【正文】 在串口通信上還需要進一步改進PC機與單片機遠距離通信，即單片機放在現(xiàn)場，通過導線傳輸信息，PC機放制室進行控制。例如：此系統(tǒng)的單一工作能力很好，但是不能夠與多臺配料秤共同協(xié)作，系統(tǒng)的聯(lián)機性有待開發(fā)。特別是單片機具有體積小，重量輕的優(yōu)勢，可以把單片機使用在操作人員不能接觸的環(huán)境，代替工人來操作。在當今電子技術快速發(fā)展的時代，單片機技術日趨成熟完善，而單片機的功能多，價格也越來越適合于普遍使用。此系統(tǒng)整體結構完整，系統(tǒng)的可靠性能高、構成簡單、功能集中、實時性強、性價比高，并且充分采用了當前先進的控制技術，檢測技術、單片機技術以及相關的理論。同時計算Vi值去控制滑差電機，使瞬時流量盡可能跟隨設定值，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。若報警條件滿足。在調(diào)用顯示子程序時，顯示器將以“**.***”的形式顯示。（2）用PID調(diào)節(jié)子程序在流量測試的基礎上，把流量設定值和實際測試得到的瞬時流量值進行比較，計算出誤差，再用增量式PID調(diào)節(jié)算法計算出輸出控制量，控制滑差電機的速度，從而實現(xiàn)流量控制。為了提高控制精度，采用三字節(jié)浮點數(shù)的加、減、乘等算法進行計算。其轉換過程如下:（1）將雙字節(jié)壓縮BCD碼轉換為4個單字節(jié)BCD碼，并擴大100倍，即把兩個字節(jié)全看作整數(shù)；（2）調(diào)用4位十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)的子程序，將數(shù)據(jù)轉換為二進制形式；（3）調(diào)用雙字節(jié)整數(shù)(二進制數(shù))轉換為三字節(jié)浮點數(shù)的子程序，將數(shù)據(jù)轉換為三字節(jié)浮點數(shù)形式；（4）用浮點數(shù)除法子程序除以100(同樣要化為浮點數(shù))，即可得到所需的浮點數(shù)。由于計算過程中出現(xiàn)了三次方，加上PID調(diào)節(jié)精度要求較高，因而編程軟件計算過程中均采用三字節(jié)浮點數(shù)。（3）在進行程序設計時，定時器1以方式1(16位計數(shù)器模式)工作，則定時器方式選擇寄存器TMOD中的M1M0＝01B，T法測速時采用門控方式，GATE＝1。其中f為頻率，p為脈沖發(fā)生器每秒輸出的脈沖數(shù)，在本系統(tǒng)中f＝500 kHz，p＝600；m為計數(shù)器1測出的機器周期數(shù)，即門控方式下的正脈沖寬度，將其代入公式即可算出轉速。用一個計數(shù)器對已知頻率的時鐘脈沖進行計數(shù)，利用時鐘頻率和計數(shù)值可以求出時間，繼而算出轉速的測量值。這一正脈沖寬度與我們所檢測的走速是相關的，這是T法測速原理計算線速度的典型應用。將TMOD的最高位GATE置1，這樣當TR1為1(開定時器1)時，定時器的起停將由INT1控制：當INT1為高電平時啟動計數(shù)，為低電平時停止計數(shù)。采樣程序工作過程如下：（1）啟動ADC0809將荷重信號轉換為數(shù)字量，再減去執(zhí)行Z鍵后所得到的皮帶自重，將其(皮帶單位長度上的瞬時重量)存入固定單元，為后面計算F(t)做準備。運行管理程序流程圖如圖44所示：圖44：運行管理程序流程圖本系統(tǒng)采樣周期為2s，用延時程序實現(xiàn)。如果設定值已經(jīng)輸入，則轉去執(zhí)行本系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)運行管理程序。當鍵值為14時，執(zhí)行運行鍵RUN，即配料系統(tǒng)在按下RUN鍵后進入運行狀態(tài)。將00H送DAC 0832，則D/A轉換后的模擬量為0，電機就停止轉動，起到了STOP鍵的功能。STOP鍵的功能是當系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，按下該鍵，使系統(tǒng)停止工作。在正式運行中，荷重傳感器輸出的是毛重信號，計算時應扣除皮帶自重。Z鍵是校零鍵，它是測試輸送皮帶自重的專用鍵。在調(diào)試過程中，MON鍵用得非常頻繁，修改參數(shù)或輸入命令鍵出錯時可按MON鍵退回到初始狀態(tài)。按下該鍵后，6個LED中最右邊的顯示器顯示提示符“P”，其他5個顯示器全熄滅。S鍵處理流程圖見圖43。S鍵是用戶設定流量的專用鍵。WR鍵處理流程圖見圖42。在輸入系數(shù)的同時，應按照P、I、D、a、b、c、d轉速系數(shù)的順序依次送入相對應的數(shù)據(jù)。流量設定值是一個兩位數(shù)，P、I、D、a、b、c、d轉速系數(shù)是4位數(shù)，其格式為前兩位是整數(shù)位，后兩位是小數(shù)位。 WR鍵處理當按下的鍵值為10時，代表WR鍵。當?shù)诙€鍵按下時，跳過DISP1使顯示緩沖區(qū)正確移位，即執(zhí)行DISP2程序。顯示程序的設計思想是將顯示緩沖區(qū)中的顯示數(shù)每次順序向高位移一位，把剛掃描到按鍵的鍵值送給最低位。若按鍵值小于10，則為數(shù)字鍵，調(diào)用顯示子程序顯示。其中，第一行的行值是00H（=0），第二行的行值為08H（=0）。當不為0時，則第一列沒有鍵按下，然后繼續(xù)掃描第二列。此時74LS164逐次輸出對應的值。再次整體掃描，進行第二次判斷以消除干擾。，、當為0時表示有鍵按下。逐列掃描時，先得出按鍵所在列，然后經(jīng)過掃描得出行值，行值加列值就得到按鍵的鍵值。下面以簡表的形式，把需要初始化的單元羅列出來，并對存放的數(shù)據(jù)及初始化狀態(tài)逐一做出介紹，見表41。程序設計要完成的內(nèi)容如下：（1）當單片機控制電機啟動時，首先系統(tǒng)需要進入初始化過程，使系統(tǒng)恢復初始狀態(tài)；（2）系統(tǒng)初始化后，按下鍵盤上的開始鍵，則系統(tǒng)開始工作；（3）系統(tǒng)正常工作后，單片機開始進行信號的采集和處理，將檢測到的重量、轉速、電流信號進行A/D轉換，并輸入到單片機，然后將采集到的信號計算得出瞬時流量并在數(shù)碼管上顯示出來；（4）本系統(tǒng)主要的目的是根據(jù)皮帶傳輸系統(tǒng)上的物料重量來自動控制調(diào)節(jié)物料的輸送速度，從而使得皮帶傳輸系統(tǒng)上的物料重量可以保持在一定的范圍之內(nèi)。每個模塊的程序調(diào)試成功后，最后將各個模塊連接在一起進行總調(diào)得到所需程序。該系統(tǒng)采用模塊化程序設計技術編寫監(jiān)控軟件。第4章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)軟件設計經(jīng)過以上分析和完成整個皮帶配料秤控制系統(tǒng)的硬件電路后，該系統(tǒng)需要通過軟件設計編程使得系統(tǒng)的每個部分按照特定的方式自動運行，實現(xiàn)各個控制環(huán)節(jié)的實時管理和控制。 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——比例系數(shù)；I——積分系數(shù)；D——微分系數(shù)。采用增量PID調(diào)節(jié)算法，計算輸出到DAC0832的Vi (數(shù)字量)，經(jīng)DAC0832變換為4～20 mA的電流信號，經(jīng)過放大后去控制滑差電機的轉速。 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。 本系統(tǒng)中P(t)為荷重傳感器電壓輸出信號的函數(shù)，因為存在著非線性，故可近似由三次多項式表示為： （35）式中：P(t)為單位長度上物料的瞬時重量； x(t)為荷重傳感器在時刻t輸出的電壓信號經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字量； a、b、c、d為線性轉換系數(shù)。系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖如圖312所示。12V直流穩(wěn)壓電源如圖310所示，+5V直流穩(wěn)壓電源如圖311所示。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。簡單的穩(wěn)壓電路可采用穩(wěn)壓管來實現(xiàn)，在穩(wěn)壓性能要求較高的場合，可采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路（包括基準電壓、取樣電路、放大電路和調(diào)整管部分）。這樣通過電容的反復充放電實現(xiàn)了濾波作用。在脈動直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。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。由于四個整流二極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。典型的如橋式整流電路。經(jīng)過變壓器變壓后的仍然是交流電，需要轉換為直流電才能提供給后級電路，這個轉換電路就是整流電路。目前，也有部分電路不用變壓器，利用其他方法降壓或升壓。一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需喲通過電源變壓器降壓后，在對交流電壓進行處理。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。直流電源為單相小功率電源，它將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。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。此時若電樞被鼠籠式異步電動機拖著旋轉，那么它便切割磁場相互作用，產(chǎn)生轉矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉，前者的轉速低于后者，因為只有當電樞與磁場存在著相對運動時，電樞才能切割磁力線。主動部分和從動部分在機械上無任何聯(lián)系。電磁滑差離合器包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。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。圖39：單相橋式PWM逆變電路電磁調(diào)速異步電動機又稱滑差電機，它是一種利用直流電磁滑差恒轉矩控制的交流無級變速電動機。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。模擬電路構成的PWM調(diào)制器通常由三角波（或鋸齒波）發(fā)生器和比較器組成，這種電路適用于控制信號為模擬信號的場合。圖38：D/A轉換原理圖 D/A轉換過程如下：（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)滑差電機的轉速，使物料流量穩(wěn)定在預定的設定值。8位DA寄存器接成直通方式，即把及都接地。Vcc和ILE接＋5V,8051的與DAC0832的相連，Vss與、DGND相連后接地。由于DAC0832內(nèi)部已設有輸入數(shù)據(jù)寄存器,因而可以直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連,并且作為單片機的外部數(shù)據(jù)存儲單元。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轉換。：（1）D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns；（2）ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；（3）CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；（4）WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片，與微處理器完全兼容。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，驅動揚聲器發(fā)音。所以應先將P1口置為高電平，再經(jīng)過反向器封閉震蕩器。報警電路原理圖如圖37。當系統(tǒng)工作正常時，禁止震蕩脈沖在與非門輸出，此時揚聲器關閉。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。當超限三次后，就需要系統(tǒng)發(fā)出報警。一般用5V。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，以防引入干擾；6腳：高觸發(fā)端TH；7腳：放電端。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。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。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)。它提供兩個基準電壓VCC /3和2VCC /3。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。555 定時器的電源電壓范圍寬，~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。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。LED顯示器采用共陽極連接，動態(tài)顯示方式。7407是集電極開路高電壓輸出的六緩沖器、驅動器，其功能是對74LS164輸出的斷碼信號進行放大，驅動LED顯示，需要通過上拉電阻接高電平。具體的形式是：在鍵掃描時，74LS164提供列值；整體掃描時，74LS164輸出00H；逐列掃描時，74LS164輸出為FEH，F(xiàn)DH，F(xiàn)BH，F(xiàn)7H，EFH，DFH，BFH，7FH。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。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不能懸空。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。這種方式在程序設計時與并行動態(tài)掃描編程方法類似，但需要加入如下的處理：對8051的串行口進行初始化編程和待顯示的數(shù)據(jù)只要送入串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，串行口就立刻自動將數(shù)據(jù)輸出。74LS164接受RXD端串行輸出的待顯示數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)需要顯示的數(shù)據(jù)較少，故采用串行動態(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。鍵盤顯示器接口電路見圖36。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。靜態(tài)顯示要求外部有鎖存器，CPU輸出待顯示數(shù)據(jù)后，鎖存器將數(shù)據(jù)保存，直至再送新的顯示數(shù)據(jù)為止。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。系統(tǒng)配有6位共陽極LED顯示器，運行時可實時顯示瞬時流量。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。在每點亮一個顯示器之后，必須稍停一段時間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后輪流