设计举例皮带配料秤单片机控制系统.pptx

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1、图图6-39 6-39 皮带配料秤工艺结构图皮带配料秤工艺结构图 第1页/共74页技术要求技术要求 根根据据现现场场控控制制和和操操作作的的实实际际需需要要，皮皮带带配配料料秤秤控控制制器器的的技术要求有以下几项：技术要求有以下几项：(1)(1)输入键盘，用以输入流量设定值等参数和操作命令。输入键盘，用以输入流量设定值等参数和操作命令。(2)6(2)6位的瞬时流量显示器。位的瞬时流量显示器。(3)(3)输出一路输出一路4 420 mA20 mA的滑差电机速度调节信号。的滑差电机速度调节信号。(4)(4)接受接受0 010 mV10 mV的皮带荷重信号和速度信号。的皮带荷重信号和速度信号。(5)

2、(5)系统控制误差小于系统控制误差小于1%1%。第2页/共74页总体设计方案总体设计方案 皮皮带带配配料料秤秤控控制制系系统统的的总总体体设设计计思思想想为为：皮皮带带输输送送机机投投入入运运行前，输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。行前，输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。系系统统投投入入正正常常运运行行后后，单单片片机机采采样样皮皮带带荷荷重重信信号号(通通过过ADC0809)ADC0809)和和走走速速信信号号(T(T法法测测速速)，将将皮皮带带走走速速信信号号V(t)V(t)与与皮皮带带单单位位长长度度上上的的瞬瞬时时重重量量P(t)P(t)相相乘乘即即可可

3、计计算算出出皮皮带带上上物物料料的的瞬瞬间间流流量量F(t)F(t)。瞬瞬间间流流量量可可通通过过6 6个个七七段段数数码码管管显显示示出出来来，为为操操作作人人员员提提供供工艺数据参考。工艺数据参考。80318031系系统统再再将将流流量量实实际际值值与与其其设设定定值值进进行行比比较较，经经增增量量PIDPID调调节节运运算算后后计计算算出出控控制制量量ViVi，通通过过DAC0832DAC0832转转换换为为电电流流输输出出信信号号(4(420 20 mA)mA)，而而后后经经放放大大去去控控制制可可控控硅硅的的导导通通角角，实实现现调调节节滑滑差差电电机机电电磁磁离离合合器器励励磁磁电

4、电流流的的功功能能，从从而而调调节节执执行行机机构构滑滑差差电电机机的的转转速速，使使输输送送皮皮带带上上的的物物料料流流量量尽尽可可能能稳稳定定在在设设定定值值附附近近，并并具具有有良良好好的静态指标和动态性能。的静态指标和动态性能。第3页/共74页硬件设计部分的设计分为以下几部分：硬件设计部分的设计分为以下几部分：(1)(1)单片机单片机80318031系统的设计。系统的设计。(2)A/D(2)A/D转换接口的扩展。转换接口的扩展。(3)(3)显示接口的扩展。显示接口的扩展。(4)D/A(4)D/A转换接口的扩展。转换接口的扩展。(5)(5)检测元件的选择。检测元件的选择。(6)(6)键盘

5、接口的扩展。键盘接口的扩展。第4页/共74页 软软件件部部分分的的设设计计主主要要是是针针对对键键的的扫扫描描，对对数数据据进进行行采采集集并并处处理理，计计算算出出瞬瞬时时流流量量，再再进进行行PIDPID调调节节，控控制制可可控控硅硅的的导导通通角角，从从而而控控制制滑滑差差电电机机的的转转速速。可可分为以下几个模块：分为以下几个模块：(1)(1)主程序的设计。主程序的设计。(2)(2)键扫描及显示程序。键扫描及显示程序。(3)A/D(3)A/D转换程序。转换程序。(4)D/A(4)D/A转换程序。转换程序。(5)PID(5)PID运算程序。运算程序。第5页/共74页硬件结构及组成原理硬件

6、结构及组成原理 1 180318031系统的设计系统的设计 因因80318031片内无程序存储器，故系统采用外接地址片内无程序存储器，故系统采用外接地址锁存器锁存器74LS37374LS373扩展一片扩展一片64 KB64 KB的的2764 EPROM2764 EPROM。它的特。它的特点是用户可擦除，可编程，可通过锁存器与点是用户可擦除，可编程，可通过锁存器与80318031直接直接连接。图连接。图6-406-40为为80318031扩展程序存储器硬件原理图。扩展程序存储器硬件原理图。第6页/共74页图图6-40 6-40 存储器扩展原理图存储器扩展原理图 第7页/共74页 2 2A/DA/

7、D转换接口扩展转换接口扩展 在在本本系系统统的的数数据据采采集集过过程程中中，主主要要有有两两种种需需检检测测的的数数据据，一一种种是是皮皮带带走走速速信信号号V(t)V(t)，另另一一种种是是运运行行中中皮皮带带单单位位长长度度上上的的瞬瞬时时重重量量P(t)P(t)，两两者者的的乘乘积积为为此此时时的瞬时流量的瞬时流量F(t)F(t)，即，即:F(t)F(t)P(t)V(t)P(t)V(t)。第8页/共74页 单位长度皮带上的瞬时重量单位长度皮带上的瞬时重量(皮带荷重信号皮带荷重信号)采集方法如下：采集方法如下：(1)(1)由由荷荷重重传传感感器器测测出出瞬瞬时时变变化化的的应应变变情情况

8、况，并并转转化化为为电电压压信信号以号以0 010 mV10 mV输出。输出。(2)(2)经经过过放放大大器器变变为为标标准准电电压压0 05 5 V V，送送入入A/DA/D转转换换器器ADC0809ADC0809输入电路输入电路IN0(A/DIN0(A/D转换器的转换器的0 0通道通道)。(3)(3)经经A/DA/D转换器把模拟量转换为转换器把模拟量转换为8 8位数字量送入位数字量送入80318031的的P0P0口。口。(4)(4)在在80318031中进行数据的处理就得到了单位长度上皮带的瞬时中进行数据的处理就得到了单位长度上皮带的瞬时重量。重量。第9页/共74页图图6-41 6-41

9、重量采集电路原理图重量采集电路原理图 第10页/共74页 ADC0809ADC0809的工作过程如下：的工作过程如下：(1)(1)置置P2.7P2.7为为0 0，选中，选中ADC0809ADC0809。(2)(2)再用输出指令启动再用输出指令启动A/DA/D转换开始转换开始(WR(WR0)0)。(3)(3)判判断断EOC(EOC(转转换换结结束束标标记记)是是否否为为1 1，若若为为1 1，则则转换结束。转换结束。(4)(4)转换结束后，用读信号转换结束后，用读信号(RD(RD0)0)控制三态门控制三态门(在在ADC0809ADC0809内部内部)，将转换结果读入，将转换结果读入8031803

10、1，存入相应数据，存入相应数据缓冲区缓冲区。第11页/共74页 3 3荷重传感器原理荷重传感器原理 本本系系统统选选用用的的荷荷重重传传感感器器属属于于应应变变式式压压力力计计，其其原原理理是是用用应应变变片片直直接接测测量量弹弹性性元元件件的的应应变变，实实现现间间接接测测量量压压力力。这这种种方方法法弹弹性性元元件件变变形形极极小小，可可以以测测量量高高频率变化的压力。频率变化的压力。应应变变元元件件实实际际是是一一个个测测力力应应变变筒筒，被被测测压压力力经经膜膜片片转转换换成成相相应应大大小小的的力力，再再传传给给应应变变筒筒。应应变变筒筒受受压压缩缩变变形形，沿沿轴轴向向贴贴的的应应

11、变变片片受受压压阻阻值值变变小小，沿沿周周向向贴贴的的应应变变片片受受拉拉阻阻值值增增大大，组组成成应应变变电电桥桥即即可可得得到到输输出出电电压压值值，从从而而测测出出压压力力值值的的大大小小。应应变变传传感感器器结结构构图图见图见图6-426-42。第12页/共74页图图6-42 6-42 应变传感器结构图应变传感器结构图 第13页/共74页图图6-43 6-43 荷重传感器输出全桥电路荷重传感器输出全桥电路第14页/共74页 测测量量荷荷重重传传感感器器原原理理采采用用全全桥桥，其其中中输输出出电电压压VSCVSCVR1/R1VR1/R1。全桥中的全桥中的R1R1、R2R2、R3R3、R

12、4R4阻值均相等。阻值均相等。R1R1为为应应变变片片测测力力时时变变化化的的阻阻值值，它它反反映映了了所所测测压压力力的的大大小小与与输输出出电电压压VscVsc的的关关系系(成成正正比比)。本本设设计计使使用用全全桥桥的的目目的的在在于于：当当R1R1R2R2R3R3R4R4时时,电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度最最高高，并并消消除除了了非非线线性性误误差差，也也起起到到了了补补偿作用。偿作用。荷重传感器全桥输出原理图如图荷重传感器全桥输出原理图如图6-436-43所示。所示。第15页/共74页 4 4皮带走速的测量皮带走速的测量 皮带走速的测量方法如下：皮带走速的测量方法如下：(1)(1)由

13、由测测速速传传感感器器输输出出的的信信号号，其其频频率率为为皮皮带带走走速速的的线线性性函数，该频率由光码盘检测回路获得。函数，该频率由光码盘检测回路获得。(2)(2)该该输输出出信信号号通通过过衰衰减减送送给给比比较较器器整整形形变变成成标标准准脉脉冲冲，光光电电隔隔离离后后，输输入入到到74LS7474LS74分分频频，74LS7474LS74的的Q1Q1输输出出方方波波接接80318031的的INT1INT1。(3)(3)由由80318031的的定定时时器器T1T1测测出出方方波波的的周周期期，T1T1选选用用门门控控方方式式定定时时计计数数，Q1Q1输输出出高高电电平平时时T1T1计计

14、数数，Q1Q1输输出出低低电电平平时时T1T1停停止止计计数，然后读出数，然后读出T1T1的计数值的计数值m m。(4)(4)由公式由公式n n60f/pm(60f/pm(公式解释见公式解释见6.3.66.3.6节节)计算电机转计算电机转速，然后查表得转换系数，计算出皮带走速。速，然后查表得转换系数，计算出皮带走速。第16页/共74页图图6-44 6-44 皮带走速测量原理图皮带走速测量原理图 第17页/共74页 5 5键盘显示接口扩展键盘显示接口扩展 系系统统配配有有6 6位位共共阴阴极极LEDLED显显示示器器，运运行行时时可可实实时时显显示示瞬瞬时时流流量量。在在调调试试过过程程中中需需

15、输输入入设设定定值值及及各各种种参参数数(P(P、I I、D D、a a、b b、c c、d d转转换换系系数数)。根根据据系系统统的的实实际际需需要要，采采用用2828键键盘盘，包包括括0 09 9这这1010个个数数字字键键，6 6个个功功能能键键：写写入入键键WRWR、设设定定键键S S、校校零零键键Z Z、返返回回键键MONMON、停停机机键键STOPSTOP、运行键、运行键RUNRUN。键盘显示器接口电路参见图键盘显示器接口电路参见图6-456-45。第18页/共74页图图6-45 6-45 键盘显示器接口原理图键盘显示器接口原理图 第19页/共74页 LEDLED显显示示器器有有静

16、静态态和和动动态态显显示示两两种种方方法法。静静态态显显示示要要求求外外部部有有锁锁存存器器，CPUCPU输输出出待待显显示示数数据据后后，锁锁存存器器将将数数据据保保存存，直直至至再再送送新新的的显显示示数数据据为为止止。这这种种方方法法显显示示可可靠靠，主主要要缺缺点点是是使使用用元元件件多多，线线路路复复杂杂，成成本本较较高高。在在微微机机控控制制系系统统中中，若若控控制制系系统统时时间间允允许许，常常采采用用动动态态扫扫描描显显示示。此此种种方方法法的的优优点点是是线线路路简单，价格便宜。简单，价格便宜。动态扫描显示按数据输出方式又可分为并行和串行两种。动态扫描显示按数据输出方式又可分

17、为并行和串行两种。并行方式一般使用并行接口，如并行方式一般使用并行接口，如82558255或或81558155的一个端口的一个端口(如如PAPA口口)输出显示码，另一个端口输出显示码，另一个端口(如如PBPB口口)输出位选码。在对显示输出位选码。在对显示器要求不是太高的场合，也常采用串行数据输出方式进行动态器要求不是太高的场合，也常采用串行数据输出方式进行动态扫描，这种方式利用扫描，这种方式利用80318031内部的串行口和某个并行口内部的串行口和某个并行口(如如P1P1口口)组成了控制电路。组成了控制电路。第20页/共74页 本本系系统统需需显显示示的的数数据据较较少少，故故采采用用串串行行

18、动动态态扫扫描描显显示示。原原理理图图中中74LS16474LS164是是串串行行输输入入并并行行输输出出移移位位寄寄存存器器，它它与与80318031的的串串行行口口按按方方式式0 0连连接接。74LS16474LS164接接受受RXDRXD端端串串行行输输出出的的待待显显示示数数据据。每每输输出出一一个个字字节节，80318031内内部部的的硬硬件件自自动动使使SCONSCON寄寄存存器器的的中中断断标标志志TITI置置位位，通通过过对对TITI的的测测试试，即即可可确确定定一一个个字字节节是是否否发发送送完完毕毕。这这种种方方式式在在程程序序设设计计时时与与并并行行动动态态扫扫描描编编程

19、程方方法法类类似似，但需要加入如下的处理：但需要加入如下的处理：(1)(1)对对80318031的串行口进行初始化编程。的串行口进行初始化编程。(2)(2)待显示的数据只要送至串行数据缓冲区，串行待显示的数据只要送至串行数据缓冲区，串行口就立刻自动将数据输出。口就立刻自动将数据输出。第21页/共74页 在在硬硬件件电电路路中中，74LS16474LS164的的功功能能是是进进行行键键扫扫描描时时提提供列值以及进行供列值以及进行LEDLED显示时提供段码。具体形式为：显示时提供段码。具体形式为：(1)(1)在在键键扫扫描描时时，74LS16474LS164提提供供列列值值。整整体体扫扫描描时时，

20、74LS16474LS164输输出出00H00H；逐逐列列扫扫描描时时，74LS16474LS164输输出出为为FEHFEH，FDHFDH，FBHFBH，F7HF7H，EFHEFH，DFHDFH，BFHBFH，7FH7FH。(2)(2)LEDLED显显示示时时，74LS16474LS164用用于于提提供供段段码码，控控制制待待显显示的数据由示的数据由80318031的串行口提供。的串行口提供。第22页/共74页 74077407是是集集电电极极开开路路高高压压输输出出的的六六缓缓冲冲器器/驱驱动动器器，其其功功能能是是对对74LS16474LS164输输出出的的段段码码信信号号进进行行放放大大

21、，驱驱动动LEDLED显显示示，需需通通过过上上拉拉电电阻阻接接高高电电平平。LEDLED的的位位选选由由80318031的的P1.0P1.0P1.5P1.5发发出出，经经过过7545275452反反向向驱驱动动器器来来实实现现。LEDLED显显示示器器采采用用共共阴阴极极连连接接，动动态态显显示示方方式式。键键扫描处理采取了软件消抖等一系列抗干扰措施。扫描处理采取了软件消抖等一系列抗干扰措施。1)1)键盘输入电路键盘输入电路 键盘是由若干个按键组成的开关组键盘是由若干个按键组成的开关组,当没有一个当没有一个键按下时，所有行线输出为键按下时，所有行线输出为1 1；当某个键按下时，该；当某个键按

22、下时，该键所在的行线和列线短接，行线的输出由列线的输入键所在的行线和列线短接，行线的输出由列线的输入电平决定，电平决定，74LS16474LS164可提供键盘的列扫描信号。可提供键盘的列扫描信号。第23页/共74页 2)2)键盘信号的识别键盘信号的识别 本本设设计计采采用用的的是是非非编编码码式式键键盘盘，采采用用软软件件方方法法判判别别究究竟是哪一个键按下。其过程如下：竟是哪一个键按下。其过程如下：(1)(1)进进行行整整体体扫扫描描，从从74LS16474LS164输输出出的的列列值值00H00H判判断断P3.4P3.4、P3.5P3.5是否为是否为0 0，当为，当为0 0时表示有键按下。

23、时表示有键按下。(2)(2)当当有有键键按按下下时时，由由逐逐列列扫扫描描找找出出这这个个键键所所在在的的行行值值，此此时时74LS16474LS164逐逐次次输输出出所所对对应应的的列列值值为为01H01H、02H02H、04H04H、08H08H、10H10H、20H20H、40H40H、80H80H。(3)(3)由键值所在的行值和列值即可计算出按键所在的由键值所在的行值和列值即可计算出按键所在的位置。因本系统的键盘只有两行，故行值加列值即得键位置。因本系统的键盘只有两行，故行值加列值即得键值。其中，第一行的行值为值。其中，第一行的行值为00H00H，第二行的行值为，第二行的行值为08H0

24、8H。第24页/共74页 3)3)键盘消抖的处理键盘消抖的处理 机械按键在闭合时不会马上稳定接通，在断开时机械按键在闭合时不会马上稳定接通，在断开时也不会一下子断开，而是伴随着一连串的抖动。为保也不会一下子断开，而是伴随着一连串的抖动。为保证证CPUCPU对按键的一次闭合仅做一次处理，对抖动信号对按键的一次闭合仅做一次处理，对抖动信号必须进行消抖处理。本系统采用软件消抖，调用子程必须进行消抖处理。本系统采用软件消抖，调用子程序实现延时序实现延时10 ms10 ms，待键闭合稳定后再次接受键入的，待键闭合稳定后再次接受键入的信号，此时抖动已经停止，键盘状态有效。信号，此时抖动已经停止，键盘状态有

25、效。第25页/共74页 4)4)显示器电路显示器电路 (1)LED(1)LED显示器工作原理。显示器为七段数码管，显示器工作原理。显示器为七段数码管，需由驱动电路需由驱动电路7407(7407(反向器反向器)驱动，并采用共阴极接法。驱动，并采用共阴极接法。共阴极共阴极LEDLED显示器的阴极共地，当某二极管的阳极为显示器的阴极共地，当某二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。十进制数对应的段码见高电平时，发光二极管点亮。十进制数对应的段码见表表6-286-28。第26页/共74页表表6-28 6-28 七段七段LEDLED显示器段码表显示器段码表(共阴极共阴极)第27页/共74页 (2)(2)

26、显显示示扫扫描描电电路路。LEDLED的的每每一一种种显显示示字字符符对对应应一一个个段段码码，CPUCPU送送出出这这个个段段码码，LEDLED便便显显示示这这个个段段码码所所对对应应的的字字符符。在在本本系系统中由移位寄存器统中由移位寄存器74LS16474LS164提供需要显示的段码。提供需要显示的段码。当我们需要同时显示多个字符时，可逐次把需要的字符显当我们需要同时显示多个字符时，可逐次把需要的字符显示在规定的位置上。本系统通过示在规定的位置上。本系统通过P1.0P1.0P1.5P1.5口向显示器提供位口向显示器提供位选码，用于控制各个显示器的接地端。在每点亮一个显示器之选码，用于控制

27、各个显示器的接地端。在每点亮一个显示器之后，必须稍停一段时间，使之发光稳定，然后轮流点亮其他的后，必须稍停一段时间，使之发光稳定，然后轮流点亮其他的显示器。这样巡回扫描速度较快，每秒可重复多次。虽然在同显示器。这样巡回扫描速度较快，每秒可重复多次。虽然在同一时刻只有一个显示器在工作，但利用人眼的视觉暂留效应和一时刻只有一个显示器在工作，但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，我们看到的都是稳定的多个字发光二极管熄灭时的余辉效应，我们看到的都是稳定的多个字符同时显示。这种显示为动态显示，此时，段选码和位选码均符同时显示。这种显示为动态显示，此时，段选码和位选码均由软件控制。由软件控

28、制。第28页/共74页 6 6D/AD/A转换接口扩展转换接口扩展 在在本本系系统统中中，执执行行机机构构滑滑差差电电机机的的转转速速可可由由经经DAC0832DAC0832输输出的控制电流来调节，从而实现对皮带上物料的流量控制。出的控制电流来调节，从而实现对皮带上物料的流量控制。(1)8031(1)8031与与DAC0832DAC0832的连接。由于的连接。由于DAC0832DAC0832内部已设有输内部已设有输入数据寄存器，因而可以直接与单片机的数据总线相连，并作入数据寄存器，因而可以直接与单片机的数据总线相连，并作为单片机的外部数据存储单元。为单片机的外部数据存储单元。DAC0832DA

29、C0832的地址可设为的地址可设为C000HC000H。VccVcc和和ILEILE接接5 V5 V，80318031的的WRWR与与DAC0832DAC0832的的WR1WR1相连，相连，VssVss与、与、WR2WR2、XFERD XFERD、GNDGND相连后接地。本系统相连后接地。本系统08320832工作于单缓冲方工作于单缓冲方式，只用输入寄存器锁存数据。式，只用输入寄存器锁存数据。8 8位位DADA寄存器接成直通方式，寄存器接成直通方式，即把即把WR2WR2及及XFERXFER都接地。由都接地。由80318031的的P2.6P2.6选通。选通。D/AD/A转换原理图见转换原理图见图

30、图6-466-46。第29页/共74页图图6-46 D/A6-46 D/A转换原理图转换原理图 第30页/共74页 (2)D/A(2)D/A转换。转换。D/AD/A转换过程如下：转换过程如下：数数据据采采集集后后送送入入CPUCPU进进行行处处理理，计计算算出出瞬瞬时时流流量量，并并与与设定值作比较，通过设定值作比较，通过PIDPID调节送出控制变量调节送出控制变量V Vi i。CPUCPU对对DAC0832DAC0832进行一次写操作，把一个数字量直接写进行一次写操作，把一个数字量直接写入数据寄存器，通过入数据寄存器，通过D/AD/A转换，输出模拟量。转换，输出模拟量。DAC0832DAC0

31、832的的两两个个输输出出端端Iout1Iout1和和Iout2Iout2为为电电流流输输出出形形式式，为为了了提提高高电电流流输输出出能能力力，提提供供4 420 20 mAmA的的控控制制电电流流，输输出出加加上上一级功率放大。一级功率放大。输出的控制电流经放大后接可控硅控制板，控制可控输出的控制电流经放大后接可控硅控制板，控制可控硅的导通角，从而调节滑差电机的转速，使物料流量稳定在预硅的导通角，从而调节滑差电机的转速，使物料流量稳定在预期的设定值。期的设定值。第31页/共74页7.7.报警电路报警电路 图图6-47 6-47 报警电路原理图报警电路原理图 第32页/共74页 报报警警电电

32、路路由由80318031的的P1.6P1.6触触发发。当当系系统统工工作作正正常常时时，P1.6P1.6输输出出为为1 1，禁禁止止振振荡荡脉脉冲冲在在与与非非门门输输出出，扬扬声声器器关关闭闭。当当检检测测到到异常情况时，异常情况时，P1.6P1.6清零，使扬声器发出报警信号。清零，使扬声器发出报警信号。由由于于P1P1口口是是准准双双向向口口，要要想想将将某某一一位位作作输输出出位位时时，必必须须先先在在锁锁存存器器中中写写入入“1”1”。所所以以应应先先将将P1P1口口置置为为高高电电平平，使使P1.6P1.6为为1 1，再再经经过过反反向向去去封封闭闭振振荡荡器器。这这就就是是在在硬硬

33、件件上上加加一一个个反反向向器的原因。器的原因。振振荡荡器器可可选选用用石石英英晶晶体体振振荡荡器器或或多多谐谐振振荡荡器器，产产生生一一个个音音频范围内的振荡波形，再由放大电路放大，驱动扬声器发音。频范围内的振荡波形，再由放大电路放大，驱动扬声器发音。皮带配料秤系统硬件结构图如图皮带配料秤系统硬件结构图如图6-486-48所示。所示。第33页/共74页图图6-48 6-48 硬件原理图硬件原理图 第34页/共74页控制和测量原理控制和测量原理 输送皮带上物料流量的设定值由操作员在键盘上输送皮带上物料流量的设定值由操作员在键盘上设定，系统投入运行后，单片机采样皮带荷重信号和设定，系统投入运行后

34、，单片机采样皮带荷重信号和走速信号，并计算瞬时流量和输出控制电流走速信号，并计算瞬时流量和输出控制电流(4(420 20 mA)mA)，实现对流量的控制。系统闭环控制回路原理图如，实现对流量的控制。系统闭环控制回路原理图如图图6-496-49所示所示。第35页/共74页图图6-49 6-49 系统闭环控制回路原理图系统闭环控制回路原理图 第36页/共74页1 1瞬时流量的测量瞬时流量的测量 当输送皮带以当输送皮带以V(t)V(t)走带时，皮带上的物料一般为走带时，皮带上的物料一般为不均匀分布，瞬时流量为不均匀分布，瞬时流量为 F(t)P(t)V(t)式中：式中：P(t)-P(t)-单位长度上物

35、料的瞬时重量；单位长度上物料的瞬时重量；V(t)-V(t)-皮带的瞬时线速度。皮带的瞬时线速度。第37页/共74页 本系统中本系统中P(t)P(t)为荷重传感器电压输出信号的函数，因为存为荷重传感器电压输出信号的函数，因为存在着非线性，故可近似由三次多项式表示为在着非线性，故可近似由三次多项式表示为 P(t)ax3(t)bx2(t)cx(t)d 式中：式中：P(t)-P(t)-单位长度上物料的瞬时重量；单位长度上物料的瞬时重量；x(t)-x(t)-荷重传感器在时刻荷重传感器在时刻t t输出的电压信号经输出的电压信号经A/DA/D转换后的数转换后的数字量；字量；a a、b b、c c、d-d-线

36、性转换系数。由调试过程中现场测定，可通线性转换系数。由调试过程中现场测定，可通过键盘输入。过键盘输入。第38页/共74页从上述公式可推导出瞬时流量从上述公式可推导出瞬时流量F(t)F(t)为为 F(t)ax3(t)bx2(t)cx(t)dV(t)瞬时流量由瞬时流量由5 5位十进制显示，显示形式为精确到小数点后位十进制显示，显示形式为精确到小数点后3 3位。位。第39页/共74页 2 2流量控制流量控制 在在流流量量测测试试的的基基础础上上，把把流流量量设设定定值值和和实实际际测测试试得得到到的的瞬瞬时时流流量量进进行行比比较较，计计算算出出误误差差。采采用用增增量量PIDPID调调节节算算法法

37、，计计算算输输出出到到DAC0832DAC0832的的Vi(Vi(数数字字量量)，经经DAC0832DAC0832变变换换为为4 420 20 mAmA的的电电流信号，经过放大后去控制滑差电机的转速。流信号，经过放大后去控制滑差电机的转速。增量式增量式PIDPID控制算法只需计算增量，当存在计算误差或精控制算法只需计算增量，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小；增量式积分项运算仅与度不足时，对控制量计算的影响较小；增量式积分项运算仅与本次偏差有关，不易产生积分饱和，可取得较好的调节效果；本次偏差有关，不易产生积分饱和，可取得较好的调节效果；在实际系统中，易于实现手动和自动的无扰动

38、切换，故在控制在实际系统中，易于实现手动和自动的无扰动切换，故在控制策略的选用中得到了广泛的推广。策略的选用中得到了广泛的推广。第40页/共74页其计算公式如下：其计算公式如下：ViP(eiIeiD2ei)式中：Vi输出控制量的增量；ei设定值S与本次实际测得的流量值Fi之差，eiS-Fi，eiei-ei-1；ei-1上一时刻设定值与实测值之差；2ei(ei-ei-1)(ei-1-ei-2)ei-ei-1;2ei两次误差值的增量；P比例系数；I积分系数；D微分系数。第41页/共74页输出控制变量输出控制变量V Vi i的表达式为的表达式为 ViVi-1Vi 式中：Vi-1上一时刻输出的控制变量

39、。第42页/共74页软件设计 皮带配料秤监控软件从功能上可划分为以下几个模块：(1)系统初始化。(2)键扫描及显示。(3)键输入和键命令处理。(4)运行管理程序，包括信号采集、计算瞬时流量及控制输出三部分。第43页/共74页 1 1系统初始化系统初始化 系系统统初初始始化化主主要要任任务务是是在在程程序序开开始始时时，对对本本系系统统中中所所用用到到的的各各个个地地址址、串串行行口口和和定定时时器器1 1的的工工作作方方式式进行初始化设定，并对用户地址进行规划。进行初始化设定，并对用户地址进行规划。下面以简表的形式，把需要初始化的单元罗列出下面以简表的形式，把需要初始化的单元罗列出来，并对存放

40、的数据及初始化状态逐一做出介绍，见来，并对存放的数据及初始化状态逐一做出介绍，见表表6-296-29。第44页/共74页表表6-29 6-29 初始化状态表初始化状态表 第45页/共74页 2 2键值扫描及显示键值扫描及显示 键键扫扫描描时时，先先整整体体扫扫描描是是否否有有键键按按下下，如如果果有有，再再逐逐列列扫扫描描，确确定定是是哪哪个个键键按按下下。逐逐列列扫扫描描时时，先先得得出出按按键键所所在在列列，然然后后经经扫扫描描得得出出行行值值，行行值值加加列列值值就就得得到到按按键键的的键键值。具体过程为：值。具体过程为：(1)(1)进进行行整整体体扫扫描描，从从74LS16474LS1

41、64输输出出00H00H判判断断P3.4P3.4、P3.5P3.5是是否否为为0 0，当当为为0 0时时表表示示有有键键按按下下。此此时时P1.7P1.7为为1 1，表表示流量设定值还未输入，返回键扫描等待输入。示流量设定值还未输入，返回键扫描等待输入。(2)(2)当有键按下时，调用子程序实现延时当有键按下时，调用子程序实现延时10 ms10 ms，消除，消除键抖动。再次整体扫描，进行第二次判断以消除干扰。键抖动。再次整体扫描，进行第二次判断以消除干扰。第46页/共74页图图6 6-5 50 0 键键扫扫描描程程序序流流程程图图第47页/共74页 (3)(3)第二次扫描仍为有键按下时，由逐列扫

42、描找出这第二次扫描仍为有键按下时，由逐列扫描找出这个键所在的行值，即按键所在的位置。此时个键所在的行值，即按键所在的位置。此时74LS16474LS164逐次逐次输出值为输出值为FEHFEH，FDHFDH，FBHFBH，F7HF7H，EFHEFH，DFHDFH，BFHBFH，7FH(7FH(对对应的列值分别为应的列值分别为01H01H，02H02H，04H04H，08H08H，10H10H，20H20H，40H40H，80H)80H)。扫描第一列时由。扫描第一列时由74LS16474LS164输出输出FEH(FEH(第一列为低电平第一列为低电平)，分别扫描各行，判断，分别扫描各行，判断P3.4

43、P3.4或或P3.5P3.5是否为是否为0 0，当为，当为0 0时表明时表明第一列有键按下，转去计算键值。当第一列没键按下时，第一列有键按下，转去计算键值。当第一列没键按下时，再继续扫描第二列。逐次扫描各列直到找到为再继续扫描第二列。逐次扫描各列直到找到为0 0的行输出的行输出为止，由按键所在的行值和列值即可计算出按键所在的位为止，由按键所在的行值和列值即可计算出按键所在的位置。因本系统的键盘只有两行，故行值加列值即得键值。置。因本系统的键盘只有两行，故行值加列值即得键值。其中，第一行的行值为其中，第一行的行值为00H(P3.400H(P3.40)0)，第二行的行值为，第二行的行值为08H(P

44、3.508H(P3.50)0)。第48页/共74页 (4)(4)当当键键值值大大于于等等于于1010时时，说说明明按按下下的的是是功功能能键键，则则通通过过散散转转程程序序转转到到各各自自的的入入口口地地址址，分分别别实实现现各各自自的的功能。若键值小于功能。若键值小于1010，则为数字键，调显示子程序显示。，则为数字键，调显示子程序显示。键扫描程序流程图见图键扫描程序流程图见图6-506-50。本系统设计键盘为本系统设计键盘为2828键盘，其分布如图键盘，其分布如图6-516-51所示。所示。第49页/共74页图图6-51 6-51 键盘分布图键盘分布图 第50页/共74页 3 3显示子程序

45、显示子程序 显显示示子子程程序序是是按按照照动动态态显显示示的的原原理理完完成成的的，将将需需要要显显示示的的数据以十进制的形式显示在六位数码管上。数据以十进制的形式显示在六位数码管上。显示程序的设计思想是将显示缓冲区中的显示数每次顺序显示程序的设计思想是将显示缓冲区中的显示数每次顺序向高位移一位，把刚扫描到按键的键值送给最低位。当第一个向高位移一位，把刚扫描到按键的键值送给最低位。当第一个键按下时，让程序执行一段除最右边键按下时，让程序执行一段除最右边LEDLED显示外其余均熄灭的程显示外其余均熄灭的程序，即给其他缓冲区送一个数，使它查表后得到的段码为序，即给其他缓冲区送一个数，使它查表后得

46、到的段码为00H00H，则其他数码管不亮，该程序为则其他数码管不亮，该程序为DISP1DISP1。当第二个键按下时，跳过。当第二个键按下时，跳过DISP1DISP1使显示缓冲区正确移位，即执行使显示缓冲区正确移位，即执行DISP2DISP2程序。程序。DISP2DISP2程序的程序的作用是将每个缓冲区顺序向高位移一次，并把敲入的键送入最作用是将每个缓冲区顺序向高位移一次，并把敲入的键送入最低位。低位。第51页/共74页图图6-52 6-52 显示方式示意图显示方式示意图 第52页/共74页4 4键输入和键命令处理键输入和键命令处理 (1)(1)当当按按下下的的键键值值为为1010时时，代代表表

47、WRWR键键。WRWR键键的的功功能能为为输输入入流流量设定值或量设定值或PIDPID调节及线性公式中的系数调节及线性公式中的系数(P(P、I I、D D、a a、b b、c c、d)d)。流量设定值是一个两位数，流量设定值是一个两位数，P P、I I、D D、a a、b b、c c、d d转速系数是转速系数是4 4位数，其格式为前两位是整数位，后两位是小数位。在输入设定位数，其格式为前两位是整数位，后两位是小数位。在输入设定值时，应先保证值时，应先保证S S键键(设定键设定键)已按下，此时输入的两位数为设定值已按下，此时输入的两位数为设定值的两个单字节的两个单字节BCDBCD码，再将其压缩为

48、一个字节的压缩码，再将其压缩为一个字节的压缩BCDBCD码，存入码，存入内存缓冲区设定值单元以备计算时使用。在输入系数时，应按照内存缓冲区设定值单元以备计算时使用。在输入系数时，应按照P P、I I、D D、a a、b b、c c、d d转速系数的顺序依次送入相对应的数。同理，转速系数的顺序依次送入相对应的数。同理，也应将也应将4 4位数据压缩为两个字节的压缩位数据压缩为两个字节的压缩BCDBCD码备用。码备用。WRWR键处理流程键处理流程图见图图见图6-536-53。第53页/共74页图图6-53 WR6-53 WR键处理流程图键处理流程图 第54页/共74页 (2)(2)当键值为当键值为1

49、111时，代表时，代表S S键。键。S S键是用户设定流键是用户设定流量的专用键。按下此键流量设定值先显示出来，如需量的专用键。按下此键流量设定值先显示出来，如需要改变设定值，则用键盘敲入相应的数字键，随后按要改变设定值，则用键盘敲入相应的数字键，随后按下下WRWR键即可。键即可。S S键处理流程图见图键处理流程图见图6-546-54。第55页/共74页图图6 6-5 54 4 S S键键处处理理流流程程图图第56页/共74页 (3)(3)当当键键值值为为1212时时，执执行行退退出出键键MONMON。按按下下该该键键后后，6 6个个LEDLED中中最最右右边边的的显显示示器器显显示示提提示示

50、符符“P”P”，其其他他5 5个个显显示示器器全全熄熄灭灭。然然后后返返回回键键扫扫描描程程序序，这这样样就就可可以以退退出出命命令令状状态态，执执行行清清标标志志位位功功能能，等等待待新新命命令的输入。令的输入。在在调调试试过过程程中中，MONMON键键用用得得非非常常频频繁繁，修修改改参参数数或输入命令键出错时可按或输入命令键出错时可按MONMON键退回到初始状态。键退回到初始状态。第57页/共74页 (4)(4)当键值为当键值为1313时，执行停机键时，执行停机键STOPSTOP。STOPSTOP键的键的功能是当系统处于运行状态时，按下该键，使系统停功能是当系统处于运行状态时，按下该键，