隨著電子技術(shù)和微電腦的快速發(fā)展,智能稱重儀表正逐步取代傳統(tǒng)的機械稱量系統(tǒng),在計量、定量稱重等系統(tǒng)的應用越來越廣泛。本文介紹的智能型數(shù)字顯示稱重儀表,采用嵌入式單片計算機,其顯著特點是集高精度計量、在線通訊、在線修改參數(shù)、報警及實時顯示等于一身,定量稱重儀表的大部分功能集成于一塊電路板上,儀器可靠性高、體積小,便于用戶安裝使用。系統(tǒng)采取了特殊的自診斷、保護和抗干擾措施,具有較高的實用價值。
稱重儀表硬件設計原理
該定量稱重儀表可同時接入二路拉壓傳感器輸入信號,并可為電子臺秤傳感器提供橋路電壓,A/D采用∑—— △型高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器,單片機采用內(nèi)置8KFlashRAM的AT89C52,由于不需外擴程序儲存器,可有效減小線路板面積,提高工作穩(wěn)定性。采用E2PROM 型的X5045作為數(shù)據(jù)存儲器,存儲工作過程中所需的某些參數(shù)。鍵盤用于參數(shù)的設置,本設計采用4個薄膜按鍵,通過鍵值組合及顯示提示,可完成多組參數(shù)的鍵入及多組信息的顯示,如波特率設置、稱量的皮重顯示等。顯示為雙6位LED,其中第l位為毛、凈重或動態(tài)補償狀態(tài)指示,后5位為稱重值。通訊接口采用RS一485方式,其有效運傳距離為1200米,便于現(xiàn)場組成測控系統(tǒng)。在儀表的后置面板上,安裝了20個接線端子,分別用于拉壓傳感器工作電源的輸出、儀表交流電源的輸入及稱重上、下限報警的輸出。為方便用戶的使用,所有報警輸出均采用繼電器觸點形式。中的D/A轉(zhuǎn)換用于有計量控制系統(tǒng)時的控制系統(tǒng)的給定。
定量稱重儀表主要技術(shù)參數(shù)及功能
l、量程:單位Kg或g,zui大為99999Kg(或g),量程自動轉(zhuǎn)換,測量精度為±0.1%。
2、回差:量程的干分比,zui大為999。
3、報警上、下限:量程的干分比,zui多三位,共4路。
4、皮重:默認值為零,具體數(shù)值可由鍵盤或上位機輸入。
5、動態(tài)補償方式:由鍵盤設置或由上位機指令補償。
6、顯示錯誤信息:如補償信息丟失、校秤信息丟失、皮重信息丟失、量程信息丟失、零點及滿標度信息丟失等。為適于定量包裝生產(chǎn)過程的稱重,該儀器內(nèi)置了一個簡單實用的消除稱重誤差的控制算法。由于稱重系統(tǒng)主要由傳感器誤差、定量稱重儀表誤差及干擾誤差組成,電子臺秤前兩種誤差是由系統(tǒng)硬件決定的,為系統(tǒng)所固有,而干擾誤差主要來自于稱量體的振動、喂料機構(gòu)的慣性、料倉的壓力變化、物料流動狀態(tài)的變化以及物料對稱量體的沖擊、落差等。這些可稱為稱重過程中的干擾因素,是隨機的。該儀器采用預估補償值和修正控制值來跟蹤這些隨機干擾的變化,以此達到消除或盡可能減少干擾所引起的稱重誤差的目的。其具體過程如下:
先求出誤差預估補償值:
N的取值既不能太大,也不能太小。若太大,會降低稱重儀器對隨機干擾的跟蹤靈敏度,嚴重時甚至形成數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象,起不到及時跟蹤的目的:若太小,則受單次稱重干擾的影響較大,容易造成后續(xù)稱量中的虛假補償。因此,N的取值大小要由具體情況及試驗確定。
在求出稱量誤差的平均值后,采用下面的修正公式來更改控制值:
式中,u(K+1)為第K+1次的控制值,d為e跟蹤范圍的上很。
上式中的修正算法表明,當]el>d時,控制系統(tǒng)的給定值需要新設定,以消除干擾的影響,使控制系統(tǒng)盡快趨于穩(wěn)定,對精度要求不是很高的控制系統(tǒng),d值可取設定值的5%。該預估補償算法無需建立系統(tǒng)的新的數(shù)學模型,算法簡單且易于計算,能有效提高稱重系統(tǒng)的控制性能。
與上位機的通信協(xié)議
該儀器在接入測控系統(tǒng)時,其通信網(wǎng)絡拓撲形式為上位機一點對下位機多點形式,電子臺秤因此作為下位機的該稱重儀表必須有自己的站號,該站號可由用戶予以設置。此外,用戶還可以設置通信時的波特率。該定量稱重儀表以ASCII碼數(shù)據(jù)形式與上位機進行串行通訊,一臺上位機zui多可與256臺稱重儀表通信,通信內(nèi)容如下:
l、上位機向下位機
傳送數(shù)據(jù)長度固定,共為30字節(jié),其中導引碼2字節(jié),分機站號2字節(jié),分站1、2號通道設置參數(shù)種類一致,分別為通道量程5字節(jié)(高位在前),回差3字節(jié),報警上限、下限各3字節(jié),補償方式1字節(jié)(1表示下位機自動補償,0表示上位機指令補償),異或值校驗字2字節(jié)。
2、下位機往上位機
傳送的數(shù)據(jù)長度固定,共為16字節(jié),其中導引碼2字節(jié),分機站號2字節(jié),數(shù)據(jù)12字節(jié),即每通道6字節(jié),具體為顯示值5字節(jié),數(shù)據(jù)性質(zhì)說明1字節(jié)(如凈重、毛重數(shù)據(jù)等),異或值校驗2字節(jié)。
該定量稱重儀表采用嵌入式計算機及其外圍接口電路技術(shù),既可單機使用也可作為下位機方便入網(wǎng),組成功能更為齊全的測控系統(tǒng)。通過合理的軟硬件優(yōu)化和集成,該稱重儀表具有較高的性能價格比。經(jīng)現(xiàn)場使用,實際運行表明,該稱重儀表參數(shù)設置方便,顯示清晰,電子臺秤具有較強的穩(wěn)定性及抗干擾能力,使用方便,儀器的精度較高,具有一定的推廣價值。