畢業(yè)設(shè)計--電子皮帶秤電控系統(tǒng)設(shè)計（含外文翻譯）

1、<p><b>　　0 引言</b></p><p>　　皮帶傳輸機(jī)又稱帶式輸送機(jī)，是一種連續(xù)輸送機(jī)械，也是一種通用機(jī)械。皮帶輸送機(jī)被廣泛的應(yīng)用在港口、電廠、鋼鐵企業(yè)，水泥、食品以及輕工業(yè)的生產(chǎn)線。它可以運送散狀物料，也可以運送成件物品。工作過程中噪聲較小，結(jié)構(gòu)簡單，皮帶輸送機(jī)可用于水平或傾斜運輸。</p><p>　　電子皮帶秤是用于測量通過皮帶傳輸機(jī)的

2、物料的重量，其基本原理是，連續(xù)測量通過皮帶單位距離的物料重量，同時測量皮帶移動了多少個單位距離，在一段時間內(nèi)將每個單位距離的重量累計起來就是這段時間皮帶所運輸?shù)呢浳锏目偭俊?lt;/p><p><b>　　1 電子皮帶秤</b></p><p>　　1.1 電子皮帶秤簡介</p><p>　　皮帶秤經(jīng)歷了純機(jī)械式皮帶秤、傳感器電子儀表皮帶秤發(fā)展

3、到今天的傳感器微機(jī)式皮帶秤和微機(jī)智能化皮帶秤，日新月異的電子計算機(jī)技術(shù)在皮帶秤中的應(yīng)用，極大地提高了皮帶秤的計量精度，改善了它的穩(wěn)定性，簡化了操作程序，易于維護(hù)，使其廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。</p><p>　　皮帶秤具有動態(tài)測量和自動在線測量等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的定量包裝和工業(yè)配料等工業(yè)現(xiàn)場，不僅起到減員增效、節(jié)支創(chuàng)收和減少誤差的作用，而且加強(qiáng)了企業(yè)的管理，縮短作業(yè)時間，改善了操作條件，提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動

4、強(qiáng)度，從而大大提高了生產(chǎn)的自動化程度，被廣泛應(yīng)用于煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運輸、港口、建筑、機(jī)械制造和國防等各個領(lǐng)域。皮帶秤正以其獨特的優(yōu)勢，作為一種新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)受到全世界的普遍關(guān)注，具有十分廣闊的發(fā)展前景[1]。</p><p>　　目前，電子衡器在全球衡器市場占據(jù)主導(dǎo)地位，世界衡器產(chǎn)值有50多億美元，美國、德國、日本、英國、意大利等國家都掌握先進(jìn)的稱重技術(shù)。美國衡器產(chǎn)值約10億美元，

5、其中，重型衡器和包裝系統(tǒng)比例很大；在意大利，包裝系統(tǒng)占衡器產(chǎn)值的80%以上；德國1998年衡器產(chǎn)值為13.24億馬克，其中工業(yè)、商業(yè)秤9.00億馬克，家用秤1.1億馬克，精密級衡器1億馬克，稱重部件2.14億馬克。日本衡器年產(chǎn)值約1000億日元，在日本1臺自動定量包裝秤價格從200萬到2000萬日元；全球衡器出口貿(mào)易額約18億美元。在出口貿(mào)易中，德國占31%，日本占18%，美國占18%，法國占7%。</p><p&g

6、t;　　電子皮帶秤在全球范圍的應(yīng)用也越發(fā)的廣泛。美國設(shè)置有專門技術(shù)服務(wù)公司，有償?shù)貫楣さV企業(yè)中的皮帶秤進(jìn)行各種咨詢和技術(shù)服務(wù)，確保了這種秤在現(xiàn)場使用中的計量性宗旨。荷蘭菲利普(PHILIPS)公司的專家從1966年開始在該公司的試驗裝置上經(jīng)過反復(fù)試驗研究，開創(chuàng)了多托輥皮帶秤的計量性能優(yōu)于單托輥的理論，成了高精度皮帶秤在機(jī)械秤架設(shè)計方面的一個新起點。北歐的瑞典、挪威在皮帶秤的現(xiàn)場維護(hù)技術(shù)上有出色的成就，這些國家早就把皮帶秤做為散料進(jìn)出口貿(mào)

7、易結(jié)算的公證秤，使用中的計量準(zhǔn)確度為0.2%。</p><p>　　就國內(nèi)而言,也有相當(dāng)數(shù)量規(guī)模較大的外資企業(yè)和新興企業(yè)，擁有先進(jìn)開發(fā)手段和現(xiàn)代制造、檢查裝備。隨著皮帶秤國家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程的發(fā)布，使皮帶秤產(chǎn)品規(guī)范化有了依據(jù)，皮帶秤的檢測技術(shù)受到廣泛的重視。我們需要通過國際技術(shù)轉(zhuǎn)讓、國際技術(shù)交流、國際間的資本流動、人才流動來裝備我國衡器企業(yè)，以此將產(chǎn)品推向現(xiàn)代化、推向國際市場。</p><p&g

8、t;　　我國的衡器行業(yè)是一個具有漫長發(fā)展歷史的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和重要的基礎(chǔ)行業(yè)。近十多年來，我國稱重傳感器技術(shù)與制造工藝也取得較大進(jìn)步。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，我國共向世界六大洲160多個國家和地區(qū)出口衡器和天平，可以說是稱重傳感器生產(chǎn)大國[2]，但總體質(zhì)量水平與國際同類產(chǎn)品相比還有較大差距?，F(xiàn)如今，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，處于全國各種企業(yè)大力進(jìn)行技術(shù)革新的形式下，市場對電子皮帶秤的需求增大，我國也一直在加大對電子皮帶秤的研究。</p><

9、p>　　電子皮帶秤是一種動態(tài)控制型衡器，它利用皮帶運轉(zhuǎn)，將皮帶上運載的物料進(jìn)行稱重、累計，并能根據(jù)設(shè)定流量的要求調(diào)整皮帶速度，以使物料流量達(dá)到設(shè)定流量，顯示或打印計量。</p><p>　　1.2 電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　皮帶秤組成大致可分為秤架、稱重傳感器、速度傳感器和顯示控制器等幾個部分。</p><p>　　1.秤架 2.

10、稱重傳感器 3.測速傳感器 4.現(xiàn)場放大器 5.主控計算機(jī) 6.顯示器</p><p>　　圖1-1電子皮帶秤結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.1-1 Structure of electronic skin belt weight meter</p><p>　　皮帶秤是對散狀物料自動連續(xù)、累計稱量的計量器具。連續(xù)、自動稱重是皮帶秤的主要特

11、點[3]。</p><p>　　設(shè)對皮帶秤速度的測試時間間隔為1秒，即每隔1秒計算一次速度值，單位為；對重量的測試為50次/秒，單位為；重量乘以速度，乘以3600，再乘以50，就得到0.02秒時間間隔內(nèi)的瞬時流量，單位為。因為皮帶稱量段上的物料量分布不均勻和皮帶速度的變化，所以本系統(tǒng)先計算出每0.02秒的時間間隔內(nèi)的瞬時流量，單位為：</p><p><b>　?。?-1）<

12、;/b></p><p>　　式中：——加載時A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)量；</p><p>　　——空載時，定時為皮帶秤運行整數(shù)圈時間，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的平均值（定時不足3分鐘檢測后應(yīng)該歸算到3分鐘）；</p><p>　　——滿度加載時A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)量；</p><p>　　——滿度瞬時流量值，單位為；</p><p

13、>　　——加載時1秒內(nèi)的速度脈沖數(shù)；</p><p>　　——1秒內(nèi)的滿度速度脈沖數(shù)。</p><p>　　接著把瞬時流量對時間進(jìn)行積分，得到累積流量，其數(shù)值算法公式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：——累計流量，單位為；</p><p>　　—

14、—瞬時輸送量，單位為；</p><p><b>　　2 設(shè)計方案分析</b></p><p>　　實際生產(chǎn)工藝中的物料配送是由多臺皮帶秤配合完成的，使原材料成比例的添加到反應(yīng)器內(nèi)，只要我們對運送最主要的原料的電子皮帶秤進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并根據(jù)它的參數(shù)變化以及物料的流量變化進(jìn)行對其他配料皮帶秤調(diào)節(jié)，完成物料配送過程。</p><p>　　電子皮帶

15、秤的皮帶下面有一個壓力傳感器，把信號經(jīng)過放大器，A/D轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)，通過單片機(jī)處理后以數(shù)字形式顯示出來，有瞬時流量和累積流量，皮帶機(jī)的電機(jī)是個變頻電機(jī)，可通過變頻來調(diào)節(jié)送料速度，以使物料流量達(dá)到設(shè)定流量[4]。</p><p>　　此次對電子皮帶秤的電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計包括：檢測電路，鍵盤電路，LCD顯示電路以及輸出控制電路等部分的設(shè)計。</p><p><b>　　2.1 設(shè)

16、計思想</b></p><p>　　輸送帶的實時稱重系統(tǒng)是對散狀物料自動的連續(xù)、累計稱量。為了測得運動的輸送帶上單位長度的瞬時流量，某一段距離的物料重量，或一段時間和一段距離的累積重量。這些量在理論上的計算，可用積分法的數(shù)學(xué)模式來演算。</p><p>　　圖2-1皮帶秤系統(tǒng)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.2-1 Illustration of lec

17、tronic skin belt weight meter system</p><p>　　輸送帶輸送物料時，主控機(jī)連續(xù)測量輸送帶上每單位長度的載荷值并與皮帶在同一時刻的速度相乘，測得結(jié)果為物料的瞬時流量。因物料輸送的不均勻性和輸送帶速度隨時間變化，所以在T時間間隔的累計流量可以用以下積分式表示。</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

18、<p>　　式中: 一時間間隔的物料累計量或;</p><p>　　一物料通過秤的時間或；</p><p>　　一皮帶單位長度上的物料重量；</p><p>　　一物料在皮帶上的運行速度。</p><p>　　首先，物料下落到輸送帶A輪和B輪之間的位置上，經(jīng)過B輪位置時已達(dá)到穩(wěn)定的速度開始進(jìn)入稱重區(qū)域。這樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計減小了物料對輸

19、送帶的沖擊，從而使秤架盡可能的將輸送帶負(fù)荷按一定比例傳遞到傳感器上，獲得較好的稱重效果。</p><p>　　當(dāng)被稱物料通過輸送帶輸送部分到達(dá)固定輪B位置以后，物料開始在重力作用下通過輸送帶秤架對傳感器的受力部位作用，使稱重傳感器內(nèi)部的彈性體產(chǎn)生形變，貼附于彈性體應(yīng)變梁上的應(yīng)變計將變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳兓?，惠斯頓橋路失去平衡，輸出與所受力的數(shù)值成比例的電信號，經(jīng)線性放大器將信號放大，得到可以直接通過數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓

20、信號，經(jīng)采集卡中的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以后輸入到計算機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。</p><p>　　2.2 設(shè)計方案組成</p><p>　　圖2-2 設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　Fig.2-2 Structure of Designing system</p><p>　　電子皮帶秤的電控系統(tǒng)設(shè)計主要包括如下幾部分：A/D轉(zhuǎn)

21、換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、自動控制。A/D選用的是高精度的A/D轉(zhuǎn)換器AD7710。A/D轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)需要單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)采用的是AT89C51，其所具有的高集成度既簡化了設(shè)計又降低了成本。輸出通道采用D/A轉(zhuǎn)換器TLV5614芯片完成，模擬量輸出送變頻器，通過它調(diào)節(jié)皮帶電機(jī)。數(shù)據(jù)顯示采用液晶顯示模塊，人機(jī)界面友好。通過對皮帶秤一些簡單的抗干擾實驗，提出了一些簡單的硬件可靠性設(shè)計。</p><

22、;p>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的主控制器</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。片內(nèi)含4K字節(jié)可反復(fù)擦寫的只讀存儲器（PEROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。片內(nèi)

23、置多功能8位中央處理器（CPU）和Flash閃爍存儲器，功能強(qiáng)大的ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多控制系統(tǒng)提供了一種高靈活性、且高性價比的方案。</p><p>　　3.1.1 主要特性及其結(jié)構(gòu)</p><p>　　AT89C51單片機(jī) 是具有強(qiáng)大功能，高性能的8位單片機(jī)，它的主要特點能與MCS-51 兼容；并特有的4K字節(jié)可重擦寫編程閃爍存儲器，有1000次寫/擦循

24、環(huán)的讀寫壽命；又長達(dá)10年的數(shù)據(jù)保留時間；0Hz-24Hz全靜態(tài)工作；還有三級程序存儲器鎖定；內(nèi)部RAM為128×8位的；32可編程I/O口線，內(nèi)部具有兩個16位定時器/計數(shù)器；單片機(jī)有5個中斷源；還有必不可缺的可編程串行通道；還有低功耗的空閑和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路等，AT89C51作為本系統(tǒng)的核心部件，它的功能齊全，能夠完成電子皮帶秤的控制任務(wù)。</p><p>　　VCC：電源電壓。 &l

25、t;/p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口： 8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 </p&g

26、t;<p>　　P1口：內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部

27、上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　圖3-1 AT89C51引腳

28、圖</p><p>　　Fig.3-1 Chip’pin of AT89C51</p><p>　　P3口： 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口也可作為AT89C51的一些

29、特殊功能口：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的

30、高電平時間。</p><p>　?。寒?dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，M

31、OVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　?。和獠砍绦虼鎯ζ鞯倪x通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。 </p><p>　?。寒?dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1

32、時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出[5]。</p><p>　　3.1.2 AT89C51功能</p><p>

33、<b>　　1)振蕩器特性</b></p><p>　　AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XATL1和XTAL2分別是該放大器的輸入和輸出。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘

34、信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 </p><p><b>　　2）芯片擦除功能 </b></p><p>　　整個EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)

35、有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止[6]。</p><p><b>　　3）主要中斷源</b></p><p>　　AT89C51內(nèi)部含有5個中斷源，它們各自功

36、能：</p><p>　　圖3-2 AT89C51震蕩電路</p><p>　　Fig.3-2 Concussion circuit of AT89C51</p><p>　　:P3.2引腳輸入，低電平或負(fù)跳變有效，在每個機(jī)器周期的S5P2采樣并建立IE0標(biāo)示。</p><p>　　定時器0：當(dāng)定時器T0產(chǎn)生溢出時，置位內(nèi)部中斷請求標(biāo)志TF0

37、，發(fā)中斷申請。</p><p>　　：P3.3引腳輸入，低電平或負(fù)跳變有效，在每個機(jī)器周期的S5P2采樣并建立IE1標(biāo)示。</p><p>　　定時器1：當(dāng)定時器T1產(chǎn)生溢出時，置位內(nèi)部中斷請求標(biāo)志TF1，發(fā)中斷申請。</p><p>　　串行口：當(dāng)一個串行幀接收或發(fā)送完成時，是中斷請求標(biāo)志RI/TI置位，發(fā)中斷請求。</p><p>　　各

38、個中斷源在程序存儲器中的中斷入口地址如下表所示</p><p>　　表2-1 89C51中斷服務(wù)程序入口地址表 </p><p>　　Tab. 2-1 Import address of Interruption service Procedures of AT89C51</p><p><b>　　4）復(fù)位電路</b></p>

39、<p>　　單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動開關(guān)復(fù)位等電路，我們采用的是手動復(fù)位開關(guān)復(fù)位。</p><p>　　RST/VPD（9腳）復(fù)位信號時鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始復(fù)位， P1—P3口輸出高電平，初始值07H寫入堆棧指針SP、清0程序計數(shù)器PC和其余特殊功能寄存器，但始終不影

40、響片內(nèi)RAM狀態(tài)，只要該引腳保持高電平，89C51將循環(huán)復(fù)位，，RAT/VPD從高電平到低電平單片機(jī)將從0號單元開始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復(fù)用功能，只要將VPD接+5V備用電源，一旦VCC電位突然降低或斷電，能保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失，恢復(fù)電后能正常工作[7]。</p><p>　　圖3-3 AT89C51芯片的復(fù)位電路</p><p>　　Fig3-3 Reset circuit

41、 of AT89C51</p><p>　　3.2 稱重傳感器</p><p>　　傳感器是將被測的某一物理量(或信號)，按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為與其對應(yīng)的另一種量(或信號)輸出的裝置。這一定義包含了以下幾方面的意思:傳感器是測量裝置，即完成檢測任務(wù);它的輸入量是某一被測量可能是物理量也可能是化學(xué)量、生物量等;它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、

42、電量，但主要是電量;輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。目前對傳感器的定義，普遍認(rèn)為是非電物理量到電量的轉(zhuǎn)換，即傳感器是將被測的非電物理量(如力、重量、力矩、溫度、流量、角度、聲響、轉(zhuǎn)速等)，轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的、易于精確處理的電量或電參量(如電流、電壓、電阻、頻率等)輸出的一種測量裝置[7]。 </p><p>　　在系統(tǒng)中用到的稱重傳感器直接安裝固定

43、在底板上的支架上，傳感器的觸頭與C輪的支撐架下表面接觸，用來感應(yīng)皮帶上傳輸物料對秤架的壓力變化。</p><p>　　稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽

44、車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領(lǐng)域。</p><p>　　3.2.1 稱重傳感器的工作原理</p><p>　　稱重傳感器是將被測力一重力(壓力)等機(jī)械量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電信號的儀器。稱重傳感器按其工作原理可分為電阻應(yīng)變式、壓阻式、壓磁式、壓電式等。</p>

45、<p>　　1)壓阻式稱重傳感器某些固體材料受到外力作用后，除了產(chǎn)生變形，其電阻率也要發(fā)生變化。這種由于應(yīng)力作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”。利用壓阻效應(yīng)制成的稱重傳感器稱為壓阻式稱重傳感器。壓阻式稱重傳感器有兩種類型:半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器、擴(kuò)散型壓阻式稱重傳感器口51。半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式基本上與電阻應(yīng)變式稱重傳感器相同，所不同的是應(yīng)變片的敏感柵是用半導(dǎo)體制成。與金屬應(yīng)變片相比，它的優(yōu)點是體積

46、小而靈敏度高，同樣也存在敏感柵易于損壞的問題。擴(kuò)散型壓阻式稱重傳感器的基片是半導(dǎo)體單晶硅。單晶硅各向異性，因此必須根據(jù)傳感器受力變形情況來加工制作擴(kuò)散硅敏感電阻模片，不易保證精度。</p><p>　　2)壓磁式稱重傳感器鐵磁物質(zhì)受到機(jī)械力作用后，在物質(zhì)內(nèi)部會產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起該物體導(dǎo)磁系數(shù)發(fā)生變化，壓磁式稱重傳感器就是建立在這種效應(yīng)基礎(chǔ)上的。</p><p>　　3)壓電式稱重傳感器

47、一些離子型電介質(zhì)沿一定方向受到外力作用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉以后，又重新回到不帶電狀態(tài)。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為“順壓電效應(yīng)”。反之，稱為“逆壓電效應(yīng)”。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)稱為壓電材料。壓電式稱重傳感器的基本原理是利用壓電材料的壓電效應(yīng)做成的。由于它的固有頻率很高，所以它的高頻響應(yīng)要優(yōu)于壓阻式稱重傳感器[8]。</p><p>　　4)電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式稱重傳感器由電阻

48、應(yīng)變計和金屬彈性梁兩個主要器件組成。電阻應(yīng)變計由康銅箔在絕緣基底材料上做成絲狀電阻絲，利用導(dǎo)線的電阻率與直徑大小成反比的特性，當(dāng)絲狀電阻絲在外力作用下，在彈性范圍內(nèi)其直徑發(fā)生細(xì)微變化時，它的電阻值也隨之發(fā)生變化，因而電阻應(yīng)變計能將稱重傳感器所受到的力變?yōu)殡娦盘?。由于電阻變化很小，必須用靈敏度較高的惠斯頓橋式測量電路來測量?；菟诡D橋式測量電路要求四個負(fù)載電阻的阻值之差極小。</p><p>　　3.2.2 稱重傳

49、感器的選擇</p><p>　　動態(tài)稱重系統(tǒng)上使用的稱重傳感器應(yīng)有下述特性:</p><p>　　1）好的抗側(cè)向力及抗偏載能力。因為動態(tài)稱量中，干擾力及作用點偏離中心是幾乎不可避免的。</p><p>　　2）拆裝、更換方便。因為動態(tài)衡器一般安裝于運輸量較大的廠礦鐵路專用線上，往往不允許所在線路閉塞時間過長。</p><p>　　3）在沖擊、

50、振動載荷下，應(yīng)有良好的長期穩(wěn)定性。</p><p>　　4）具有較小的零點漂移溫度系數(shù)和靈敏度溫度系數(shù)，以適應(yīng)各季節(jié)環(huán)境溫度的變化。</p><p>　　5）具有良好的密封性，以防止潮氣、粉塵進(jìn)入[9]。</p><p>　　稱重傳感器是皮帶秤力與電轉(zhuǎn)換的核心部件，稱重傳感器按變換原理分類主要有：電阻應(yīng)變片式、差動變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式等。本設(shè)計選用電阻應(yīng)

51、變式稱重傳感器，它被廣泛的應(yīng)用在各領(lǐng)域，電阻應(yīng)變式稱重傳感器獲取力值數(shù)據(jù)具有轉(zhuǎn)換元件體積小，反應(yīng)快，失真小，測力范圍寬（從幾克到幾千噸）以及效率高，使用簡便，可遠(yuǎn)距離傳遞信號和與計算機(jī)配套使用等優(yōu)點 。</p><p>　　有三種應(yīng)力被應(yīng)用于稱重傳感器中，它們分別是，拉伸與壓縮應(yīng)力，彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力。</p><p>　　1）利用拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的稱重傳感器，即柱式稱重傳感器，彈性體呈

52、柱式的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制作、便于貼片等特點，但其不足之處則是抗側(cè)向力較差。</p><p>　　2）彎曲應(yīng)力是傳感器有多種形式：以材料區(qū)分，有鋁質(zhì)或鋼質(zhì)；以密封形式區(qū)分，有涂覆密封或內(nèi)充惰性氣體金屬波紋管(薄膜)密封；以受力形式區(qū)分，有拉力或壓力；以安裝方式區(qū)分有弧面連接、萬向節(jié)連接、簧片彈性連接等。懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，便于制作加工，但對力作用點較敏感，對于振動大的場合，其輸出信號不

53、穩(wěn)定。</p><p>　　3）剪切應(yīng)力型傳感器如剪切梁式稱重傳感器，其彈性體截面形式多為工形，電阻應(yīng)變片貼在中性層位置上。根據(jù)材料力學(xué)可知，梁上的受力點移動時，梁上剪切力引起的剪應(yīng)力與梁的彎矩?zé)o關(guān)。因此，該型傳感器對受力點的變化不敏感，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、線性好，但彈性體貼片困難，加工不易。所用材質(zhì)多為鋁材，穩(wěn)定性差，而鋼質(zhì)的又多為大量程，不適用于皮帶秤的選用。但是，該型傳感指仍是一種有前途的理想傳感

54、器，尚需進(jìn)一步研究開發(fā)[9]。</p><p>　　圖3-4柱型稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.3-4 Structure of Columnar Weighing Sensor</p><p>　　圖3-5懸臂梁式稱重傳感器</p><p>　　Fig.3-5 Structure of Cantilever Beam Weig

55、hing Sensor</p><p>　　基于上述諸多因素，我們使用S型剪切梁式稱重傳感器，它綜合了各自的優(yōu)點，是基本上功能結(jié)構(gòu)完善的稱重傳感器。S型剪切梁式傳感器的剪切力與梁彎矩?zé)o關(guān)，消除了受力點移動所引起的輸出靈敏度變化，對側(cè)向載荷也有較大的抵抗能力，而且結(jié)構(gòu)緊湊小巧。</p><p>　　S型剪切梁式稱重傳感器的應(yīng)變片將應(yīng)變變換成電阻相對變化，為了能用電測儀器進(jìn)行測量，還必須將進(jìn)一

56、步轉(zhuǎn)換成電壓信號或電流信號。采用四等臂電橋（即應(yīng)變片初始條件下阻值相等，設(shè)其阻值為，且電阻變化）的方法可將電阻的相對變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。</p><p>　　圖 3-6 S型剪切梁式傳感器外形及結(jié)構(gòu)</p><p>　　Fig.3-6 Shape and Structure of S ’ Shear beam Transducer for weighing </p><

57、;p>　　如圖所示，、分別為傳感器的供電電源正、負(fù)極；、分別為傳感器的輸出電壓正、負(fù)極。設(shè)，，根據(jù)電橋的原理，可以得到</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　代入與</b></p><p>　　可得到。大量的試驗表明，在應(yīng)變片的電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，所

58、以，可確保稱重傳感器的嚴(yán)格線性。</p><p>　　稱重傳感器量程的選擇取決于皮帶秤的線分度密度q (kg/m)、稱量m的有效長度L(m)、皮帶的速度v(m/s)、最大瞬時流量(t)(t/h)、秤框結(jié)構(gòu)系數(shù)V和過載系數(shù)K；當(dāng)秤架安裝成有一定斜角時，則還要與cos有關(guān)。具體量程P(kg)的選擇可按下式計算：</p><p><b>　?。?-2）</b></p&

59、gt;<p>　　秤框結(jié)構(gòu)系數(shù)通常是承重托輥至杠桿支點距離與傳感器的力作用點至杠桿支點距離之比，過載系數(shù)K通常取1.2左右。</p><p>　　圖3-7 稱重傳感器電路原理圖</p><p>　　Fig.3-7 Patterm of S ’ Transducer for weighing</p><p>　　3.2.3 稱重傳感器的安裝</

60、p><p>　　在這個問題上，有許多的經(jīng)驗和教訓(xùn)，傳感器的聯(lián)接裝置，在皮帶秤整個稱重系統(tǒng)中占有相當(dāng)重要的地位。在皮帶秤動態(tài)計量時，如何克服振動，偏載等多種因素的影響，將重力準(zhǔn)確地傳遞到傳感器是一個不可忽視的環(huán)節(jié)。如果沒有合理地安裝稱重傳感器以及沒有性能良好的聯(lián)接裝置，即皮帶秤秤架設(shè)計得再好，傳感器準(zhǔn)確度再高，也不能得到很高的系統(tǒng)準(zhǔn)確度及其長期穩(wěn)定性[8]。</p><p>　　圖3-8電子皮帶

61、秤安裝示意圖</p><p>　　Fig.3-8 Profile illustration of electronic skin belt weight meter</p><p>　　對于皮帶秤的傳感器聯(lián)接裝置不僅在理論上需要有消除測向力的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且在傳感器聯(lián)接器的加工和安裝也要保證一定的精度。正常工作時，如果重力的作用點能在傳感器軸線周圍和某點周圍自如地游移，并不影響皮帶秤的準(zhǔn)確度

62、。但假若重力作用點產(chǎn)生了較大偏移，從某一點偏移到另一點而不能自如地游移，即正態(tài)分布的均值發(fā)生了變化。所以，如何保證聯(lián)接裝置的加工和安裝精度也是一個關(guān)鍵點，特別對于小量程的皮帶秤來說，皮帶秤的振動常使作用點產(chǎn)生偏移，在皮帶秤動態(tài)計量過程中，從某點偏移到另一點，造成了系統(tǒng)誤差。通常要求傳感器的連接有如下要求:</p><p>　　(l)能有效消除測向力的影響；</p><p>　　(2)在動態(tài)

63、過程中，重力作用點不允許產(chǎn)生偏移只允許圍繞某點產(chǎn)生呈正態(tài)分布規(guī)律的游移；</p><p>　　(3)便于安裝、維修；</p><p>　　(4)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和整體性好；</p><p>　　(5)成本低、加工簡單[9]。</p><p>　　3.2.4 稱重傳感器選擇注意問題</p><p>　　稱重傳感器在選用時

64、要考慮到很多因素，實際使用當(dāng)中我們主要從下列幾個因素考慮。另外，稱重傳感器的靈敏度、最大分度數(shù)、最小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標(biāo)。</p><p>　　1）使用環(huán)境稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號輸出裝置。首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對應(yīng)的傳感器才能滿足必要的動態(tài)稱重的要求，這點對于正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全

65、和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。</p><p>　　2）傳感器的數(shù)量和量程傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數(shù)(支撐點數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定)而定。一般來說秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器，但是對于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤只能采用一只傳感器。傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。<

66、/p><p>　　3）各種類型傳感器的使用范圍傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱重安全可靠。 </p><p>　　4）傳感器的準(zhǔn)確度等級選擇傳感器的準(zhǔn)確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用的時候不應(yīng)該盲目追求高等級的傳感器，應(yīng)該考慮到本系統(tǒng)裝置的準(zhǔn)確度等級和成本。</p><p>　　3.3 測速傳感器

67、</p><p>　　測速傳感器也是皮帶秤稱重系統(tǒng)中的又一個重要環(huán)節(jié)。皮帶秤電控系統(tǒng)，主要是檢測兩個物理量，一個由稱重傳感器拾取重力信號，另一個檢測皮帶的線速度，然后將這兩個量進(jìn)行積算。速度檢測的準(zhǔn)確程度，直接影響到皮帶秤的準(zhǔn)確度。測速傳感器主要分?jǐn)?shù)字式和模擬式兩種。當(dāng)前國內(nèi)外普遍使用數(shù)字式測速傳感器。過去使用的模擬式測速傳感器來檢測發(fā)電機(jī)輸出電壓的方式不再使用。在此不作討論。數(shù)字式測速傳感器按拾取速度信號的方式

68、分類，分為接觸式和非接觸式。從測量原理上來分類有:測脈沖頻率式(測頻式)和測脈沖周期式（測寬式)。按信號轉(zhuǎn)換方式上可分為:磁一電式和光一電式。接觸式測速感器的磨擦輪又分窄式和寬式，形成了各式各樣的測速傳感器[12]。</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　B </b></p><p>　　圖3

69、-9光電編碼器的原理示意圖</p><p>　　Fig.3-9 The fast sensor photoelectricity pulse type measures</p><p>　　光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出600個脈沖，五線制。其中兩根為電源線，三根為脈沖線(A相、B相、Z)。電源的工作電壓為 

70、（+5～+24V）直流電源。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90º的兩路脈沖信號。  其工作原理是當(dāng)光電編碼

71、器的軸轉(zhuǎn)動時A、B兩根線都產(chǎn)生脈沖輸出,A、B兩相脈沖相差90度相位角，由此可測出光電編碼器轉(zhuǎn)動方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果A相脈沖比B相脈沖超前則光電編碼器為正轉(zhuǎn),否則為反轉(zhuǎn).Z線為零脈沖線,光電編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖.主要用作計數(shù)。A線用來測量脈沖個數(shù),B線與A線配合可測量出轉(zhuǎn)動方向。</p><p>　　3.3.1 光電編碼器分類</p><p>　　根據(jù)編碼器的刻度方法及信號輸出形式

72、,可分為增量式、絕對式以及混合式三種。</p><p><b>　　1）增量式編碼器</b></p><p>　　增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位差90°,從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向,而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖,用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單,機(jī)械平均壽命可在幾萬小時以上,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,適用于長距

73、離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。</p><p><b>　　2）絕對式編碼器</b></p><p>　　絕對式編碼器可直接輸出數(shù)字量。在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道,每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成,相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系,碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù),在碼盤的一側(cè)是光源,另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件;當(dāng)碼盤處于不同位置

74、時,各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號,形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器,在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然,碼道越多,分辨率就越高,對于一個具有N位二進(jìn)制分辨率的編碼器,其碼盤必須有N條碼道。</p><p>　　絕對式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制(葛萊碼)方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。編碼的設(shè)計可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點是：可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕

75、對值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的,也就是說精度取決于位數(shù),目前有10位、14位等多種。其缺點是引出線較多,信號線數(shù)量與二進(jìn)制的位數(shù)相同。</p><p>　　3）混合式絕對值編碼器</p><p>　　混合式絕對值編碼器的輸出兩組信息:一組信息用于檢測磁極位置,帶有絕對信息功能;另一組則與增量式編碼器的輸出信息完全相同[10]。</p

76、><p>　　3.3.2 美國EPC-702型增量式編碼器</p><p>　　美國EPC-702型Accu-Coder牌精密編碼器，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外殼，直徑2.0英寸，結(jié)構(gòu)緊湊, 堅固耐用, 可靠性強(qiáng)，是一種重載型編碼器。此設(shè)計特別適合工作于惡劣工業(yè)環(huán)境。具有多種可選的法蘭和伺服安裝模式，使702型編碼器應(yīng)用廣泛。其雙軸封滾珠軸承承載80磅，較大的軸向和徑向承載能力保證了編碼器較長的工作壽命。震

77、動級別為75g @ 11毫秒，可選擇的工業(yè)軸封超過IP66 標(biāo)準(zhǔn)（NEMA 4和13）。最大轉(zhuǎn)軸速度是8000轉(zhuǎn)/分。被廣泛的應(yīng)用在紡織機(jī)器，機(jī)械控制 ，過程控制，電梯控制 ，傳送帶，機(jī)器人技術(shù) ，材料處理等領(lǐng)域。</p><p>　　圖 圖3-10 702型編碼器外形</p><p>　　Fig.3-10 Profile of 702-photoe

78、lectric encoder </p><p><b>　　1）主要特點：</b></p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)2.0英寸外殼</p><p>　?。?）80 磅最大轉(zhuǎn)軸徑向負(fù)載和最大轉(zhuǎn)軸軸向負(fù)載</p><p>　?。?）法蘭和伺服安裝</p><p>　?。?）每轉(zhuǎn)輸出脈沖高達(dá) 30,00

79、0</p><p>　?。?）IP66 軸封選擇</p><p>　?。?）歐洲CE接地選擇</p><p>　　2）美國EPC-702型編碼器電氣參數(shù)</p><p>　?。?）輸入電壓：0 – 70ºC和0 – 85ºC 為4.75 – 28.0 VDC；0 – 100 ºC時為4.75 – 24.0 VDC

80、</p><p>　?。?）輸入電流：最大無負(fù)載電流為100 mA</p><p>　?。?）輸入波動：在0 –100KHz時，峰 — 峰之間為100mV</p><p>　?。?）輸出電流：對集電極開路和上拉電阻輸出，最大漏電流為100 mA；推拉輸出和差動（5）線驅(qū)動輸出，每通道可達(dá)20 mA</p><p>　?。?）輸出波形：正交輸出

81、，當(dāng)轉(zhuǎn)軸順時針旋轉(zhuǎn)時，A通道的方波領(lǐng)先B通道</p><p>　?。?）輸出電路：NPN 集電極開路輸出、NPN上拉電阻輸出、推拉輸出、差動線驅(qū)動輸出 5 –28VDC（5VDC時，符合RS422標(biāo)準(zhǔn)）</p><p>　　（8）基準(zhǔn)脈沖：每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖</p><p>　?。?）頻率響應(yīng)：最高可達(dá)1 MHz 標(biāo)準(zhǔn)為100KHz</p><

82、;p>　　（10）上升時間：低于1微秒</p><p>　?。?1）每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：1000</p><p>　　3）702型編碼器的環(huán)境參數(shù)</p><p>　?。?）操作溫度：標(biāo)準(zhǔn)型：0ºC -70ºC （4.75 – 28.0 VDC ）；高溫型：0ºC - 100ºC （有些CPR為85ºC）</p

83、><p>　?。?）儲藏溫度：- 25ºC 到 +85 ºC</p><p>　?。?）濕度：相對濕度98%</p><p>　　（4）振動：20g @ 58 - 500 Hz</p><p>　?。?）抗震：75g @ 11ms</p><p>　　3.3.3光電編碼器的應(yīng)用</p>&

84、lt;p>　　光電檢測裝置的發(fā)射和接收裝置都安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，在使用中暴露出許多缺陷，其有內(nèi)在因素也有外在因素，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1）發(fā)射裝置或接受裝置因機(jī)械震動等原因而引起的移位或偏移，導(dǎo)致接收裝置不能可靠的接收到光信號，而不能產(chǎn)生電信號。例如；光電編碼器應(yīng)用在軋鋼調(diào)速系統(tǒng)中，因光電編碼器是直接用螺栓固定在電動機(jī)的外殼上，光電編碼器的軸通過較硬的彈簧片和電動機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，因電動機(jī)

85、所帶負(fù)載是沖擊性負(fù)載，當(dāng)軋機(jī)過鋼時會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)軸和外殼的振動。經(jīng)測定；過鋼時光電編碼器振動速度為2.6mm/s，這樣的振動速度會損壞光電編碼器的內(nèi)部功能。造成誤發(fā)脈沖，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或誤動作，導(dǎo)致事故發(fā)生。</p><p>　　2）因光電檢測裝置安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，受生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境因素影響導(dǎo)致光電檢測裝置不能可靠的工作。如安裝部位溫度高、濕度大，導(dǎo)致光電檢測裝置內(nèi)部的電子元件特性改變或損壞。例如在連鑄機(jī)送引錠

86、跟蹤系統(tǒng)，由于光電檢測裝置安裝的位置靠近鑄坯，環(huán)境溫度高而導(dǎo)致光電檢測裝置誤發(fā)出信號或損壞，而引發(fā)生產(chǎn)或人身事故。</p><p>　　3)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種電磁干擾源，對光電檢測裝置產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致光電檢測裝置輸出波形發(fā)生畸變失真，使系統(tǒng)誤動或引發(fā)生產(chǎn)事故。例如；光電檢測裝置安裝在生產(chǎn)設(shè)備本體，其信號經(jīng)電纜傳輸至控制系統(tǒng)的距離一般在20m～100m，傳輸電纜雖然一般都選用多芯屏蔽電纜，但由于電纜的導(dǎo)線電阻及線間電容

87、的影響再加上和其他電纜同在一起敷設(shè)，極易受到各種電磁干擾的影響，因此引起波形失真，從而使反饋到調(diào)速系統(tǒng)的信號與實際值的偏差，而導(dǎo)致系統(tǒng)精度下降 。</p><p>　　針對以上問題采取相應(yīng)的措施，主要有：</p><p>　　1）改變光電編碼器的安裝方式。光電編碼器不在安裝在電動機(jī)外殼上，而是在電動機(jī)的基礎(chǔ)上制作一固定支架來獨立安裝光電編碼器，光電編碼器軸與電動機(jī)軸中心必須處于同一水平高

88、度，兩軸采用軟橡膠或尼龍軟管相連接，以減輕電動機(jī)沖擊負(fù)載對光電編碼器的機(jī)械沖擊。采用此方式后經(jīng)測振儀檢測，其振動速度降至1.2mm/s。</p><p>　　2）合理選擇光電檢測裝置輸出信號傳輸介質(zhì)，采用雙絞屏蔽電纜取代普通屏蔽電纜。雙絞屏蔽電纜具有兩個重要的技術(shù)特性，一是對電纜受到的電磁干擾具有較強(qiáng)的防護(hù)能力，因為空間電磁場在線上產(chǎn)生的干擾電流可以互相抵消。雙絞屏蔽電纜的另一個技術(shù)特點是互絞后兩線間距很小，兩線

89、對干擾線路的距離基本相等，兩線對屏蔽網(wǎng)的分布電容也基本相同，這對抑制共模干擾效果更加明顯。</p><p>　　光電檢測裝置本身是由電子元器件構(gòu)成，它對安裝環(huán)境有一定的技術(shù)要求，特別是在較惡劣環(huán)境下使用，要采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以使光電檢測裝置工作在其產(chǎn)品要求的技術(shù)條件下，才能發(fā)揮裝置的技術(shù)性能。否則光電檢測裝置的使用壽命及其工作的可靠性都將受到不同程度的影響。結(jié)合光電檢測裝置在生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用實踐，在控制系統(tǒng)

90、設(shè)計中；不宜采用光電檢測裝置的信號作為重要的控制信號，以避免光電裝置突然損壞或工作不穩(wěn)定（環(huán)境高溫、濕度大、機(jī)械振動、外力碰撞等）引起其他設(shè)備事故。在控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC程序?qū)崟r進(jìn)行過程控制的監(jiān)控或干涉，以克服了因系統(tǒng)中采用光電裝置而存在的各種缺陷，是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑。</p><p>　　3.4 信號的處理電路</p><p>　　3.4.1 稱重傳感器信號處理電路</

91、p><p>　　稱重信號從S型剪切梁式稱重傳感器輸出，然后輸入放大器進(jìn)行放大，接著進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入單片機(jī)處理器進(jìn)行積算。下面便是流程圖：</p><p>　　圖3-11 稱重信號處理步驟圖</p><p>　　Fig.3-11 Step chart of calls the heavy signal processing</p><p>

92、　　AD7710是一種高精密稱重模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片，其內(nèi)部包含放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，是美國Analog Devices 公司推出的性能優(yōu)越、高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換集成電路。它是一種雙通道、低電平差動輸入、Σ- △信號調(diào)理型的模/ 數(shù)變換器。它內(nèi)部含有可編程增益放大器(PGA) 、多路轉(zhuǎn)換器(MUX) 、電荷平衡模/ 數(shù)變換器、時鐘發(fā)生器、參考電壓源、串行接口。具有兩路差模輸入、1～128八檔增益程控放大器、程控低通濾波器、集成度高、非線性誤差

93、小(0. 0015 %) 、分辨率高(21. 5 位) 、微控制器串行接口等特點。 能完成24 位A D 轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換頻率為10 ～1000Hz 。AD7710為24腳DIP400mil 封裝,能與Z80 、MCS51單片微機(jī)等微處理器接口，,也可與80X86系列微機(jī)通過系統(tǒng)總線接口，所以AD7710在稱重、熱電偶、應(yīng)變儀、RTD、過程控制、數(shù)據(jù)采集、微控制器應(yīng)用系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1）

94、AD7710 的結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　AD7710微控制器的雙向串行接口；可編程增益放大器( G = 1～128) ；具有截止頻率可編程的低通濾波器；具有低電平差動輸入的雙通道；單電源或雙電源任選；允許使用者在片內(nèi)校準(zhǔn)寄存器上讀和寫；非線性誤差小，可達(dá)±0. 0015 % 。</p><p>　　SCLK：數(shù)據(jù)輸入/輸出串行時鐘。當(dāng)MODE 為高電平時, 即MODE=1,

95、則SCLK 引腳提供輸出串行時鐘脈沖, 器件狀態(tài)為內(nèi)時鐘模式； 當(dāng)MODE 為低電平時,即MODE=0，則SCLK作為外時鐘的輸入端。</p><p>　　MCLK IN ：器件的主時鐘信號輸入。它可以使用外部晶振，也可以從MCLK OUT引腳得到時鐘信號。如主時鐘信號為CMOS 兼容時鐘, 則直接從引腳反饋。</p><p>　　MCLK OUT：器件的主時鐘信號輸出。用于片內(nèi)晶振方式。

96、主時鐘為石英晶體時， 石英晶體聯(lián)接在MCLK IN和MCLK OUT之間。</p><p>　　A0 ：地址輸入。低電平時, 對控制寄存器進(jìn)行讀和寫操作,高電平時,進(jìn)行數(shù)據(jù)寄存器和校準(zhǔn)寄存器的訪問。</p><p>　　/SYNC :使用多個AD7710是的同步信號，使數(shù)字濾波同步，邏輯輸入低電平有效。</p><p>　　MODE :模式選擇,邏輯輸入,高電平時,

97、 為內(nèi)時鐘模式; 低電平時, 為外時鐘模式。</p><p>　　AIN1 ( + ) : 通道1 的正模擬輸入。</p><p>　　AIN1 ( - ) : 通道1 的負(fù)模擬輸入。</p><p>　　AIN2 ( + ) : 通道2 的正模擬輸入。</p><p>　　AIN2 ( - ) : 通道2 的負(fù)模擬輸入。</p>

98、<p>　　圖3-12 AD7710引腳圖</p><p>　　Fig.3-12 chip’pin of AD7710</p><p>　　: 模擬負(fù)電源電壓,典型值為。單電源工作時,該端與地(A GND) 短接。允許不低于的輸入信號</p><p>　　: 模擬正電源電壓,使用范圍。</p><p>　　:偏置電壓輸入，即電

99、池后備電源輸入。，</p><p>　　REF IN ( + ) :正的參考電壓輸入端。</p><p>　　REF IN ( - ) :負(fù)的參考電壓輸入端。</p><p>　　REF OUT :內(nèi)部參考電壓輸出端。相對于AGND提供的參考電壓。</p><p>　　:補(bǔ)償電流輸出端。它能提供的恒定電流,能與外部的熱敏電阻連接, 進(jìn)行冷端補(bǔ)

100、償。</p><p>　　AGND :模擬地。</p><p>　　/TFS :發(fā)送幀同步信號,低電平有效。在脈沖下降沿后串行數(shù)據(jù)有效。</p><p>　　/RFS :接收幀同步信號,低電平有效。</p><p>　　/DRDY: 邏輯輸出, 低電平有效, 下降沿觸發(fā)一個新的3字節(jié)長的字，在輸出完成后返回高電平。</p>&l

101、t;p>　　SDATA : 串行數(shù)據(jù)。</p><p>　　:數(shù)字電源電壓, + 5V 。電壓不能低于4. 75V , 否則AD7710 不能正常工作。另外必須小于或等于。</p><p>　　DGND :數(shù)字地。</p><p><b>　　2）工作原理</b></p><p>　　AD7710 以一定的速率對模

102、擬輸入信號進(jìn)行連續(xù)采樣, 采樣速率由主時鐘f CL KIN 決定。采樣信號經(jīng)PGA 放大后,使其輸出電平滿足電荷平衡(Σ - △) ADC 的要求, 爾后轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖序列。該序列經(jīng)數(shù)字濾波器處理后以濾波器一階陷波頻率確定的速率更新21 位的輸出寄存器, 寄存器中的數(shù)據(jù)可從雙向串行口采用同步內(nèi)時鐘或同步外時鐘方式隨機(jī)讀取, 或者以輸出寄存器更新速率周期地讀取。</p><p>　　AD7710 內(nèi)部具有自校準(zhǔn)、系

103、統(tǒng)校準(zhǔn)和背景校準(zhǔn)等功能。自校準(zhǔn)能消除芯片本身的零點誤差和增益誤差, 系統(tǒng)校準(zhǔn)能消除輸入通道的失調(diào)和增益誤差, 背景校準(zhǔn)能消除溫度漂移、電源波動和時間漂移的誤差。這些校準(zhǔn)均由微控制器的軟件來實現(xiàn)。Σ - △A/ D 轉(zhuǎn)換器的基本思想是基于過采樣技術(shù)把更多的量化噪聲壓縮到基本頻帶外邊的高頻區(qū), 并由數(shù)字濾波器濾掉帶外噪聲。因此,過采樣Σ - △A/ D 轉(zhuǎn)換技術(shù)有三個主要優(yōu)點：</p><p>　?。?）用一位編碼技

104、術(shù),故模擬電路少；</p><p>　?。?）ADC 模擬低通濾波器設(shè)計容易； </p><p><b>　?。?）提高信噪比。</b></p><p><b>　　3）內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　AD7710 功能框圖如圖所示。該芯片內(nèi)含一個多路開關(guān)(MUX) 、可編程增益放大器(

105、PGA , G = 1～128) 、電荷平衡A/D 轉(zhuǎn)換器、串行接口、時鐘發(fā)生器、參考電壓源( + 2. 5V) 、兩個電流源(100μA 和20μA) 。</p><p>　　圖3-13 AD7710內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.3-13 The internal structure of the AD7710</p><p>　　AD771O芯片的功能

106、及特點主要表現(xiàn)在：</p><p>　?。?）可編程增益前端允許AD7710直接接受來自傳感/變送器傳送的微弱信號，去掉了傳統(tǒng)的傳感信號放大電路，從而減少了電路尺寸并提高了工作的可靠性。</p><p>　?。?）AD7710可以非常方便的與微處理器和DSP處理器接口，接受到它們的命令并控制芯片內(nèi)的濾波轉(zhuǎn)折點、輸入增益、通道選擇、信號極性和校驗方式。</p><p>

107、;　　（3）AD7710允許用戶讀寫校驗寄存器，使得微處理器能夠更好地校驗過程。</p><p>　?。?）AD7710輸入21位不丟失碼，AD轉(zhuǎn)換的線性精度為，它的溫度漂移通過芯片的自校驗減少為0，并大大減小了滿量程誤差。</p><p>　　表3-2 命令控制寄存器的控制字</p><p>　　Tab.3-2Control word of the Order c

108、ontrol register</p><p>　　AD7710芯片內(nèi)部有三個24位的寄存器，它們是命令控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和校驗寄存器。命令控制寄存器控制AD7710的濾波轉(zhuǎn)折點、輸入增益、通道選擇、信號極性、校驗方式、電源方式等參數(shù)的設(shè)置；數(shù)據(jù)寄存器暫存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。校驗寄存器得到AD7710的自校驗結(jié)果；讀寫AD7710芯片寄存器由引腳的輸人電平?jīng)Q定,當(dāng)輸人為低電平時, 讀寫命令控制寄存器, 否則讀取數(shù)據(jù)