【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(nèi)外 發(fā)展現(xiàn)狀 ???????????????????? ? ?? ??? 2 國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 ????????????????? ??? 2 國內(nèi)外稱重技術(shù)發(fā)展趨勢 ?? ??????????????? ??? 3 主要工作及論文結(jié)構(gòu) ??????????????????? ? ??? 5 2 系統(tǒng)整體設(shè)計 ?????????????????????????? ??? 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié) ??????????????????????????? ??? 15 4 系統(tǒng)硬件設(shè)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(zhuǎn)換器 ????????????? ??? ?????? ??? 19 AD7730 的工作原理 ??????????????????? ??? 20 AD7730 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .??????????????????? ? ??? 20 AD7730 與單片機的接口設(shè)計 ?? ????????????? ? ??? 21 數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)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(shè)計 ?????? ??????????? ? ??? 23 程序下載線連接 ? ??? ?????????????????? ? ??? 24 傳感器接口設(shè)計 ??????????????? ??? ???? ? ??? 25 PROFIBUSDP 接口擴展 ??? ?? ??? ??????????? ??? 26 小結(jié) ?????????? ???????? ????????? ? ??? 27 5 單片機軟件設(shè)計 ?? ? ???????? ?????? ???????? ??? 28 C51 介紹 ??? ? ?? ? ???????? ???? ???? ??? 28 單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計 ??? ? ???????? ?? ?????? ??? 28 主程序 模塊 流程 框 圖 ??????????????????????? 29 結(jié)論 ? ???????????? ? ? ?????????? ????? ? ??? 30 致謝 ????????????? ? ????? ?????????? ? ? ??? 31 參考文獻 ?????????? ? ????????????????? ? ??? 32 附錄 ????????????? ? ?????? ?????????? ? ??? 34 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(chǎn)和流通貿(mào)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(shè)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(yīng)用，市場需求巨大。系統(tǒng)使用 24 位精度模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD7730 轉(zhuǎn)換稱重傳感器信號，保證了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(dǎo)致計量精度受制河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 3 3 于機械結(jié)構(gòu)，計量結(jié)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(jié)果相差很大，甚至高達 17%，存在物料形狀影響導(dǎo)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(shù)與工藝落后、機械設(shè)備與電子儀表老化、新產(chǎn)品研發(fā)能力欠缺等因素困擾，我國相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)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(jié)構(gòu)，在最外邊兩根薄壁鋼兩端的切口內(nèi)分別安裝 4個稱重傳感器，稱重傳感器的固定支撐結(jié)構(gòu)就是秤架的受力支點，這種設(shè)計既能簡化稱體結(jié)構(gòu)，又能縮減稱體高度，是一種很有發(fā)展前景的設(shè)計方式。對于某些應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)換誤差對計量結(jié)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(shè)備成本等考慮，秤架 的種類繁多。尤其是傳感器材料技術(shù)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(lǐng)域中已經(jīng)成為一種必須的設(shè)備。根據(jù)具體材料性質(zhì)的不同，可將壓力 電阻式稱重傳感器分為半導(dǎo)體應(yīng)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(chǎn)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(fù)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(yīng)速度有直接影響，所以要結(jié)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(guān)鍵參數(shù)，直接關(guān) 系到河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 13 13 傳感器的合理使用和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的正確計算。 綜合誤差 177。測速傳感器按轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)果。 光 電轉(zhuǎn)換式測速傳感器體積小、安裝簡便、精度高、應(yīng)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(yīng)顯示設(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)動時，速度轉(zhuǎn)換為光柵對光線的遮擋頻率，并通過光 電轉(zhuǎn)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(qū)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(nèi)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(nèi)容。由于懸梁式電阻應(yīng)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(zhuǎn)換部件具有精確的計量精度，但對響應(yīng)速度沒有過高要求。∑ △類型模數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換精度、增強了系統(tǒng)的抗干擾能力、加快了相應(yīng)速度、優(yōu)化了線性度。AD7730 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 42所示。 。 AD7730 與單片機的接口設(shè)計 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)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(shè)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(nèi)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(shè)備是統(tǒng)一設(shè)定的。廣泛應(yīng)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(shè)備、變頻器、電機啟動保護器等設(shè)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(fù)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(shè)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(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 27 27 本章小結(jié) 本章對傳輸帶動態(tài)稱重系統(tǒng)的硬件設(shè)計做了詳細的介紹，主要包括單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇，數(shù)據(jù)采集電路和通信接口的設(shè)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(shè)備數(shù)目為 32，每個線段的最大長度為 1200 米。我國的相應(yīng)組織 PROFIBUS 專業(yè)委員會 CPO（ Chinese Profibus User Organization）成立于 1997 年，下設(shè)的“ PROF