【正文】 時(shí)間 1us以下 啟動(dòng) 力矩 ㎡ 允許最高轉(zhuǎn)數(shù) 6000r/min 軸允許力 徑向： 30N軸向： 20N 環(huán)境濕度范圍 35～ 85%RH（不結(jié)露） 絕緣電阻 30MΩ以上（ DC500V兆歐表） 耐電壓 AC500V 50/60Hz 震動(dòng)耐久 10～ 500HZ、在 Hz 保護(hù)回路 負(fù)載短路保護(hù) 環(huán)境溫度范圍 運(yùn)動(dòng)： 10~+70℃保存： 25~+85℃ 沖擊耐久 1000m/s2X、 Y、 Z方向 保護(hù)結(jié)構(gòu) IEC規(guī)格 IP50 連接方式 導(dǎo)線引出式 材質(zhì) 外殼： ABS本體：鋁軸： SUS420J2 質(zhì)量 約 100g 輸出容量 30V DC以下 35mA以下 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 17 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件概述 數(shù)據(jù)采集電路是系統(tǒng)的主要硬件部分，將稱重傳感器 0~20mV 的輸出信號(hào)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 24位精度的數(shù)字信號(hào)，即 000000H~FFFFFFH 中的一個(gè)值，然后送入單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集工作完成后，由通信接口將 24位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和脈沖計(jì)數(shù)值送入上位機(jī)，在上位機(jī)中完成數(shù)據(jù)的量化和最終計(jì)算， 實(shí)時(shí)顯示計(jì)算結(jié)果，并且存入數(shù)據(jù)庫(kù)。 Altium Disigner Sumer 08 是美國(guó) Altium 公司開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)電路板軟件 Protel 的升級(jí)版本，沿襲了 Protel 以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與 Protel DXP 大體相同，為了適應(yīng)目前高密度和信號(hào)高速度的要求新增加了一些功能模塊。 系 統(tǒng)微處理器 由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求的芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（ RAM）和程序存儲(chǔ)空間（ ROM）都較小，固微處理器選擇 AT89S52 芯片。它是一種低功耗、高性能的微處理芯片。 功能特 性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 18 18 引腳功能描述 圖 41AT89S52引腳圖 AT89S52 VCC : 電源 GND: 地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。對(duì) P0 端口寫 “1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì) P1 端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí) 可以作為輸入 口使用。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的觸發(fā)輸入（ ）。 引腳號(hào)第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的 捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩 沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因， 將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上 拉發(fā)送 1。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信 號(hào)。對(duì) P3 端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能。 系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 本系統(tǒng)稱重傳感器輸出的信號(hào)為模擬量，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行記錄和處理，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換部件為本系統(tǒng)的重要部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量精度都會(huì)產(chǎn)生影響。 固本系統(tǒng)采用精度為 24位的 AD7730 芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。 %?！?△類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置同時(shí)具備反饋比較和雙積分式兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，以電荷平衡式數(shù)模轉(zhuǎn)換器改良而成，∑ △類型數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置去掉了在電荷平衡式模數(shù)轉(zhuǎn)換器中使用的復(fù)雜的穩(wěn)定式電路，取而代之為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的 D 觸發(fā)器，這種設(shè)計(jì)使∑ △類型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件自身的電路組成對(duì)元件的精度要求降到了一個(gè) 很低的層面。∑ △類型是一個(gè)閉環(huán)的連續(xù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所以對(duì)自身電路元器件的精度要求低于雙積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，漂移與失調(diào)不會(huì)影響轉(zhuǎn)換的精度。 ∑ △技術(shù)將量化噪聲移到了系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換頻帶之外，所以 AD7730 抗干擾能力強(qiáng)，適用于低頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 AD7730 的工作原理 設(shè) fs 為采樣頻率，該芯片采集稱重傳感器的模擬信號(hào)時(shí)采用 k倍過(guò)采樣頻率 kfs，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 20 內(nèi)部通過(guò)信噪整形電路將 fs/2信帶寬度內(nèi)的大量量化信噪移除模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻帶，即移至 fs/2 至 kfs/2 之間的頻帶，從而使得系統(tǒng)量化信噪降低到之前的 1 k。使用的采用率應(yīng)高于兩倍輸入信號(hào)頻率，即 fs2fa，并且應(yīng)符合 Nyquist 采樣定律的原則。 AD7730 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 42 AD7730內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AD7730 內(nèi)部包含 24 位∑ △模數(shù)轉(zhuǎn)換器、雙路差分模擬輸入通道、校正微型處理器、雙向串行輸入輸出端口、兩級(jí)可編程控制的數(shù)字濾波器和十三個(gè)功能控制寄存器。 其內(nèi)部的雙路差分模擬輸入通道，可以通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的功能寄存器的方式 達(dá)到量程編程控制，傳感器的量程可設(shè)置為四種單極性模擬信號(hào)以及四種雙極性模擬信號(hào)范圍，分別為： 0~+10mV、 0~+20mV、 0~+40mV、 0~+80mV、177。 20mV、177。 80mV，而且可以根據(jù)實(shí)際輸入的傳感器模擬信號(hào)電壓幅度的不同改變量程。 AD7730 的 DAC的失調(diào)值較大，對(duì)于輸出信號(hào)的抵消電壓范圍可達(dá)177。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 21 21 通過(guò)串行口寫 AD7730 的功能寄存器時(shí)，首先要寫輸入移位寄存器。直到輸入移位寄存器鎖存的位數(shù)等于要寫入的功能寄存器所規(guī)定的位數(shù)時(shí)，寄存器值才 從輸入移位寄存器移入相應(yīng)的片內(nèi)功能寄存器。 圖 43 AD7730的讀寫時(shí)序圖 通過(guò)串行口讀 AD7730 的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 或寄存器值時(shí)，片內(nèi)相應(yīng)寄存器的內(nèi)容會(huì)先寫入到輸出移位寄存器。 SCLK 時(shí)鐘為下降沿時(shí)，輸出數(shù)據(jù)由輸出移位寄存器轉(zhuǎn)移到 AD7730 的串行口輸出引腳 DOUT 鎖存， SCLK 時(shí)鐘為上升沿時(shí)，鎖存在 DOUT 的數(shù)據(jù)按位讀入到單片機(jī)中。單片機(jī)使用查詢方式來(lái)控制 AD7730 芯片，單片機(jī)的 、 、 、 引腳分別連接AD7730 的 SCLK、 CS、 DOUT、 DIN 引腳。當(dāng)加在 RDY引腳上的電壓為高電平時(shí)， AD7730 進(jìn)行數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)更新，禁止傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集電路通信接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)采集和計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí) 時(shí)顯示、數(shù)據(jù)保存等功能。 串口通信 CPU 采用兩種基本方式與外部通信，一種是一位一位順序傳輸?shù)拇型ㄐ?，一種是數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳輸?shù)牟⑿型ㄐ?。本系統(tǒng)對(duì)傳輸?shù)乃俣纫蟛桓撸以趯?shí)際環(huán)境中可能需要傳輸較遠(yuǎn)距離，綜合功能和成本考慮使用串行通信方式。同步通信傳輸速率高，硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，異步通信方式使用普遍，傳輸速率在 50 到 19200 波特之間。比較兩種串行通信方式，由于本系統(tǒng)對(duì)通信速度要求不高，所以選擇異步通信方式。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn) RS232C是在串行異步通信方式中使用最為廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)，是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）公布的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。雖然 RS232C 設(shè)計(jì)了 25個(gè)引腳，但對(duì)于一般的串行雙向通信，只用到串行口輸入引腳TXD、串行口輸出引腳 RXD 和接地引腳 GND。由于計(jì)算機(jī)接口芯片和接口電路大部分采用 CMOS 和 TTL 電平，所以在串行通信之前，必須先轉(zhuǎn)換電平，使之與 CMOS 和 TTL 電平相匹配。 MAX232 芯片簡(jiǎn)介 MAX232是美國(guó) MAXIM公司專為 RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的低功耗、單電源發(fā)送接收器。 10V 電源，所以 MAX232 芯片完成 RS232C 與 CMOS 和 TTL 的電平轉(zhuǎn)換只需要 +5V 電源即可，從而打破了177。 串口通信接口電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的串口通信接口電路原理圖如圖 45 所示。圖中 C C C C9 為 MAX232 芯片內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需要的 4個(gè)電解電容，最好選用鉭電容，盡量靠近芯片焊接，取值大小均為 1uF/25V。因此單片機(jī)的串行口接收引腳 RXD應(yīng)接 MAX232 的 R1OUT、 R2OUT引腳，單片機(jī)的串行口發(fā)送引腳 TXD 應(yīng)接 MAX232 芯片的的 T1IN、 T2IN 引腳。 圖 45通信接口電路原理圖 程序下載線連接 AT89S52 的 ISP接口設(shè)計(jì)如圖 46所示。 ISP 是最先由Lattiee 公司提出的一種技術(shù)，是通過(guò)同步串行方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其可編程邏輯器件的重配置，它的實(shí)現(xiàn)一般只需要少量的外部電路輔助。已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP方式擦除或再編程。 傳感器接口設(shè)計(jì) 懸梁 式稱重傳感器有四條接線，紅色為激勵(lì)正（ EXC+），接 10V電源，黑色為激勵(lì)負(fù)（ EXC）接地，綠色為信號(hào)正（ SIG+）接入 AD7730 的 ANI（ +）引腳，白色為信號(hào)負(fù)（ SIG）接入 ANI（－）引腳，之間串聯(lián) 10K 限流電阻。 圖 47編碼器與和稱重傳感器的接口電路 E6B2CWZ6C 編碼器正常工作的激勵(lì)電壓為 5~24V DC，激勵(lì)電壓的選擇直接關(guān)系到數(shù)據(jù)脈沖的電壓值。 E6B2CWZ6C 編碼器有 6條接線，褐色為 VCC，黑色為 A 相輸出，白色為 B相輸出，橙色為 Z相輸出，藍(lán)色為 0V，最后一條為屏蔽線 GND。 Z 相為零脈沖信號(hào)，碼盤每轉(zhuǎn)一周變化一次。使用單片機(jī)的外部中斷 INT0，以邊沿觸發(fā)方式對(duì) A 相輸出的脈沖計(jì)數(shù)。 PROFIBUS 的開(kāi)發(fā)始于 1987 年， 1989 年立項(xiàng)為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN19245（ Deutsche industrial Norman）， 1996 年 3 月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170（ European Standard），并于 2020 年成為 IEC61158（ International Electro technical Commission）。 PROFIBUS 的用戶組織 PI（ PROFIBUS INTERNATIONAL）成立于 1995 年，在 30 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有地區(qū)性的 PROFIBUS 用戶組織，會(huì)員眾多?？傊?， PROFIBUS 是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開(kāi)放的數(shù)字通信系統(tǒng)，適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格和可靠性要求高的各種通信任務(wù)。 PROFIBUS 由三種兼容的通信協(xié)議類型組成，即 PROFIBUSDP、 PROFIBUSPA 和 PROFIBUSFMS（ Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范）。 RS485 采用平衡差分傳輸方式，在一個(gè)兩芯卷繞且有屏蔽層的雙絞電纜上傳輸大小相同而方向相反的電流，以削弱工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)噪聲，且避免多個(gè)節(jié)點(diǎn)間接地電平差異的影響。各個(gè)設(shè)備均連在具有線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的總線上。當(dāng)設(shè)備數(shù)目多于 32 時(shí)，或擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍時(shí)，可以使用中繼器連接各個(gè)不同的網(wǎng)段。它可以采用標(biāo)準(zhǔn)的 DIN軌道安裝方式，采用直流 24V 電源供電，符合工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)要求。是為滿足國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工控產(chǎn)品制造商在 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的推廣需求而專門設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。該系列的產(chǎn)品具有獨(dú)特的設(shè)備數(shù)據(jù)綜合描述軟件，使用戶利用 PC就能輕松設(shè)置從站地址、識(shí)別碼、輸入輸出長(zhǎng)度等信息，還可讀取 相關(guān)信息，并能自動(dòng)生成 GSD文件，使設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中更加智能化，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成能力，更突出本產(chǎn)品的可維護(hù)性、高集成性、互操作性和開(kāi)放性。著重闡述了基于AD7730 芯片的稱重傳感器數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這是硬件設(shè)計(jì)的核心功能部分。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 28 5 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 前面章節(jié)已經(jīng)介紹了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集硬件 電路的設(shè)計(jì)，本章開(kāi)始介紹系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)與編寫。目前使用最多的單片機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言和 C51 語(yǔ)言，這兩種語(yǔ)言都有良好的編譯器支持，使用廣泛。本系統(tǒng)由于涉及的功能模塊較多，所以單片機(jī)軟件主要采用 C51 語(yǔ)言編寫。 Keil C51 開(kāi)發(fā) 工具介紹 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司推出的 51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 目前已經(jīng)達(dá)到 uVision3 版本，版本號(hào)為 。值得一提的是，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 Keil C51 能夠?qū)?51 系列單片機(jī)以及 51 系列兼容的絕大部分類型的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 Keil C51 是一個(gè)非常優(yōu)秀的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，受到廣大單片機(jī)設(shè)計(jì)者的青睞。 該軟件完成的任務(wù)是：通過(guò) AD7730 轉(zhuǎn)換模塊采集稱重傳感器電橋輸出的電壓信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換得到的 24位數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)由脈沖計(jì)數(shù)模塊完成 對(duì)測(cè)速傳感器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)通過(guò)串行通信模塊將 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和脈沖計(jì)數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行最終處理。但是，目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)數(shù)量少，精度低，功能單一 且缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的支持，不能滿足工業(yè)一體化的需求，給廠礦企業(yè)的稱重管理帶來(lái)了極大的不便，同時(shí)也帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失