【文章內(nèi)容簡介】 通過圓盤給料機和料倉給料器與集料皮帶機之間安裝調(diào)試好的電子配料皮帶秤稱量檢測，以及配料皮帶測速編碼器 (傳感器 )測量皮帶運輸原料速度的檢測，稱重儀表采集測量皮帶秤上每單位長度的載荷值 q(kg/m)以及皮帶在同一時 刻的運行速度 v(m/s)，且兩者相乘得到物料的瞬時流量 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，每一個稱重控制都是一個“小死循環(huán)”控制系統(tǒng)。稱重儀表檢測并運算 q(t) V(t)的乘積與流量設(shè)定值（上位機給定或儀表鍵 盤給定）進行比較，然后進行 PID 運算 ,，得出相應(yīng)的輸出頻率信號到變頻器，實現(xiàn)自動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)計說明書（畢業(yè)論文） 實現(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傳輸采用 差分頻率信號傳輸技術(shù) ,具有極強的抗干擾能力和遠傳能力 ,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)控計算機采用 CAN 總線通信方式，信號傳輸?shù)目焖賹崟r性更高、抗 干擾更強、可靠性更高，保證配料精度和穩(wěn)定性。 配料秤有補償功能，即皮帶本身影響自動補償功能。能在配料秤正常生產(chǎn)運行過程中，連續(xù)不斷地測量皮帶本身實際重量的變化 (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)生的對稱重傳感器的外部影響 )，并隨時進行精確補償，因而其動態(tài)測量精度要比一般設(shè)備廠家的配料秤動態(tài)測量精度高。 計 算機 監(jiān) 控部分 該 計算機 采用品牌機作為控制計算機 , 系統(tǒng)軟件是在 Win2020 操作平臺下 ,用組態(tài)王（或 ）開發(fā)研制的通 用應(yīng)用程序，整個程序兼顧鼠標(biāo)和鍵盤操作。各種操作接口、數(shù)據(jù)顯示及打印管理 ,用戶可方便進行各種資料的修改操作 ,運行數(shù)據(jù)的圖形顯示及打印各種報表。工藝流程動畫顯示美觀大方 ,友好的操作接口，簡單易學(xué) ,其功能如下： 顯示功能 1)該系統(tǒng)能顯示整個配料工藝及流程畫面 。 2)顯示各設(shè)備瞬時運行情況 。 3) 顯示各臺秤的給定流量、實際流量、下料累計量，顯示各種原料的瞬間下料量、總流量及總累計量。 4)具有系統(tǒng)報警功能。 操作及控制功能 該系統(tǒng)利用操作提示菜單方便、簡單，快速引導(dǎo)進行系統(tǒng)操作。其功能如下 : 1)能實現(xiàn)變頻器的遠程操作 (啟停、手自動轉(zhuǎn)換、單動 )； 2)能快速修改各臺電子秤的計量參數(shù)及 換倉后各物料吸收系數(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)計說明書（畢業(yè)論文） 4) 根據(jù)工藝要求，可隨時、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 ,可方便的變更水分組和手動輸入各物料的水分變化量。 6)根據(jù)現(xiàn)場實際需要，可對打印時間間隔、報警時間進行設(shè)置 。 報警功能 1)當(dāng)系統(tǒng)各測量單元出現(xiàn)故障時 ,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)空倉或園盤給 料機堵料而無法下料時 ,工藝流程畫面報警提醒用戶及時處理。 變頻 控制部分 皮帶電機采用流量死循環(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。將每臺變頻器集中在變頻電控制柜中。正常工作時，稱重儀表 PID 的輸出控制變頻器的輸出頻率，檢修調(diào)試時，按鈕點動控制變頻器的輸出頻率。 現(xiàn)場操作箱 調(diào)試或現(xiàn)場檢修時，通過現(xiàn)場操作箱實現(xiàn)單機的正反運行。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 第三章 硬件設(shè)計 單 片機 AT90CAN128 單 片機 AT90CAN128 的 結(jié) 構(gòu) 單片機 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)計說明書（畢業(yè)論文） AT90CAN128 的部分引 腳介紹 本次試驗主要是以 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 腳作為定時器 /計數(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 引腳同時也能作為 PWM 模式輸出。 OC1C 比較 C 輸出： PB7 引腳還能作為定時器 /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 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)計說明書（畢業(yè)論文） 比較 A 輸出： PB5 引腳可以作為定時器 /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 引腳同時也能作為 PWM 模式下的輸出引腳用。 AT90CAN128 的特點 AT90CAN128 是一款低功率 CMOS 8 位的微處理器，它是基于 AVR 增強型 RISC結(jié)構(gòu)的。在一個時鐘周期里執(zhí)行強大功效的指令， AT90CAN128 可完成 1 MIP 每 MHz 的吞吐量，從而讓系統(tǒng)設(shè)計者可對進程速度進行優(yōu)化功率消耗。 AVR 內(nèi)核結(jié)合了一個豐富的指令設(shè)置，有 32 個通用目標(biāo)工作寄存器。所有 32 個寄存器都直接和運算器連接，兩個獨立的寄存器允許被在一個時鐘周期里執(zhí)行的一條單個指令訪問。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： 128K 的內(nèi)部可編程 FLASH，具有可擦寫能力， 4K 的EEPROM， 4K 的 SRAM， 53 個通用目標(biāo) I/O 接口， 32 個通用目標(biāo)工作寄存器，一個CAN 控制器，實時時鐘（ RTC），四個靈活的定時 /計數(shù)器，具有比較輸出模式和 PWM，兩個 USART，一位定向兩線串行接口，一個 8 信道 10 位的 ADC，一個可編程的帶有內(nèi)部震蕩器的看門狗定時器，一個 SPI 串口， JTAG 測試接口，也可用于訪問片上調(diào)試系統(tǒng)和五個軟件選擇的省電模式。 空閑模式會關(guān)閉 CPU，但允許 SRAM，定時 /計數(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中斷或者硬件復(fù)位。省電模式中，異步定時器繼續(xù)運行，當(dāng)其它的器件處于休眠時允許用戶保留一個定時器。 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，晶體振蕩器運行當(dāng)其它器件都休眠。 器件運用 Atmel 公司的高密度非易失的存儲技術(shù)制造。片上 ISP FLASH 允許程序內(nèi)存被一個常規(guī)的非易失的儲存編程器或者一個在 AVR 內(nèi)核上運行的片上啟動程序，通過一個內(nèi)部 SPI 串行接口來重新編程。啟動程序能用于任何接口在應(yīng)用 FLASH 儲存內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（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，在啟動 FLASH 部分內(nèi)的軟件將繼續(xù)運行，提供真正的讀寫操作。由于在一個單芯片上結(jié)合了一個帶有內(nèi)部可編程FLASH 的 8 位 RISC CPU， Atmel 的 AT90CAN128 可說是一個強大的微處理器，為眾多的嵌入式控制應(yīng)用器件提供了一個高度靈活和低費用的解決方案。 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)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 簡而言之， PWM 是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM 信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，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載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。 PWM 信號是指脈沖寬度可以調(diào)整的信號。在 AT90CAN128 單片機中， PWM 信號可以由單片機內(nèi)部的定時器產(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 的 瞬時 采 樣 值成比例。 通常在 單 片機中集成有一 個 硬件式的可 輸 出 PWM 脈寬調(diào) 制信 號 的端口，利用它就可以 將數(shù) 字信 號轉(zhuǎn)換 成所希望的 電 流信 號 。 PWM 脈寬調(diào) 制信 號 是一種矩形波，它的 開啟時間 tp 與一 個 周期 T 的比是根據(jù) 數(shù) 字信 號變 化而 變 化的。 如果在 單 片機中即 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 號內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（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 PWM 信 號 并通 過編 程 讓 一 個 I/O 輸 出端口作 為 PWM信 號 的 輸 出端。 對 此可以使用一 個 由 時鐘控制的中 斷 程序 來實現(xiàn) 。在一 個 周期 T 內(nèi) ，通 過軟 件方式使 I/O 輸 出端口 產(chǎn) 生一 個開啟和 關(guān)閉 的 PWM 信 號 ，它的 脈沖寬 度 tp 是與 數(shù) 字化的 測 量信 號 值相 關(guān)聯(lián) 的。 單 片機的 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 相適 應(yīng) ，所以此 時 PWM 信 號 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 ，所以不需要 進 行 軟 件的控制。 開啟時間 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 處 理的 測 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 十六 進 制的信息 為 006A， 單 片機的固有 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 ，此 時單 片機的基 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)計說明書（畢業(yè)論文） TtclktptU1U1tU1tU1tTp = 1/10 TTp = 189。 TTp = 9/10 T 圖 PWM信號的不同占空比 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 算是基于在 輸 出端 輸 出的是 經(jīng)單 片機 處 理后的 PWM 脈寬調(diào) 制信 號 。 為 了 將 PWM信 號轉(zhuǎn)換 成模 擬電壓 信 號 ，通常由一 個 低通 濾 波器將 信 號進 行算 術(shù) 平均值 處 理后取得的。此 時 PWM 信 號 必 須滿 足 這個 準(zhǔn)