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1、辽宁科技大学）第I页定量称重控制仪的设计摘要我国的定量称重仪表衡器需求量很大，但定量称重控制仪表技术却相对落后。为此, 设计了一种自动定量称重控制仪，该定量称重控制仪具有控制准确度高、功能实用以及 性能稳定可靠等特点。本控制仪属于单片机嵌入式系统，采用AT89s52作为系统的MCU 单元。所设计的硬件电路单元主要包括：信号调理电路、数据采集电路、显示和键盘电 路、系统输出电路、系统电源电路等。选用了灵敏度高、性能稳定的电阻应变式称重传 感器及高分辨率模数转换处理芯片AD7810,保证了系统的测量精度和准确度。通过编 制系统的软件程序，实现了三级给料定量称重过程的自动控制、提前量数据的自行修正、
2、 包装数据的自动保存以及键盘操作和实时显示等多项实用功能。从而使本定量称重控制 仪的稳定性、及定量称重控制的准确度均达到预期的要求。关键词 定量称重；单片机；自动控制The Design of Quantitative Weigh ControlInstrumentAbstractThe demand for automatic quantitative weighing apparatus in our country is quite large , but the automatic quantitative weighing control instrument technology
3、of our country is still relatively behind the times .So a quantitative weighing control instrument is developed in this dissertation ,and it has the characteristics of high control accuracy ,practical functions and stable and reliable performance etc. This instrument call be classified into embedded
4、 microcontroller system, and the microcontroller unit employed in this system is AT89s52.The hardware circuits designed include: data acquisition circuit , display and keyboard circuit , output circuit ,system power supply etc .To ensure the precision and accuracy of the system ,thc resistance strai
5、n meter type load cell that is of high sensitivity and stable performance and high resolution analog-digital converting chip AD7810 arc selected .By programming the software of the system ,several practical functions ,such as the automatic control of three-stage feeding quantitative weighing process
6、, automatic correction of closing lead data .automatic storage of package data ,key board operation and real-time display etc ,arc accomplished by the instrument . Experimental tests on stability ,static performance and dynamic performance of the system arc conducted respectively .And the analysis o
7、f testing reports indicate that the stability and the accuracy and precision of automatic quantitative weighing control of this instrument arc in accordance with the desired technical properties .Keywords : Quantitative Weighing； Microcontroller ； Automatic Control目录摘要1AbstractII第1章绪论11.1 自动定量衡器技术综述
8、11.1.1 电子衡器的分类11.1.2 自动定量衡器技术国内外发展概况11.2 研究本课题的意义31.3 本论文完成的主要工作4第2章系统的总体设计52.1 定量称重控制系统的组成和工作原理52.1.1 定量称重装置的组成52.1.2 定量称重控制的工作原理62.2 系统的结构方案72.2.1 系统概述72.2.2 系统结构72.3 系统的功能、特点及主要技术指标8第3章系统的硬件设计103.1 系统硬件的结构103.2 微控制器AT89s52及其应用103.2.1 AT89s52 性能概述103.3 数据采集前端模块123.3.1 电阻应变式称重传感器123.3.2 信号调理电路153.4
9、 模数转换单元173.4.1 模数转换器的选择173.4.2 AP7810的特点与功能183.4.3 AD7810 的接口设计193.5 人机通信单元203.5.1 显示及键盘控制芯片HD7279203.5.2 键盘及显示电路213.6 输出电路233.7 系统电源设计243.8 定量称重过程特性分析25第4章系统软件设计274.1 系统程序流程274.2 数据采集子程序284.3 人机通信程序设计29结论34致谢35参考文献36第1章绪论我国社会主义市场经济的繁荣和发展，促进了对定量包装商品需求的不断增长。例 如以零售商品为例，根据有关统计，美国零售市场中定量包装商品的销售量占95%以上,
10、我国零售市场上定量包装商品的销售量也已经达到70%左右叫 并且其数量将随着经济 的发展而不断扩大。本设计所研制的自动定量称重控制仪，属于国际法制计量组织。IML (Organization of International Legal MclrologyO国际建议R61 1所称之重力式自动装料衡器(Automatic Gravimetric Filling Instrument)中的控制装置图。在我国，自动装料衡器又称之为定量自 动衡器，有些场合还可称为定量包装秤、打包秤、灌包秤或打包机。OILM把重力式自 动装料衡器定义为“通过自动称量把散状物料分成预定且实际上相对恒定质量的装料, 并将其装
11、入容器的衡器”久1.1 自动定量衡器技术综述1.1.1 电子衡器的分类电亍称重装置主要由承载器、称重传感器和称重仪表三部分组成。按照不同的分类 标准，可将电子类衡器作如下划分叱一、按测试系统划分1 .静态型。静态电子衡器是把被称量物体稳定的放置于电亍衡器上进行测量的，目 前这种类型的电子衡器使用范围最为广泛。2 .动态型。动态电子衡器是在静态电子衡器的基础之上发展起来的一种新型电子衡 器，它所测量的是随时间变化的运动物体的质量。二、按称量方式划分1 .接触式测量。接触式测量主要是通过传感器直接与被测量的运动物体直接接触而 获得动态信号，并对此动态信号进行处理来获取真实的质量信息。2 .非接触式
12、测量。非接触式测量则主要是利用辐射传感器来获取运动物体的动态信 号，并加以分析以得到真实的质量信息。1.1.2自动定量衡器技术国内外发展概况在近百年的历史中，称重技术大致经历了以下四个发展阶段：大约半个多世纪的机 械式装置模拟测量阶段；20世纪5060年代进入了机电衡器阶段；20世纪7080年代 进入了电子测量阶段；自20世纪80年代以来，全面进入了数字化测量及微机智能化测 量的阶段匠久一、国外发展情况无论在技术水平、品种还是规模等方面，发达国家的电子称重设管都达到了较高水 平。技术水平方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。目前，作为贸易结算用 的静态秤（如平台秤），已能达到01ML规定
13、的3000d（分度），最高的可以达到6000d; 在稳定性方面，要求一年内不允许超差；在可靠性方面，称重传感器正常使用条件下的 寿命一般在十年以上，仪表的平均故障间隔时间（MTBF）都超过2000小时，有些产品达 到了 5000小时。由于加强了应用技术开发，能够适应高温、振动、粉尘、电磁干扰等 各种恶劣使用环境条件，准确度一般能达到0.10.3%左右在品种方面，随着生产发展的需要和新技术的应用，出现了一些新品种，如电脑组 合定量秤、高速自动定量秤等。这些自动秤往往与生产过程紧密结合，成为生产线的一 个组成部分，或者与生产机械组合成机电一体化设备。在功能上也比较齐全，大部分是用软件来实现。这些功
14、能包括：各种参数的设定， 如分度值、最大量程、小数点、固定皮重等设定；零点自动跟踪；自动去皮；量程自动 校准；动态检测；开机自检和故障诊断；停电数据保护；超载报警；非线性补偿；以及 毛重、净重、皮重和累加值的显示等。在规模上，国外衡器制造业已是很发达的工业。据资料介绍，日本1995年时电子 衡器的年产量就已经达到623万台、产值达880亿日元，是世界上出口电子衡器最多的 国家。在称重仪表方面，由于采用了低漂移高增益放大器、电可擦存储器(EEPROM)和非 易失性随机存储器(NOVRAM)、高速低功耗10位串行模数转换器和智能称重传感器等 新技术.？使其性能和功能都有了很大提高。为了便于与计算机
15、通信，称重仪表配有 各种输出接口供选用，如RS232C、RS485等，有些还采用无线传输方式。二、国内发展情况我国从六十年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，后来发展成数字 式。自八十年代初以来，与国外开展了技术交流和合作，引进了一批样机、生产技术和 加工测试设每，通过消化、吸收和改造，使电子称重装置的综合水平有了很大的提高， 产品发展到几十种。但总的来说，我国电子称重装置只相当于发达国家八十年代中期的 水平。我国同发达国家差距的突出表现,在于电子衡器在各领域所使用的各种衡器中所占 百分比数量方面。在我国，电子衡器在工业领域实际使用的各种衡器中所占比例为 4().8%,商用领域所占比例为6.4%;而发达国家工业领域中电子衡器所占比例为80 90%,商用领域为5060%。差距的第二个表现是品种尚少，功能不齐全。目前，国内 500g以下范围的小秤量定量包装机占了绝大多数，500g以上定量包装机生产厂家相对较 少；再次是产品稳定性和可靠性不够理想，某些关键元件尚依赖于进口近年来，我国自动定量称重衡器技术发展很快，并且已经成为衡器行业中发展最迅 速的产品种类。例如，将模糊控制技术应用于定量称重应以及在电阻应变式称重传感 器方面采用蠕变补偿g、模糊补偿网和滞后补偿的用技术等。三、发展方向展望定量称重衡器已日益渗透到几乎全部工业领域和生产过程，而且将不再是单纯的称 重计量，
