定量给料皮带秤控制器软件设计开题报告.doc

本科生毕业设计开题报告

题目： 定量给料皮带秤控制器软件设计

学 部： *****************
专 业： 自动化
班 级： *******
姓 名： ***
学 号： ***********
指导教师： ***老师

2012 年 03 月 25 日

一题目来源背景
对物能够具体精确方便的量化是人类不断追求的目标，这使得几千年来人们所使用最普遍最普及的机械杠杆秤的性能得以不断改进。虽然其性能有所改进，但随着几次大工业革命的发生，人类生产生活方式发生了翻天覆地的变化，我们需要更高精度，更快速度，更大称重量，更加直观的计量设备来满足现代化大生产的计量要求，显然机械杠杆秤还不能达到。20世纪60年代电子秤应时而生了，它满足了上述基本要求，即便初期其还不能动态称量和其工作效率仍然很低。随着力传感器在技术上的突破和微处理器的出现发展，电子秤的价格大幅度较低，体积大大大缩小，可以完成在运动中连续称重，远距离传送、显示、记录及设定信号，与微处理器连用实现在线测量和控制，可以根据预先编制好的程序对称重过程进行监控，完成对称重仪表的自动校准，自动零点跟踪，自动切换量程，自动逻辑判断，自动存取更新调节值或系数，自动完成重量测试。除此以外，还可以对采集的重量数据进行计算，并对测量结果进行各种参数分析和校正，自动求得和显示诸如重量、皮重、净重、单价等。特别是应用微处理器可以实现动态称重过程中的实时分析和数据处理及过程控制，解决了称重过程的准确、快速、连续及自动化问题，使电子秤的称重技术和设备的应用前景更加广阔。电子秤的种类和形式很多，根据工作特点及用途可分为六种，一皮带秤（主要用于散体物料在传输过程中进行称重）二容积秤（主要用于各种液体、粉体及颗粒状物料的称重和配料），三吊秤（主要用于对大型构件、集装箱在装卸过程中进行称重，四平台秤（主要用于商业、工业及运输工程中的称重，包括各种地中衡、汽车衡、平台秤等）五电子轨道衡（主要用于对铁路车辆的称重）六其它。定量给料皮带秤是一种自动测量和控制传递的物料流量的称料装置，广泛应用于颗粒或粉状的物料配料系统中，现在冶金，建材，化工，煤炭，交通运输等众多行业都需用它来进行计量。电子皮带秤由于具有速度快、投资少、安装方便等特点，因而得到广泛应用。随着显示控制器和称重传感器技术日趋成熟，逐步发展，皮带秤经历了机械皮带秤、电子皮带秤和智能皮带秤的几代变化，皮带秤的准确度和稳定性有了很大程度的提高。 皮带秤的应用已有几十年的历史了，最早是机械皮带秤，其结构为悬臂式、杠杆式，传力为刀子、刀承、十字簧片，传感器为剪切梁式，显示控制器为分立元件，其故障率较高，误差较大。后来经过不断的开发应用，特别是八十年代、九十年代，随着微电子技术的飞速发展，使得皮带秤的制造技术也有了很大的发展。现在的皮带秤具有合理的秤架力学系统，结构从单杠杆到多杠杆，从悬臂到全悬浮，从单托辊到双托辊、四托辊、八托辊。 传感器作为皮带秤的核心，无论是在量程、精度、性能上，都具有优良的品质。尤其是数字传感器技术的成熟和发展，使得一机多秤的远程控制，以及超长距离传输的远程计量成为可能。 皮带秤的二次仪表技术经过多年发展，已从分立元件向大规模高集成化发展。操作人员可利用屏幕实现方便快捷的人机对话，进行自动调零、自动间隔校准、故障诊断、报警及线性补偿等皮带秤相关参数的输入，通过键盘对皮带秤进行监测、调零、标定、维护，极大地提高了皮带秤的准确度，以及稳定性和可靠性。并具备了特殊的通讯功能，与PC机以及打印机、网络系统等外围设备连接，使皮带秤更具有先进性、实用性。

二、主要设计内容、结构原理功能
2.1．设计内容
本次主要研究的内容是定量给料皮带秤，并侧重于定量给料皮带秤控制器的软件设计
2.2定量给料皮带秤结构功能原理
速度传感器
称重传感器
称重区
料斗

2.2.1结构：定量给料皮带秤主要由机械秤体、检测电路及装置、电机和控制器（包含相应的控制器辅助电路）组成。机械部分主要包括：供料溜子、皮带张力自动调整装置、传动及减速装置;检测电路及装置主要包括：称重传感器及其相应电路。控制器主要包括单片机以及单片机为实现某些功能所需要的辅助电路，如A/D转换电路，扩展电路,看门狗电路等。其工艺结构图如图1所示：

皮带
料斗

电子秤

称重区

电机

称重传感器

重量信号

单片机

图1 定量给料皮带秤工艺结构图

2.2.2硬件电路各部分功能：
料斗：用来盛放各种物料，通常为块、粒、粉体物料，并向皮带供应各种物料。
皮带：在电机带动滚轮作用下，获得相应的速度（它的速度只决定于电机），完成传送物料的功能。
电机：受单片机控制的一个执行装置，为皮带提供动力，带动皮带的转动，使皮带的传送功能得以实现，控制皮带的速度，是单片机相应的控制功能得以实现。
称重传感器：感知皮带上物料的重量变化，将物料的重量变化线性的转化为电信号，电信号经过其他装置的进一步处理，送入单片机。
单片机：它是定量给料皮带秤控制系统的核心，它接收经过处理的来自称重传感器速度传感器上的信号，再经过单片机内部程序的处理，得出一个相应的控制信号，并作用于电机，使人们想要的相应的控制功能得以实现。
辅助电路：如A\D转换电路，它作用是将模拟信号转化为单片机能够识别的数字信号；如看门狗电路,如果单片机程序失控进入死循环，看门狗可以及时对系统进行复位，使程序从程序储存器的的起始位置开始执行，从而实现了单片机的自动复位。
2.2.3工作原理：
当被测物料均匀落置在秤体的称重区上时，其重量便通过皮带秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由相应的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印；当需要对皮带秤的速度作出相应的调整时，通过数字键盘向89C51单片机输入相应的数值，通过I\O口接收到该信号的CPU对该数值信号进行再处理并转换成命令信号，该命令信号通过I\O口送至可控硅过零调功调速电路，可控硅调功调速电路根据该命令信号去调节电机的速度，因为皮带的传输速度直接取决于电机的速度，电机速度的改变使得皮带的传输速度也随之发生变化。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在各自仪表或电路中完成。
2.3．定量给料皮带秤控制器的软件
2.3.1控制器的主控制框图，如图2所示
LCD

皮带机
可控硅过零调功调速电路
电机

单片机

放大器
称重传感器

A\D转换

键盘

图2 控制器的主控制框图

2.3.2定量给料皮带秤的软件设计是用汇编语言根据硬件电路的需要来设计的，根据功能它也分为了几大模块：初始化模块、按键操作模块、A/D转换、模块显示模块、显示码转换模块、可控硅过零调功调速模块。
2.3.3主程序：完成系统的初始化，调用各种子程序，完成相应的控制功能。各模块功能：
1、初始化模块: 通过该模块来对堆栈、定时器、计数器、中断和特殊功能寄存器进行赋值，有关寄存器的清零，以及计数器/定时器的初值存放等。
2、按键操作模块: 该模块能够在系统一上电后就开始对键盘进行扫描，一旦在相应时刻检测到有键按下，就会相应转去执行处理程序，处理完毕后能够返回主程序。
3、A/D转换模块：MAX187的A/D转换子程序。
4、显示模块 ：该模块应能够把显示码进行准确显示。
5、显示码转换模块：用来实现系统内的二进制AD值转化为BCD码，BCD码再转换成分离BCD码，分离BCD码最后转换成数码管显示码，以便送出显示，它是显示处理程序的先遣队。
6可控硅过零调功调速模块：用来实现单片机对电机转速的控制。
除了上述功能以外，该系统还具有看门狗功能以及工作状态显示功能等
主程序流程图如图3所示
初始化
显示处理
喂看门狗
按键处理子程序
A\D转换子程序
标度交换
数据 判断 控制

图3 主程序流程图
三 设计方案
3.1明确系统的功能要求，设计系统的总体方案。
3. 2.综合分析系统的各个功能，匹配最佳硬件电路
3．3选择称重传感器、测速传感器、单片机
3 .4 控制器的软件设计
3.4.1采用模块化程序设计技术编写控制器的软件。根据系统功能, 将软件划分为若干个功能相对独立的模块，为每一个模块设计算法和程序流程, 再根据流程图编制程序。每个模块程序调试成功后, 最后连接在一起进行总调
3.4.2软件程序模块主要包括初始化模块、按键操作模块、A/D转换、模块显示模块、显示码转换模块、可控硅过零调功调速模块。
3.4.3根据系统实际需要，明确按键个数和键位功能

四、进度安排

第1 — 3周 了解设计内容，撰写开题报告。
第4 — 5周 详细了解定量给料皮带秤的工作原理以及它的各个功能模块
第6 — 7周 设计方案的确定。
第8 —11周 各个程序的设计调试
第 12 周 中期检查。
第13—14周 程序的总调试
第15－16周 设计说明书。
第17周 准备答辩。

五、主要参考文献（外文参考文献不少于2篇）
[1] 王毅.单片机器件及应用[J], 陕西电子, 1992
[2] 何立民.单片机应用系统的功能接口技术[M].北京: 北京航天大学出版社, 1992
[3] 曹竟华.应用单片机的定量给料电子皮带秤.自动化仪表.1992

[4] 李广弟，朱月秀，王秀山. 单片机基础. 第2版. 北京：北京航空航天大学出版社.2001年7月 77~81

[5]童诗白，华成英.模拟电子技术.第三版.北京高等教育出版社.2001年1月

[6] 孙希.基于单片机控制的电子秤设计.网络财富.2010年19期

[7]周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002.11

[8]于元杰..单片微机原理及应用. 北京：机械工业出版社，1999.8

[9]C. J. R. Sheppard, M. Gu. The significance of 32Dt ransfer funct ions in confocal scanning m icro scopy. J.M icro sc. 1992, 165: 377～ 390.

[10] F.L.Chernousko,L.D. Akulenko,N.N. Bolotnik.Time-optimal control for robotic manipulators. Optimal control Applications and Mefhods,1989,10(4):293~311

院毕业设计领导小组意见：

负责人签章：

年 月 日
教师意见：

指导教师签字：

年 月 日