證明，相同載荷的同種物料不同的擺放形式下，計量的結果相差很大，甚至高達 17%，存在物料形狀影響導致核子傳輸帶稱重裝置計量精度較差的問題。但是，由于核心技術與工藝落后、機械設備與電子儀表老化、新產品研發(fā)能力欠缺等因素困擾，我國相關產品的質量和品種都與發(fā)達國家 相差甚遠，而且功能單一，可靠性差。對于較大容量的平臺稱重裝置和電子地上稱重裝置，采用 長方形或正方形閉合截面的薄壁鋼排列成一個竹排式秤體結構，在最外邊兩根薄壁鋼兩端的切口內分別安裝 4個稱重傳感器，稱重傳感器的固定支撐結構就是秤架的受力支點，這種設計既能簡化稱體結構，又能縮減稱體高度，是一種很有發(fā)展前景的設計方式。對于某些應用場合，只具備計量、顯示、量化等功能的稱重裝置遠遠不能滿足用戶需求。 2 系統(tǒng)整體設計 提出了傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)的總體系統(tǒng)的基本結構和計量原理。 動態(tài)稱重計量原理 數(shù)據(jù)采集電路 工控計算機 稱重傳感器 測速傳感器 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 7 7 通常情況下，計算傳輸帶上 物料的流量需要采集物料的瞬時重量數(shù)據(jù)和傳輸帶的瞬時速度數(shù)據(jù)。把 n段測量的瞬時重量累加就讀出傳輸帶走過 nS段長度的累積流量 W： ?? ????? ni nqqqqW 1 321 )......( （ 24） 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 8 8 累加法計量原理如圖 22 所示 圖 22 累加法計算物料流量 t 時刻傳輸帶上物料的瞬時重量可以由 W 對時間微分求的 ： dtdwtW ?)( (25) 使用累加法計算物料流量可以很好的減少皮帶跳變和傳感器轉換誤差對計量結果的影響，并且經(jīng)過大量實驗證明使用累加法要比采用積分法的準確度高，所以對計量精度要求嚴格的系統(tǒng)均采用累加法方式計量。為減輕這種影響，以及安裝難度和設備成本等考慮，秤架 的種類繁多。尤其是傳感器材料技術和傳感器制作工藝的不斷提高，使得基于稱重傳感器的稱重裝置的計量區(qū)間向大噸位和微 量物體兩個方向不斷延伸，并且在工業(yè)自動化控制領域中已經(jīng)成為一種必須的設備。根據(jù)具體材料性質的不同，可將壓力 電阻式稱重傳感器分為半導體應變式稱重傳感器 和擴散型壓力 電阻式稱重傳感器。由于電阻阻值只能產生細微變化，所以要使用惠斯頓橋式測量電路測量。 (5)較好的抗跑偏與偏載性能。通常情況下，傳感器指標包括蠕變系數(shù)、靈敏度、額定載荷、零點溫漂、綜合誤差、滯后、不重復性和非線性等。 在動態(tài)稱重中，稱重傳感器的選擇對整個系統(tǒng)的計量精度和響應速度有直接影響，所以要結合實際需求根據(jù)以上條件綜合考慮。 在各項參數(shù)指標中額定載荷、靈敏度、推薦激勵電壓三項為關鍵參數(shù)，直接關 系到河北工程大學畢業(yè)設計說明書 13 13 傳感器的合理使用和轉換數(shù)據(jù)的正確計算。 綜合誤差 177。測速傳感器按轉換原理可分為數(shù)字方式和模擬方式，數(shù)字測速傳感器目前國內外使用廣泛，使用模擬測速傳感器來檢測傳輸帶運行速度的方式基本不再使用。非接觸式測速傳感器理論上是可以消除接觸打滑、速度損耗等接觸式傳感器不能解決的問題，并且實現(xiàn)直接獲得傳輸帶速度的結果。 光 電轉換式測速傳感器體積小、安裝簡便、精度高、應用范圍廣，實現(xiàn)了數(shù)字測量和數(shù)字控制，連接計算機和相應顯示設備后可以實現(xiàn)實時控制和實時測量角位置。 (2)磁 電式測速傳感器 磁 電式測速傳感器的工作原理與光 電式測速傳感器相河北工程大學畢業(yè)設計說明書 15 15 同，也分為增量式和絕對式。當傳輸帶帶動光柵圓盤轉動時，速度轉換為光柵對光線的遮擋頻率，并通過光 電轉化生成脈沖信號或具體數(shù)字編碼。 m以下 慣性力矩 1 106kg AT89S52 是 Atmel 公司推出的與 MCS51 兼容系列單片機。作為輸出口，每位能 驅動 8 個 TTL 邏 輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖 存器的內容。由于懸梁式電阻應變稱重傳感器輸出為頻率較低的模擬量，所以需要模數(shù)轉換部件具有精確的計量精度，但對響應速度沒有過高要求?！?△類型模數(shù)轉換裝置由于使用了數(shù)字式反饋比較方式，從而使用量化噪音大大降低、提高了轉換精度、增強了系統(tǒng)的抗干擾能力、加快了相應速度、優(yōu)化了線性度。AD7730 內部結構圖如圖 42所示。 。 AD7730 與單片機的接口設計 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 22 22 圖 44 AD7730與 AT89S52的接口原理圖 數(shù)據(jù)采集電路中， AD7730 與 AT89S52 單片機的接口電路原理圖如圖 44所示。 比較兩種傳輸方式，并行通信雖然傳輸速度快但每一位都需要一根傳輸線，串行相比并行通信傳輸速率慢，但只需要一對傳輸線即可完成。 RS232C 主要用于數(shù)據(jù)終端設備（ DTE）和數(shù)據(jù)通信設備（ DCE）之間的二進制串行通信，最高傳輸速度 ，最長傳輸距離可達 15 米。 12V 電源的 限制，使用場合更為廣泛。 圖 46 AT89S52的 ISP接口設計 ATMEL 公司的單片機 AT89S 系列單片機提供了一個串行接口對內部程序存儲器編程（ ISP），以及后來推出的 AT90S 系列中多數(shù)芯片都支持在線編程功能。所以本系統(tǒng)選用 5V DC 作為激勵電源，輸出的脈沖信號可以直接送單片機計數(shù)。我國于 2020 年正式批準 PROFIBUS 現(xiàn)場總線成為我國機械行業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線的國家標準。其傳輸數(shù)據(jù)的速率為 ~12Mbps，且一個系統(tǒng)中總線上的傳輸速率對連接在總線上的各個設備是統(tǒng)一設定的。廣泛應用于儀器儀表、人機界面、智能高低壓電器、變送器、智能現(xiàn)場測量設備、變頻器、電機啟動保護器等設備。 一般來說匯編語言用于對效率要求較高的小型程序， C51 語言用于編寫較為復雜的程序。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 本文提出的傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)正是從這一實際情況出發(fā)，選擇單托輥秤架，增量式光電編碼器和懸梁式稱重傳感器作為研究對象，在保證計量精度的同時，考慮了設備成本、安裝難度和市場。除了支持 C51 語言外，它也可以直接進行匯編語言的設計與編譯。對于C51 語言的開發(fā)，目前有很多成熟的開發(fā)環(huán)境，本系統(tǒng)采用 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 27 27 本章小結 本章對傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)的硬件設計做了詳細的介紹，主要包括單片機和數(shù)模轉換器的選擇，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設計和現(xiàn)場總線接口的擴展。每一個線段可以連入的最大設備數(shù)目為 32，每個線段的最大長度為 1200 米。我國的相應組織 PROFIBUS 專業(yè)委員會 CPO（ Chinese Profibus User Organization）成立于 1997 年，下設的“ PROF