摘要：文章以MCS-51單片機(jī)為核心，采用稱(chēng)重傳感器和速度傳感器作為測(cè)量單元，設(shè)計(jì)了一種稱(chēng)重系統(tǒng)，本系統(tǒng)在主板的處理電路上實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)的濾波和放大功能，并且采用A/D采樣芯片對(duì)其采樣后，單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到皮帶速度及傳輸重物的質(zhì)量，進(jìn)而運(yùn)算得出瞬時(shí)流量，達(dá)到稱(chēng)重目的。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；模數(shù)單元；運(yùn)放電路；濾波電路；傳感器；鍵盤(pán)掃描

中圖分類(lèi)號(hào)：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0041-03

技術(shù)革命源于信息革命，鋼鐵生產(chǎn)亦是如此。在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝中存在著大量的人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，而這些信息對(duì)于工藝中礦粉燒結(jié)、鋼鐵熔煉、軋鋼系數(shù)等步驟有著十分重要的意義。

因此，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的計(jì)量信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論原料還是半成品、成品經(jīng)常性的要使用各種稱(chēng)重系統(tǒng)來(lái)達(dá)到監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)物或料的參數(shù)的目的，從而使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，最終使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量，簡(jiǎn)而概之，沒(méi)有一個(gè)的優(yōu)良的稱(chēng)重系統(tǒng)，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)各部分單元概述

單片機(jī)：是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，英文縮寫(xiě)MCU，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O口及中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成一種小而完善的嵌入式微控制器，在工業(yè)生產(chǎn)上，尤其是工業(yè)控制領(lǐng)域，具有非常廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)體系中，復(fù)雜的控制工業(yè)系統(tǒng)或智能儀表上，甚至有數(shù)百片單片機(jī)在同時(shí)工作。

稱(chēng)重傳感器是這樣的一種檢測(cè)裝置，當(dāng)被稱(chēng)物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，它感受到被測(cè)量物的重量信息，并能將檢測(cè)到的信息，按照一定的規(guī)律（力-電效應(yīng)）變成具有正比函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)（電壓或電流等），從而得到被秤物體的重量，用以滿足工業(yè)上對(duì)于被測(cè)量物的信息顯示、記錄、處理、控制等要求。

速度傳感器是一種直流或交流測(cè)速發(fā)電機(jī)，它可以將直線速度或旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，當(dāng)傳感器與運(yùn)動(dòng)物體相接觸，就會(huì)產(chǎn)生一連串的電脈沖，通過(guò)檢測(cè)到的脈沖數(shù)，從而計(jì)算出物體的速度。目前工業(yè)生產(chǎn)中，最為廣泛采用的速度傳感器為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。

稱(chēng)重技術(shù)：是采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子稱(chēng)量裝置，同時(shí)還能夠有效地消除人為誤差，使之更符合計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的應(yīng)用要求的一種技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研等部門(mén)。同時(shí)，稱(chēng)重設(shè)備在習(xí)慣上也被稱(chēng)為秤。

模數(shù)轉(zhuǎn)化器（A/D轉(zhuǎn)化器）、運(yùn)放及濾波電路：模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過(guò)程，模擬信號(hào)經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號(hào)，然后通過(guò)編碼器，使得階梯狀信號(hào)中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼；運(yùn)算放大電路其實(shí)是一個(gè)將兩個(gè)相差不是很小的電壓進(jìn)行比較的比較器系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的很高倍數(shù)的放大；濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，其作用能盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，從而使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。

鍵盤(pán)掃描技術(shù)：無(wú)論采用何種控制系統(tǒng)，都需要一個(gè)人機(jī)對(duì)話裝置，這種人機(jī)對(duì)話裝置一般采用鍵盤(pán)和LCD或LED顯示器，鍵盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)的輸入，事件輸入包括鍵盤(pán)輸入，通訊接口，事件中斷等，而顯示器可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)的輸出，輸出結(jié)果指示包括LED/LCD顯示、通訊接口、外圍設(shè)備操作等，通過(guò)這樣的輸入和輸出從而實(shí)現(xiàn)人工可視的控制及操作功能。

LCD顯示（Liquid Crystal Display）：是利用液晶分子的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性進(jìn)行顯示的一種技術(shù)，一般常用的液晶型態(tài)為向列型液晶，在不同電流電場(chǎng)作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列，產(chǎn)生透光度的差別，如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別，依此原理控制每個(gè)像素，便可構(gòu)成所需顯示圖像。

2 由單片機(jī)控制的稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)方案中，采用的皮帶秤為多托輥懸浮式秤架結(jié)構(gòu)，當(dāng)輸送帶上所載重物通過(guò)有效測(cè)量單元時(shí)，皮帶秤秤體即托輥和架秤將其重量通所產(chǎn)生的壓力信號(hào)傳送給重量傳感器，稱(chēng)重傳感器通過(guò)運(yùn)算放大器放大并且經(jīng)過(guò)濾波電路濾波后，將稱(chēng)重的脈沖信號(hào)輸入模數(shù)（A/D）電路單元進(jìn)行采樣，當(dāng)信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)時(shí)，再送入單片機(jī)（嵌入式微控制器）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，與此同時(shí)，速度傳感器也將皮帶的速度通過(guò)模數(shù)電路轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)，進(jìn)入信號(hào)放大單元，再進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)通過(guò)對(duì)速度和質(zhì)量這兩種信號(hào)的處理，就可以得到皮帶上傳輸物體的重量。

另外，在處理傳感器信號(hào)的同時(shí)，MCS-51也在不斷掃描鍵盤(pán)和各種功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送到單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器，當(dāng)需要顯示或者其他操作時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)送到顯示器顯示或?qū)⒅噶畎l(fā)送給其他的操作設(shè)備。

重量計(jì)算原理為：輸送帶輸送物料時(shí)，主控機(jī)連續(xù)測(cè)量輸送帶上每單位長(zhǎng)度的載荷值并與皮帶在同一時(shí)刻的速度相乘，測(cè)得結(jié)果為物料的瞬時(shí)流量。

2.2 系統(tǒng)硬件及外圍電路介紹

本系統(tǒng)中，用于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的單片機(jī)采用的是基于8051內(nèi)核的MCS-51單片機(jī)，完成皮帶測(cè)速、重量累加、顯示以及遠(yuǎn)程通信等功能，其優(yōu)點(diǎn)為片內(nèi)存儲(chǔ)器為閃速存儲(chǔ)器，速度更快、尺寸更小，且有4個(gè)8位I/O接口，便于擴(kuò)展。

A/D轉(zhuǎn)換模塊采用AD7190芯片，它集成了一個(gè)低噪聲、24位Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)低噪聲增益級(jí)意味著可直接輸入小信號(hào)。

稱(chēng)重傳感器采用電阻應(yīng)變式集成傳感器，其工藝簡(jiǎn)單，成熟，精度較高；外圍信號(hào)放大電路（運(yùn)放）采用ADA4528-1，該運(yùn)放溫飄小，廣泛用于信號(hào)處理，同時(shí)傳感器安裝位置必須防塵隔噪。

速度傳感器采用光電脈沖集成傳感器，光電檢測(cè)方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣。因?yàn)镸CS-51具有輸入捕捉脈沖信號(hào)功能，故速度傳感器的輸出信號(hào)可以直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，降低了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)

周期。

防抖動(dòng)電路：速度傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)防抖動(dòng)電路處理后，能夠更加的穩(wěn)定與精確。

鍵盤(pán)掃描及遠(yuǎn)程通訊模塊：本系統(tǒng)采用防塵、防水的金屬鍵盤(pán)，因?yàn)榭紤]到生產(chǎn)環(huán)境的惡劣性，故采用密封性好的金屬鍵盤(pán)，利用單片機(jī)I/O口掃描，功能鍵可以根據(jù)軟件程序設(shè)計(jì)；同時(shí)，本設(shè)計(jì)也涵蓋了控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN總線），重量信號(hào)也可以把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)狡渌丝?，保證了分布式控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的通信，具體實(shí)現(xiàn)方法為在主板擴(kuò)展槽中安裝通訊板，采用主從式通訊協(xié)議，上位機(jī)可以發(fā)送控制命令讀寫(xiě)稱(chēng)重過(guò)程參數(shù)和顯示，或直接進(jìn)行遠(yuǎn)程鍵盤(pán)操作，通訊板使用標(biāo)準(zhǔn)RS-232或RS-485方式。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，稱(chēng)重技術(shù)的發(fā)展向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向發(fā)展，解決了鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中繁瑣的計(jì)量問(wèn)題，保證了生產(chǎn)的高效，有著極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：李云（1982—），男，長(zhǎng)治鋼鐵（集團(tuán)）有限公司助理工程師，研究方向：電氣智能化。