【正文】 51的與DAC0832的相連，Vss與、DGND相連后接地。本系統(tǒng)DAC0832工作于單緩沖方式，只用輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)。8位DA寄存器接成直通方式，即把及都接地。 D/A轉(zhuǎn)換原理圖見(jiàn)圖38。圖38：D/A轉(zhuǎn)換原理圖 D/A轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：（1）數(shù)據(jù)采集后送入CPU進(jìn)行處理，計(jì)算出瞬時(shí)流量，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)PID調(diào)節(jié)送出控制變量Vi；（2）CPU對(duì)DAC0832進(jìn)行一次寫(xiě)操作，把一個(gè)數(shù)字量直接寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬量；（3）DAC0832的兩個(gè)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(guò)放大后接可控硅控制板，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)定的設(shè)定值。 電機(jī)調(diào)速控制電路在晶體管功率放大和電源電路中，脈沖寬度調(diào)制器以其功耗低、效率高得到了廣泛的應(yīng)用。模擬電路構(gòu)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(hào)為模擬信號(hào)的場(chǎng)合。在本次設(shè)計(jì)中采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)制法是把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)信號(hào)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。單相橋式PWM逆變電路如圖39所示。圖39：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變電路電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)滑差電機(jī)，它是一種利用直流電磁滑差恒轉(zhuǎn)矩控制的交流無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開(kāi)滑、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點(diǎn)。電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線圈勵(lì)磁電流的裝置。電磁滑差離合器包括電樞、磁極和勵(lì)磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱(chēng)主動(dòng)部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱(chēng)從動(dòng)部分。主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在機(jī)械上無(wú)任何聯(lián)系。當(dāng)勵(lì)磁線圈通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對(duì)磁極。此時(shí)若電樞被鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動(dòng)部分的磁極便跟著主動(dòng)部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁場(chǎng)存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的原理沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場(chǎng)則由勵(lì)磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。在本次設(shè)計(jì)中選擇YC290L42電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)作為皮帶配料秤控制電機(jī)。在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。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(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。具體步驟為交流電網(wǎng)220V的電壓通過(guò)電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。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(guò)電源變壓器降壓后，在對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。目前，也有部分電路不用變壓器，利用其他方法降壓或升壓。所以變壓器將220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，然后送給整流電路。經(jīng)過(guò)變壓器變壓后的仍然是交流電，需要轉(zhuǎn)換為直流電才能提供給后級(jí)電路，這個(gè)轉(zhuǎn)換電路就是整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電特性，將方向變化的交流電整流為直流電。典型的如橋式整流電路。這種整流電路使用普通的變壓器，但是比全波整流多用了兩個(gè)整流二極管。由于四個(gè)整流二極管連接成電橋形式，所以稱(chēng)這種整流電路為橋式整流電路。交流電經(jīng)過(guò)整流后得到的是脈動(dòng)直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接用作電子電路的電源。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。之所以使用電容濾波電路是利用電容的充放電原理來(lái)達(dá)到濾波的作用。在脈動(dòng)直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動(dòng)直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時(shí)間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。在C1還沒(méi)有完全放電時(shí)再次開(kāi)始進(jìn)行充電。這樣通過(guò)電容的反復(fù)充放電實(shí)現(xiàn)了濾波作用。其作用是當(dāng)交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，保證輸出直流電壓的穩(wěn)定。簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路可采用穩(wěn)壓管來(lái)實(shí)現(xiàn)，在穩(wěn)壓性能要求較高的場(chǎng)合，可采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路（包括基準(zhǔn)電壓、取樣電路、放大電路和調(diào)整管部分）。目前市場(chǎng)上通用的集成穩(wěn)壓電圖310：12V直流穩(wěn)壓電源路已非常普遍。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(jiǎn)單，使用方便、體積小、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定集成穩(wěn)壓器和三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器，它們都屬于電壓串聯(lián)反饋型。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。圖311：+5V直流穩(wěn)壓電源輸送皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤(pán)上設(shè)定，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)和走速信號(hào)，并且計(jì)算瞬時(shí)流量和輸出控制電流(4～20mA)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖如圖312所示。圖312：系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖當(dāng)輸送皮帶以運(yùn)作時(shí)，物料在皮帶上一般為不均勻分布，瞬時(shí)流量為： （34）式中：P(t)為單位長(zhǎng)度上物料的瞬時(shí)重量； V(t)為皮帶的瞬時(shí)線速度。 本系統(tǒng)中P(t)為荷重傳感器電壓輸出信號(hào)的函數(shù)，因?yàn)榇嬖谥蔷€性，故可近似由三次多項(xiàng)式表示為： （35）式中：P(t)為單位長(zhǎng)度上物料的瞬時(shí)重量； x(t)為荷重傳感器在時(shí)刻t輸出的電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； a、b、c、d為線性轉(zhuǎn)換系數(shù)。由調(diào)試過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，可通過(guò)鍵盤(pán)輸入。 從上述公式可推導(dǎo)出瞬時(shí)流量F（t）為： （36）瞬時(shí)流量由5位十進(jìn)制顯示，顯示形式為精確到小數(shù)點(diǎn)后3位。在流量測(cè)試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實(shí)際測(cè)試得到的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差。采用增量PID調(diào)節(jié)算法，計(jì)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(hào)，經(jīng)過(guò)放大后去控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。增量式PID控制算法只需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較??；增量式積分項(xiàng)運(yùn)算僅與本次偏差有關(guān)，不易產(chǎn)生積分飽和，可取得較好的調(diào)節(jié)效果；在實(shí)際系統(tǒng)中，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換，故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。 其計(jì)算公式如下： （37）式中：為輸出控制量的增量；為設(shè)定值S與本次實(shí)際測(cè)得的流量值之差， 為上一時(shí)刻設(shè)定值與實(shí)測(cè)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)。 輸出控制變量Vi的表達(dá)式為： （38）式中：為上一時(shí)刻輸出的控制變量。第4章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)以上分析和完成整個(gè)皮帶配料秤控制系統(tǒng)的硬件電路后，該系統(tǒng)需要通過(guò)軟件設(shè)計(jì)編程使得系統(tǒng)的每個(gè)部分按照特定的方式自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)管理和控制。所以，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)編程部分是本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)編寫(xiě)監(jiān)控軟件。依據(jù)系統(tǒng)功能，可以將軟件部分劃分為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，然后為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)算法并規(guī)劃出程序流程圖，再根據(jù)流程圖編寫(xiě)程序。每個(gè)模塊的程序調(diào)試成功后，最后將各個(gè)模塊連接在一起進(jìn)行總調(diào)得到所需程序。皮帶配料秤監(jiān)控軟件從功能上可劃分為系統(tǒng)初始化、鍵掃描及顯示、鍵輸入和鍵命令處理、運(yùn)行管理程序（包括信號(hào)采集、計(jì)算瞬時(shí)流量及控制輸出三部分）幾個(gè)主要模塊。程序設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容如下：（1）當(dāng)單片機(jī)控制電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先系統(tǒng)需要進(jìn)入初始化過(guò)程，使系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)；（2）系統(tǒng)初始化后，按下鍵盤(pán)上的開(kāi)始鍵，則系統(tǒng)開(kāi)始工作；（3）系統(tǒng)正常工作后，單片機(jī)開(kāi)始進(jìn)行信號(hào)的采集和處理，將檢測(cè)到的重量、轉(zhuǎn)速、電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并輸入到單片機(jī)，然后將采集到的信號(hào)計(jì)算得出瞬時(shí)流量并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)；（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(lái)自動(dòng)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)。系統(tǒng)初始化的主要任務(wù)是在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)中所用到的各個(gè)串行口、地址和定時(shí)器的工作方式進(jìn)行初始化設(shè)定，同時(shí)對(duì)用戶(hù)地址進(jìn)行計(jì)算規(guī)劃。下面以簡(jiǎn)表的形式，把需要初始化的單元羅列出來(lái)，并對(duì)存放的數(shù)據(jù)及初始化狀態(tài)逐一做出介紹，見(jiàn)表41。表41初始化狀態(tài)表工作單元存 放 數(shù) 據(jù)初始化狀態(tài)38H,39H,3AH(上次實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之差)00H,00H,00H29H,2AH,2BH(兩次誤差值之差)00H,00H,00H65H,66H,67H(上次輸出控制變量)00H,00H,00H3BH超限次數(shù)00H位地址放數(shù)據(jù)初始化狀態(tài)3EH判S鍵是否按下標(biāo)志0(未按)3DH判斷是否首次按鍵標(biāo)志0(首次)3FH判斷電機(jī)是否在中速運(yùn)行標(biāo)志1(中速)35H系數(shù)P輸入標(biāo)志位0(未送過(guò))36H系數(shù)a輸入標(biāo)志位0(未送過(guò))37H系數(shù)c輸入標(biāo)志位0(未送過(guò))報(bào)警標(biāo)志位1(禁止報(bào)警)設(shè)定值輸入標(biāo)志位1(無(wú)輸入)鍵盤(pán)掃描時(shí)，先整體掃描是否有鍵按下，如果有，再逐列掃描，確定是哪個(gè)鍵按下。逐列掃描時(shí)，先得出按鍵所在列，然后經(jīng)過(guò)掃描得出行值，行值加列值就得到按鍵的鍵值。鍵盤(pán)掃描流程圖如圖41。，、當(dāng)為0時(shí)表示有鍵按下。，調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)10ms，消除鍵抖動(dòng)。再次整體掃描，進(jìn)行第二次判斷以消除干擾。，則由逐列掃描找出這個(gè)鍵的所在位置。此時(shí)74LS164逐次輸出對(duì)應(yīng)的值。，分別掃描各行，當(dāng)為0時(shí)表明第一列有鍵按下，此時(shí)就開(kāi)始計(jì)算鍵值。當(dāng)不為0時(shí)，則第一列沒(méi)有鍵按下，然后繼續(xù)掃描第二列。依照這種方法逐次掃描各列直到找到為0的行輸出為止。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的按鍵只有兩行，所以行值加列值就可以得到鍵值。其中，第一行的行值是00H（=0），第二行的行值為08H（=0）。，說(shuō)明按下的是功能鍵，則通過(guò)散轉(zhuǎn)程序轉(zhuǎn)到各自的入口地址，分別實(shí)現(xiàn)各自的功能。若按鍵值小于10，則為數(shù)字鍵，調(diào)用顯示子程序顯示。圖41：鍵盤(pán)掃描流程圖顯示子程序是按照動(dòng)態(tài)顯示的原理完成的，將需要顯示的數(shù)據(jù)以十進(jìn)制的形式顯示在六位數(shù)碼管上。顯示程序的設(shè)計(jì)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。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)鍵按下時(shí)，讓程序執(zhí)行一段除最右邊LED顯示外其余均熄滅的程序，即給其他緩沖區(qū)送入一個(gè)數(shù)，使它查表后得到的段碼為00H，則其他數(shù)碼管不亮，該程序?yàn)镈ISP1。當(dāng)?shù)诙€(gè)鍵按下時(shí)，跳過(guò)DISP1使顯示緩沖區(qū)正確移位，即執(zhí)行DISP2程序。DISP2程序的作用是將每個(gè)緩沖區(qū)順序向高位移一次，并把敲入的鍵送入最低位。 WR鍵處理當(dāng)按下的鍵值為10時(shí)，代表WR鍵。WR鍵的功能為輸入流量設(shè)定值或PID調(diào)節(jié)及線性公式中的系數(shù)(P、I、D、a、b、c、d)。流量設(shè)定值是一個(gè)兩位數(shù)，P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)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。在輸入設(shè)定值時(shí)，應(yīng)先保證S鍵(設(shè)定鍵)已按下，此時(shí)輸入的兩位數(shù)為設(shè)定值的兩個(gè)單字節(jié)BCD碼，再將設(shè)定值壓縮為一個(gè)字節(jié)的壓縮BCD碼，存入內(nèi)存緩沖區(qū)設(shè)定值單元以備計(jì)算的時(shí)候使用。在輸入系數(shù)的同時(shí)，應(yīng)按照P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)速系數(shù)的順序依次送入相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。同理，也應(yīng)將4位數(shù)據(jù)壓縮為兩個(gè)字節(jié)的壓縮BCD碼備用。WR鍵處理流程圖見(jiàn)圖42。圖42：WR鍵處理流程圖 S鍵處理當(dāng)鍵值為11時(shí)，代表S鍵。S鍵是用戶(hù)設(shè)定流量的專(zhuān)用鍵。按下此鍵流量設(shè)定值先顯示出來(lái)，如需要改變?cè)O(shè)定值，則用鍵盤(pán)敲入相應(yīng)的數(shù)字鍵，隨后按下WR鍵即可。S鍵處理流程圖見(jiàn)圖43。圖43：S鍵處理流程圖 MON鍵、Z鍵、STOP鍵、RUN鍵處理當(dāng)鍵值為12時(shí)，執(zhí)行退出鍵MON。按下該鍵后，6個(gè)LED中最右邊的顯示器顯示提示符“P”，其他5個(gè)顯示器全熄滅。然后返回鍵掃描程序，這樣就可以退出命令狀態(tài)，執(zhí)行清標(biāo)志位功能，等待新命令的輸入。在調(diào)試過(guò)程中，MON鍵用得非常頻繁，修改參數(shù)或輸入命令鍵出錯(cuò)時(shí)可按MON鍵退回到初始狀態(tài)。當(dāng)鍵值為15時(shí)，執(zhí)行Z鍵。Z鍵是校零鍵，它是測(cè)試輸送皮帶自重的專(zhuān)用鍵。按下此鍵，先啟動(dòng)輸送皮帶空轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，然后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)荷重傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，取若干次結(jié)果的平均值作為皮帶的自重，寫(xiě)入相應(yīng)單元保存。在正式運(yùn)行中，荷重傳感器輸出的是毛重信號(hào)，計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除皮帶自重。當(dāng)鍵值為13時(shí)，執(zhí)行停機(jī)鍵STOP。STOP鍵的功能是當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，按下該鍵，使系統(tǒng)停止工作。在本設(shè)計(jì)中，DAC0832的地址為C000H。將00H送DAC 0832，則D/A轉(zhuǎn)換后的模擬量為0，電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到了STOP鍵的功能。停機(jī)后系統(tǒng)仍要跳回到鍵掃描程序，為下次投入運(yùn)行做準(zhǔn)備。當(dāng)鍵值為14時(shí)，執(zhí)行運(yùn)行鍵RUN，即配料系