【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通過圓盤給料機(jī)和料倉(cāng)給料器與集料皮帶機(jī)之間安裝調(diào)試好的電子配料皮帶秤稱量檢測(cè)，以及配料皮帶測(cè)速編碼器 (傳感器 )測(cè)量皮帶運(yùn)輸原料速度的檢測(cè)，稱重儀表采集測(cè)量皮帶秤上每單位長(zhǎng)度的載荷值 q(kg/m)以及皮帶在同一時(shí) 刻的運(yùn)行速度 v(m/s)，且兩者相乘得到物料的瞬時(shí)流量 qv(kg/s)。只要保證 q(t)V(t)的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運(yùn)行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定。在本系統(tǒng)中圓盤給料機(jī)的速度是恒定不可調(diào)的，所以控制流量的恒定只能調(diào)節(jié)皮帶上物料重量，而重量的改變又只能通過改變變頻器的頻率，以改變皮帶秤的速度。流量恒定控制原理圖 所示，每一個(gè)稱重控制都是一個(gè)“小死循環(huán)”控制系統(tǒng)。稱重儀表檢測(cè)并運(yùn)算 q(t) V(t)的乘積與流量設(shè)定值（上位機(jī)給定或儀表鍵 盤給定）進(jìn)行比較，然后進(jìn)行 PID 運(yùn)算 ,，得出相應(yīng)的輸出頻率信號(hào)到變頻器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制流量大小的要求。 圖 流量恒定控制原理圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 實(shí)現(xiàn)流量恒定的控制 。儀表控制部分采用模塊控制方式 ,電子秤與儀表控制模塊之間的信號(hào)傳輸采用 差分頻率信號(hào)傳輸技術(shù) ,具有極強(qiáng)的抗干擾能力和遠(yuǎn)傳能力 ,從而保證了系統(tǒng)信道的可靠性和準(zhǔn)確性 ,在回饋控制上采用新型的人工智能 PID調(diào)節(jié)算法 ,無振蕩 ,無超調(diào)。 儀表控制部分 與監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用 CAN 總線通信方式，信號(hào)傳輸?shù)目焖賹?shí)時(shí)性更高、抗 干擾更強(qiáng)、可靠性更高，保證配料精度和穩(wěn)定性。 配料秤有補(bǔ)償功能，即皮帶本身影響自動(dòng)補(bǔ)償功能。能在配料秤正常生產(chǎn)運(yùn)行過程中，連續(xù)不斷地測(cè)量皮帶本身實(shí)際重量的變化 (如物料局部粘結(jié)等造成的皮帶皮重的變化，天長(zhǎng)日久磨損程度不同導(dǎo)致的皮帶薄厚不均，以及張力不勻等所產(chǎn)生的對(duì)稱重傳感器的外部影響 )，并隨時(shí)進(jìn)行精確補(bǔ)償，因而其動(dòng)態(tài)測(cè)量精度要比一般設(shè)備廠家的配料秤動(dòng)態(tài)測(cè)量精度高。 計(jì) 算機(jī) 監(jiān) 控部分 該 計(jì)算機(jī) 采用品牌機(jī)作為控制計(jì)算機(jī) , 系統(tǒng)軟件是在 Win2020 操作平臺(tái)下 ,用組態(tài)王（或 ）開發(fā)研制的通 用應(yīng)用程序，整個(gè)程序兼顧鼠標(biāo)和鍵盤操作。各種操作接口、數(shù)據(jù)顯示及打印管理 ,用戶可方便進(jìn)行各種資料的修改操作 ,運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖形顯示及打印各種報(bào)表。工藝流程動(dòng)畫顯示美觀大方 ,友好的操作接口，簡(jiǎn)單易學(xué) ,其功能如下： 顯示功能 1)該系統(tǒng)能顯示整個(gè)配料工藝及流程畫面 。 2)顯示各設(shè)備瞬時(shí)運(yùn)行情況 。 3) 顯示各臺(tái)秤的給定流量、實(shí)際流量、下料累計(jì)量，顯示各種原料的瞬間下料量、總流量及總累計(jì)量。 4)具有系統(tǒng)報(bào)警功能。 操作及控制功能 該系統(tǒng)利用操作提示菜單方便、簡(jiǎn)單，快速引導(dǎo)進(jìn)行系統(tǒng)操作。其功能如下 : 1)能實(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程操作 (啟停、手自動(dòng)轉(zhuǎn)換、單動(dòng) )； 2)能快速修改各臺(tái)電子秤的計(jì)量參數(shù)及 換倉(cāng)后各物料吸收系數(shù)的變更設(shè)置 。 3)修改配料系統(tǒng)的控制參數(shù) 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 4) 根據(jù)工藝要求，可隨時(shí)、方便的選定、修改、更換配比和配料總流量 。 5)當(dāng)物料水分含量發(fā)生變化時(shí) ,可方便的變更水分組和手動(dòng)輸入各物料的水分變化量。 6)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，可對(duì)打印時(shí)間間隔、報(bào)警時(shí)間進(jìn)行設(shè)置 。 報(bào)警功能 1)當(dāng)系統(tǒng)各測(cè)量單元出現(xiàn)故障時(shí) ,工藝流程主畫面將以警示色提醒用戶 ,按下相關(guān)鍵后 ,可由 CRT 顯示故障代碼 。 2)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)空倉(cāng)或園盤給 料機(jī)堵料而無法下料時(shí) ,工藝流程畫面報(bào)警提醒用戶及時(shí)處理。 變頻 控制部分 皮帶電機(jī)采用流量死循環(huán)變頻調(diào)速方式， 保證配料精度和穩(wěn)定性， 節(jié)電效果顯著。將每臺(tái)變頻器集中在變頻電控制柜中。正常工作時(shí)，稱重儀表 PID 的輸出控制變頻器的輸出頻率，檢修調(diào)試時(shí)，按鈕點(diǎn)動(dòng)控制變頻器的輸出頻率。 現(xiàn)場(chǎng)操作箱 調(diào)試或現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)，通過現(xiàn)場(chǎng)操作箱實(shí)現(xiàn)單機(jī)的正反運(yùn)行。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 第三章 硬件設(shè)計(jì) 單 片機(jī) AT90CAN128 單 片機(jī) AT90CAN128 的 結(jié) 構(gòu) 單片機(jī) AT90CAN128 的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 圖 AT90CAN128 結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） AT90CAN128 的部分引 腳介紹 本次試驗(yàn)主要是以 PWM 口為主，所以，我主要介紹一下 PB 口的相關(guān)作用，主要是 PB7PB0 的作用。如表 所示： 表 部分引腳的菜單 引腳名 第二功能 PB7 OC2（ T/C2 的比較匹配輸出和 PWM 輸出口） OC1C（ T/C1 的比較匹配輸出和 PWMC 輸出口） PB6 OC1B（ T/C1 的比較匹配輸出和 PWMB 輸出口） PB5 OC1A（ T/C1 的比較匹配輸出和 PWMA 輸出口） PB4 OC0（ T/C0 的比較匹配輸出和 PWM 輸出口） PB3 MISO(SPI 總線主輸入口 /從輸出口 ) PB2 MOSI（ SPI 總線主輸出口 /從輸入口） PB1 SCK(SPI 總線時(shí)鐘 ) PB0 SS(SPI 總線主從選擇 ) 埠 B，位 7—— OC2/OC1C OC2 比較輸出： PB7 腳作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的比較輸出。該引腳必須被配置成輸出（ DDB7=1），才能作為該功能使用。 OC2 引腳同時(shí)也能作為 PWM 模式輸出。 OC1C 比較 C 輸出： PB7 引腳還能作為定時(shí)器 /比較器 1 比較 C 的輸出。該引腳必須被配置成輸出（ DDB7=1），才能作為該功能使用。同時(shí) OC1C 也能作為 PWM 模式下的輸出使用。 埠 B，位 6—— OC1B 比較 B 輸出： PB6 引腳可以作為定時(shí)器 /比較器 1 的比較 B 輸出。該引腳必須被配置成輸出（ DDB5=1），才能作為該第二功能使用。 OC1B 引腳同時(shí)也能作為 PWM模式下的輸出引腳用。 埠 B，位 5—— OC1A 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 比較 A 輸出： PB5 引腳可以作為定時(shí)器 /比較器 1 的 比較 A 輸出。該引腳必被配置成輸出（ DDB5=1），才能作為 該第二功能使用。 OC1A 引腳同時(shí)也能作為 PWM 模式下的輸出引腳用。 AT90CAN128 的特點(diǎn) AT90CAN128 是一款低功率 CMOS 8 位的微處理器，它是基于 AVR 增強(qiáng)型 RISC結(jié)構(gòu)的。在一個(gè)時(shí)鐘周期里執(zhí)行強(qiáng)大功效的指令， AT90CAN128 可完成 1 MIP 每 MHz 的吞吐量，從而讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可對(duì)進(jìn)程速度進(jìn)行優(yōu)化功率消耗。 AVR 內(nèi)核結(jié)合了一個(gè)豐富的指令設(shè)置，有 32 個(gè)通用目標(biāo)工作寄存器。所有 32 個(gè)寄存器都直接和運(yùn)算器連接，兩個(gè)獨(dú)立的寄存器允許被在一個(gè)時(shí)鐘周期里執(zhí)行的一條單個(gè)指令訪問。這 種結(jié)構(gòu)比常規(guī)的微處理器更具有效率。 AT90CAN128 有以下特點(diǎn)： 128K 的內(nèi)部可編程 FLASH，具有可擦寫能力， 4K 的EEPROM， 4K 的 SRAM， 53 個(gè)通用目標(biāo) I/O 接口， 32 個(gè)通用目標(biāo)工作寄存器，一個(gè)CAN 控制器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC），四個(gè)靈活的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，具有比較輸出模式和 PWM，兩個(gè) USART，一位定向兩線串行接口，一個(gè) 8 信道 10 位的 ADC，一個(gè)可編程的帶有內(nèi)部震蕩器的看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串口， JTAG 測(cè)試接口，也可用于訪問片上調(diào)試系統(tǒng)和五個(gè)軟件選擇的省電模式。 空閑模式會(huì)關(guān)閉 CPU，但允許 SRAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器， SPI/CAN 口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存寄存器內(nèi)容，但停止震蕩器，禁止所有其它片上功能直到下一個(gè)中斷或者硬件復(fù)位。省電模式中，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)其它的器件處于休眠時(shí)允許用戶保留一個(gè)定時(shí)器。 ADC 噪聲消除模式關(guān)閉 CPU 和所有的 I/O 接口模塊（但除了異步定時(shí)器和 ADC），以此在 ADC 轉(zhuǎn)換期間使噪聲最小化。在備用模式中，晶體振蕩器運(yùn)行當(dāng)其它器件都休眠。 器件運(yùn)用 Atmel 公司的高密度非易失的存儲(chǔ)技術(shù)制造。片上 ISP FLASH 允許程序內(nèi)存被一個(gè)常規(guī)的非易失的儲(chǔ)存編程器或者一個(gè)在 AVR 內(nèi)核上運(yùn)行的片上啟動(dòng)程序，通過一個(gè)內(nèi)部 SPI 串行接口來重新編程。啟動(dòng)程序能用于任何接口在應(yīng)用 FLASH 儲(chǔ)存內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 器里來下載應(yīng)用程序。當(dāng)應(yīng)用 FLASH 部分被更新時(shí)，在啟動(dòng) FLASH 部分內(nèi)的軟件將繼續(xù)運(yùn)行，提供真正的讀寫操作。由于在一個(gè)單芯片上結(jié)合了一個(gè)帶有內(nèi)部可編程FLASH 的 8 位 RISC CPU， Atmel 的 AT90CAN128 可說是一個(gè)強(qiáng)大的微處理器，為眾多的嵌入式控制應(yīng)用器件提供了一個(gè)高度靈活和低費(fèi)用的解決方案。 AT90CAN128 AVR 可支持全套的編程和系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 編譯器，宏匯編，編程調(diào)試器 /仿真器，電路仿真器和成套工具。 PWM 的介 紹 PWM 的作用 脈寬調(diào)制 PWM 是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 簡(jiǎn)而言之， PWM 是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無 (OFF)。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。 PWM 信號(hào)是指脈沖寬度可以調(diào)整的信號(hào)。在 AT90CAN128 單片機(jī)中， PWM 信號(hào)可以由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生。 PWM 的原理 脈沖寬 度 調(diào) 制波通常由一列占空比不同的矩形 脈沖 構(gòu)成，其占空比與信 號(hào) 的 瞬時(shí) 采 樣 值成比例。 通常在 單 片機(jī)中集成有一 個(gè) 硬件式的可 輸 出 PWM 脈寬調(diào) 制信 號(hào) 的端口，利用它就可以 將數(shù) 字信 號(hào)轉(zhuǎn)換 成所希望的 電 流信 號(hào) 。 PWM 脈寬調(diào) 制信 號(hào) 是一種矩形波，它的 開啟時(shí)間 tp 與一 個(gè) 周期 T 的比是根據(jù) 數(shù) 字信 號(hào)變 化而 變 化的。 如果在 單 片機(jī)中即 沒 有 D/A 轉(zhuǎn)換電 路也 沒 有硬件式的可 輸 出 PWM 脈寬調(diào) 制信 號(hào)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 的端口，比如一些低成本的 RISC芯片就是 這樣 ，那么也可以通 過軟 件方式 產(chǎn) 生 這個(gè) PWM 信 號(hào) 并通 過編 程 讓 一 個(gè) I/O 輸 出端口作 為 PWM信 號(hào) 的 輸 出端。 對(duì) 此可以使用一 個(gè) 由 時(shí)鐘控制的中 斷 程序 來實(shí)現(xiàn) 。在一 個(gè) 周期 T 內(nèi) ，通 過軟 件方式使 I/O 輸 出端口 產(chǎn) 生一 個(gè)開啟和 關(guān)閉 的 PWM 信 號(hào) ，它的 脈沖寬 度 tp 是與 數(shù) 字化的 測(cè) 量信 號(hào) 值相 關(guān)聯(lián) 的。 單 片機(jī)的 I/O 輸 出端通常 輸 出的是分立的固有 脈沖頻 率（基 頻 ） f = 1/tCLK 的 電壓 值 U1（ U1= 或5V）并與 PWM 信 號(hào) 相適 應(yīng) ，所以此 時(shí) PWM 信 號(hào) 的 脈沖 幅值即振幅就是 U1。而我所使用的 AT90CAN128是有直接 輸 出的 PWM信 號(hào) ，所以不需要 進(jìn) 行 軟 件的控制。 開啟時(shí)間 tp 和周期 T 的比值 tp/T 可看作 為 占空比或工作比（如 圖 ）。占空比的變 化是與 經(jīng)單 片機(jī) 處 理的 測(cè) 量信息相 關(guān)聯(lián) 的。如果 該 信息具有 10 位的分辨率，那么周期 T應(yīng)滿 足 T= 1024 tCLK。 U ttt p t c l kT 圖 PWM脈沖寬度 tp定義示意圖 例如，如果一 個(gè) 十六 進(jìn) 制的信息 為 006A， 單 片機(jī)的固有 脈沖 周期 為 tCLK= 1μs，那么可得到相 應(yīng) 的 脈沖寬 度 為 tp= 106μs 的 PWM 信 號(hào) ，此 時(shí)單 片機(jī)的基 頻頻 率不分 頻 。如果微 處 理器有 10 位的分辨率，可以得到 占空比 為 t p/ T=106/1024? 參見圖 3． 3。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） TtclktptU1U1tU1tU1tTp = 1/10 TTp = 189。 TTp = 9/10 T 圖 PWM信號(hào)的不同占空比 參數(shù)變化和濾波電路的形 成 下面描述的 濾 波 電 路和元器件 數(shù) 值的 計(jì) 算是基于在 輸 出端 輸 出的是 經(jīng)單 片機(jī) 處 理后的 PWM 脈寬調(diào) 制信 號(hào) 。 為 了 將 PWM信 號(hào)轉(zhuǎn)換 成模 擬電壓 信 號(hào) ，通常由一 個(gè) 低通 濾 波器將 信 號(hào)進(jìn) 行算 術(shù) 平均值 處 理后取得的。此 時(shí) PWM 信 號(hào) 必 須滿 足 這個(gè) 準(zhǔn)