说明书 电子皮带秤设计学位论文.docx

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说明书电子皮带秤设计学位论文

毕业设计说明书

摘要

随着传感器、电子技术和微机技术的崛起，称重技术得到了迅速发展，称重装置在数字化，智能化等方面有长足的进步，称重装置的研究与开发也进入了一个新的阶段。

皮带秤等衡器更是作为一种新兴的高技术产业而受到世界各国的普遍关注，进一步采用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。

我国的衡器产业已初具规模，但高档次衡器产品技术水平落后，积极开发具有自主知识产权的高档次衡器产品对发展我国的衡器产业具有重要意义。

本课题就是针对电子皮带秤自动称重系统展开的。

皮带秤是安装在皮带输送机的适当位置上，对散状物料自动地进行连续、累计称量的计量器具。

它广泛应用于：

散料贸易结算、生产工艺流程中的配料计量及检测控制。

采用双CPU结构，两个CPU之间通过串口进行通讯。

两个CPU之间的这种弱联系，不但能提高控制的实时性，而且能有效的提高系统的可靠性。

本文所述皮带秤微机配料系统以MCS-51系列单片机为下位机，以电子皮带秤为计量设备，单片机控制皮带秤，整个系统以AVR单片机作为上位机进行集中管理。

该系统对运行环境要求低，精度稳定，质量可靠，易于管理。

关键词:

电子皮带秤，串行通信，AVR单片机

Abstract

Withthesensor,electronictechnology,computertechnologyandtheriseofweighingtechnologyhavedevelopedrapidly,weighingdeviceindigital,intelligentconnectionisagreatimprovement,weighingdeviceresearchanddevelopmenthasenteredanewstage.Weighingscalesandotherbeltisemergingasahigh-techindustriesandcountriesaroundtheworld,thewidespreadconcern,furtherintroductionofnewtechnology,thedevelopmentofautomaticweighingsystemtoenhancethedynamicweighingaccuracy,strengthenthenetworkfunctionisthefocusofthedevelopmentofallcountries.China'sweighingindustryhasbeguntotakeshape,butthehigh-endproductsweighingtechnicalbackwardness,proactivelydevelopourownintellectualpropertyrightsinhigh-gradeproductsweighingonthedevelopmentofChina'sweighingindustryisofgreatsignificance.Theissuewasaimedattheelectronicbeltweigher’sautomaticweighingsystemproceed.Beltweigherisinstalledontheconveyorbeltintheappropriateplace,thebulkofthematerialforautomaticcontinuous,weighingatotalofmeasurementapparatus.Itiswidelyused:

Bulktradesettlement,theproductionprocessofbatchingcontrolanddetectionmeasures.

DualCPU,theCPUbetweenthetwothroughtheserialportcommunication.2CPUbetweentheweaklinkswillnotonlyenhancecontrolofthereal-time,butcaneffectivelyimprovethereliabilityofthesystem.

ThispaperdescribedbeltweighercomputerbatchingsystemtoMCS-51microcontrollerseriesforthenextcrew.ToBeltScalesforthemeasurementequipment,SCMcontrolbeltweigher,totheentiresystemastheAVRMicrocontrollerPCforcentralizedmanagement.Thesystemofrunninglowenvironmentalrequirements,theaccuracyofstable,reliable,andeasytomanage.

KeyWords:

electronicbeltweighingconveyor，SerialCommunication，AVRMicrocontroller

0引言

物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。

称重装置等衡量器具是不可缺少的计量工具。

随着国民经济的发展和商品流通的扩大，过去沿用的机械杠杆秤已不能适应生产自动化和管理现代化的要求，衡器的技术水平需要不断提高。

最近几十年来，伴随着传感器、电子技术和微机技术的崛起，称重技术得到了迅速发展，称重装置在数字化，智能化等方面有长足的进步。

快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。

称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化。

在物料输送过程中，各种连续输送大宗散状物料的皮带输送机，都广泛地采用了电子皮带秤，以作计量和控制之用，起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用。

电子皮带秤等称重装置的应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。

但是，我国在这方面的的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发研究功能齐全的自动称重系统是势在必行的

一、皮带秤的起源与发展

皮带秤起源于19世纪末、西方工业发展时期。

它的称重原理最早来源于斗式输送机对散料连续自动称重的装置。

这种装置于1880年获得了计量许可。

1907年由英国制订了第一个自动秤的检定规程。

1908年在英国公布了第一个皮带秤的专利。

此后的近四十年中进展较慢，经反复改进仍然只能较粗地用于生产过程控制和工矿企业的库存管理。

二次大战后，尤其是近三十年来，由于传感器制造工艺和电子技术的飞速发展，给整个称重技术注入了新的血液，激发了活力，为提高皮带秤的计量性能创造了有利条件。

皮带秤的发展大致经过了以下四个阶段：

最初的产品是纯机械式皮带秤，一般采用增量式编码器．机械式或光电式扫描码盘等，使皮带秤的机械杠杆具有平衡条件，识别记数和启动功能。

这是第一代。

第二代是传感器电子仪表皮带秤，检测部分一般用光电脉冲或磁脉冲变送器测速，二次仪表用模拟积分放大电路或数字系统积分电路来实现动态称重过程的平衡、识别和累积计算功能。

这两代皮带秤只能测量、累积计算，对运行中计量性能的变化不能控制，因此动态计量准确度较低，稳定性差，在用户中信誉不佳，逐渐被第三代、第四代皮带秤取代。

第三代、第四代是传感器微机式皮带秤和微机智能化的皮带秤。

微处理机引入皮带秤使电子元器件结构、内容和集成化程度大大提高。

生产厂家可以根据现场使用条件去满足用户的愿望。

前者，根据现代控制原理，可以对一些动态变化参数进行控制，如零点跟踪、量程校准等，但一般处于开环控制状态。

要想使皮带秤在运行中获得预定的准确度和稳定性仍需操作人员的监视、维护和频繁校准。

后者，因在称重系统中设置了针对使用特点的软件而成为闭环自动控制系统。

智能仪电子皮带秤的含义由此而来。

这种称重系统具有测量、计算、控制、校准、联网通信、上下量程限监视、故障报警等多项自控功能。

由于计算机科学渗入皮带秤，使其计量准确度提高，稳定性改善，检定周期延长，使用过程中的维护工作量大大减轻，其应用领域不断扩大。

目前，皮带秤产品已分布于世界各地，广泛应用在冶金、矿山、建材、电力、化工、港口等各个行业。

二、研究皮带计量秤的目的和意义

电子皮带秤是一种对皮带传输机上流过的散状物料作连续动态计量，智能化的数字式动态称重显示仪。

冶金、建材、矿山、码头、电力、化工、 医药、食品等部门实行现代化管理、节约能源、减轻劳动强度的必不可少的工具。

皮带秤主要应用于需对皮带输送机上的物料实现高效、动态在线称重的场合，皮带秤能提供无与伦比的测量可靠性，即使在最恶劣的环境，能与多种先进的电子积算仪相连接，可提供流率、累积量、速度和载荷的连续读数。

安装简便，低维护，重复的精度，任何时候，皮带秤都能提供精确、高重复性的效果。

出色的精度和独特的称重架设计确保无可比拟的精度，即使在产品载荷不均匀或者带速相对较快的应用场合。

精确度通常为0.5%，但是在许多应用场合，精度均优于0.25%。

这个结构紧凑的皮带秤可以应用在空间受到限制的皮带机上。

由于其简便的安装方式，同传统的系统相比，用户能节省大量的费用。

通过四个螺栓和一个现有的托辊，称重支架被方便地安装在皮带机上，并且固定在受力的梁上。

安装快捷而简单，只需数个小时。

其通用的结构可用于任何现有的皮带称重系统，可快速安装以代替老式的称重系统。

维护成本低，没有可动部件，所以就消除了潜在的维护问题，枢轴和杠杆的磨损和更换都已经是过去的事情。

你所需做的只是进行定期的校验检查。

而且有了机械止动保护系统，可免受意外的过载，防止严重的损坏。

三、国内外现状及差距

电子衡器在全球衡器市场占据主导地位。

世界经济发达的国家，离不开先进的衡器，电子衡器的比例在80%以上。

全世界衡器产值有30多亿美元，美国、德国、日本、英国、意大利等国家都掌握先进的称重技术。

美国衡器产值约10亿美元，其中，重型衡器和包装系统比例很大;在意大利，包装系统占衡器产值的80%以上;德国1998年衡器产值为13.24亿马克，其中工业、商业秤9.00亿马克，家用秤1.1亿马克，精密级衡器1亿马克，称重部件2.14亿马克。

日本衡器年产值约1000亿日元，在日本1台自动定量包装秤价格从200万日元到2000万日元:

1台电脑多头包装秤价格从700万日元到2300万日元，技术含金量很高。

全球衡器出口贸易额约18亿美元。

在出口贸易中，德国占31%，日本占18%，美国占18%，法国占7%。

“九五”以来，我国称重传感器和显示控制器的技术与生产有较大进步，国产电子衡器产量及质量也不断提高，中国衡器正在告别机械衡器占主导地位的时代。

我国标准中划分的十大类衡器（台秤、案秤、地上衡、地中衡、吊秤、皮带秤、料斗秤、检验秤、轨道衡和特种秤），在国内都实现了产品电子化。

比较成熟的静态衡器计量范围可以从l

到800

。

非自动衡器己达到国际九十年代初期技术水平，如电子计价秤、电子台秤、电子地上衡、电子皮带秤、电子吊秤和电子轨道衡等产品。

目前，己有4个企业制造的电子计价秤，通过了国际计量组织的OIML认证，性能与质量达到了当前国际水平。

“九五”期间，外资企业相继带来了一批国外先进水平的衡器产品和技术，如应变计、传感器、仪表生产技术和定量包装秤、自动重量检验秤、标签计价秤、电脑组合科、耐压式计量给煤机等等，对于我国衡器工业既是一种补充，也是一个促动。

有着古老历史的中国衡器行业，正高度融合着现代先进科学技术，成为一个新兴高技术装备行业。

但是，我国的称重技术在以下几个方面和国外还存在很大的差距。

①基础理论研究方面的差距。

国外在高准确度、高稳定度、动态称重和称重智能化等方面均有领先的理论研究。

与此形成鲜明对照的是国内称重理论研究人、财两弱，甚至到了难以为继的地步，形成我国落后于国际称重理论研究的巨大差距。

②产品技术方面的差距。

衡器技术是集合了现代计量技术、通讯技术、网络技术、工业控制、计算机技术的综合应用技术。

我国在采用先进技术和先进成果的速度与程度明显落后于国际水平，高档次衡器产品技术水平要落后10-15年。

目前我国低档静态称重产品的生产能力过剩，而定量包装秤、配料秤、自动重量检验秤等自动衡器和高档商业秤，仍处于起步阶段。

③制造工艺及技术装备方面的差距。

发达国家十分重视工艺技术的开发，关键工艺必有关键设备，技术装备实用且先进。

先进衡器产品的开发、制造、调试、补偿、修正都是在程序下自动进行。

相比来看，国内只有几个规模较大的外资企业和新兴企业，才拥有先进开发手段和现代制造、检测装备，但这些企业的数量不超过全行业总数的3%。

四、电子皮带秤的发展方向

（一）提高计量准确度

电子皮带秤相对允许误差达到±0.1％是目前散料动态称重技术的皇冠，也是国际间散料贸易追求的计量准确度。

近几年来，围内外一些皮带秤专家和科技工作者正在攀登这个至高点。

由于皮带秤的影响因素很多，提高计量准确度的技术难度很大，为攀登这个至高点，促使国内外一些科技工作者在以下3种途径寻找解决方案。

1、从称重原理上进行新的探索；

2、对重力式称重系统结构进行创新；

3、从微处理机的软件功能找出路。

（二）简易型工艺秤

高准确度皮带秤一般用于贸易或能耗结算及企业的目标管理。

但其秤架结构设计比较复杂，相应的造价成本增高，现场安装调试的时间较长，使用中要求维护检测较严，因此人们又在探索较简单的工艺秤。

这种工艺秤是根据生产工艺控制式配料计量的特殊要求而发展起来的，它与计量秤比较有如下特点：

秤的计量准确度要求不高，一般±1%就可适应生产需要。

在检定周期内不进行实物检测，其计量性能稳定可靠，抗干扰、抗偏载能力强。

现场安装调试简单。

生产工艺流程一般不允许因某一个环节装调皮带秤而影响全线生产。

结构简易，造价较低。

使用中的故障少，维护方便。

五、课题的提出及内容

如今，国内的电子皮带秤水平与国际水平仍具有很大差距，而且各种新技术不断涌现，处于全国各种企业大力进行技术革新的形势之下，市场对电子皮带秤的需求增大，我国也一直在加大对电子皮带秤的研究。

本课题旨在在原有的电子皮带秤技术的基础上，设计一个皮带秤集散控制系统。

本系统中的电子皮带秤是采用电阻应变式传感器的单托辊式皮带秤。

皮带秤网络通信采用的是RS485通信接口——性价比较高的一种现场总线，与CAN总线和RS232接口相比，提高了数据通信的可靠性、实时性和灵活性，而且它还具有传输距离远，连接简单等诸多优点。

皮带秤显示器采用液晶屏、视域大、中文界面更适合国内用户的操作习惯。

本课题主要对电子皮带秤系统的工作原理、显示控制器的软硬件设计、皮带秤组网与RS485通讯接口设计以及抗干扰试验进行了研究。

显示控制器的软硬件设计包括、单片机系统、模数转换、数模转换、数字量输入输出和液晶显示界面等方面。

本课题的主要内容包括皮带秤的整机结构及工作原理、显示控制器的软硬件设计、RS485通讯接口设计与皮带秤组网、皮带秤集散控制系统监控软件设计和显示控制器的抗干扰问题。

1硬件介绍

1.1单片机介绍

1.1.1单片机选型

目前市面上，有很功能差不多的单片机，仅生产厂不同；这让大家使用时，多了些选择。

每个供应商都说得如何好？

但做为单片机的使用者来说，应该有自己的一套方法来选择一款合用的高性价比单片机，下面三点是笔者用于本次设计主控芯片的选型的看法。

1、首先是单片机的抗干扰能力。

在开发产品中常常遇到这样的情况，先用一厂家的单片机编程调试都通过了，甚至客户也确认了，但在批生产中出了问题。

最后几经周折才发现单片机的抗干扰能力低。

那么怎样才能在使用之前，就能确定单片机这方面的性能。

常用方法是：

编一段对单片机各种资源进行测试的程序，烧片装机后，放在不同强度的干拢环境下进行测试，看哪种单片机适应性强。

2、其次开发工具的实用性，如支持的编程言语、用户界面等。

3、性价比，在开发过程中我们应该尽可能地采用价格低廉，性能优越的芯片，尽可能采用那些I/O口比较多的芯片，这样可以预留I/O口以备以后升级产品时不至于重新设计电路。

综合上面的几条要求，本次设计采用MCS-51系列单片机为下位机，整个系统以AVR单片机作为上位机进行集中管理。

1.1.2MCS—51概述

MCS—51是美国Intel公司的八位高档单片机系列，是在MCS—48系列基础上发展而成的，也是我国目前应用最广的一种单片机系列。

在这个系列里，有多种机型，性能特点也各不相同，用户可根据需要挑选。

在MCS—51系列里，所有产品都是以8051为核心电路发展起来的，它们都具有8051的基本结构和软件特征。

8051单片机内部包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各功能部件相互独立而融为一体，集成在同一块芯片上。

8051内部结构各功能部件划分为CPU、存储器、I/O端口、定时器/计数器和中断系统等五部分。

单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种。

单片微型机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器（Microcontroller）。

单片微型计算机是一种把微处理器、半导体存储器I/O（Input/Output）接口和中断系统集成在同一块硅片上的有完整功能的微型计算机，这块芯片就是它的硬件，软件程序就存放在片内只读存储器内。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

其实，单片机很难和被控对象直接进行电气连接，故在实际应用中单片机总要通过这样和那样的芯片和被控对象相连。

单片机芯片的集成度很高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，具有下列特点：

1、体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。

2、根据工控环境要求设计，且许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外界影响小，故可靠性高，抗干扰性能优于采用一般的CPU。

3、控制功能强，运行速度快。

其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。

有极丰富的条件分支转移指令，有很强的位处理功能和I/O口逻辑操作功能。

4、片内存储器的容量不可能很大，引脚也嫌少，I/O引脚常不够用，且兼第二功能以至第三功能。

但存储器和I/O接口都易于扩展。

由上述单片机特点，可推知其应用最多的领域为

1、因它具有“小、轻、廉、省”的特点，尤其耗电少，又可使供电电源的体积小、重量轻，所以特别适用于“电脑型产品”，在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品上得到应用。

2、适用于仪器、仪表，不仅能完成测量，还具有处理（运算、误差修正、线性化、零漂处理）、监控等功能，易于实现数字化和智能化。

3、有利于“机电一体化”技术的发展，多用于数控机械、缝纫机械、医疗设备、汽车等。

4、广泛应用于打印机、绘图仪等许多计算机外围设备，特别是用于智能终端，可大大减轻主机负担。

5、用于各种工业控制，如温度控制、液面控制、生产线顺序控制等。

6、宜于多机应用。

例如机床加工中心，其各种功能可分散由各个单片机子系统分别完成，上级主机则负责统管、协调。

又如要求较高的数据检测采集系统，每一采集通道如是一个单片机子系统，可实现多点同时快速采集和预处理，然后再由主机进行集中处理和控制，以构成大型的实时测控系统。

单片机正朝着多层次用户、多品种、多规格、高性能的方向发展。

1、高档单片机性能不断提高

CPU能力加强CPU能力加强主要体现在数据处理速度和精度提高方面。

一般通过以下措施来实现：

增加CPU的字长，扩充硬件，提高主频，提高总线速度，扩充指令系统和提高效率。

内部资源增加单片机的内部资源除了CPU以外，还包括各种类型的存储器和I/O端口。

程序存储器包括：

掩膜式ROM、EPROM、E2PROM或FLASH。

容量最大司达到几十KB。

RAM也可达到几KB。

I/O端口包括并行、串行、定时器/计时器并配有A/D、D/A、PWM、LED、LCD驱动接口等。

寻址范围增加，目前最高可寻址几十MB。

2、超小型，低功耗，廉价

微巨型单片机，目前己推出了运算速度1．2亿次/秒，CPU字长32位，可运行64位浮点运算的单片机。

3、指令系统从复杂指令系统向简易指令系统过渡。

单片机开发系统向多用户、C编译、在线实时开发方向发展。

1.1.3ATM89S53芯片

一.特点：

1、与MCS-51单片机兼容；

2、片内有12KB的flash程序存储器；

3、支持SPI串行接口为程序下载；

4、可擦写1000次；

5、4V到6V的工作电压；

6、晶振：

0----24MHz；

7、8为256B的数据存储器；

8、32个I/O口；

9、3个16位定时/计数器；

10、6个中断源，两个优先级；

11、看门狗；

12、双数据指针寄存器。

二.描述：

AT89S53是一低低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内有12K的Flash可重复擦写程序存储器。

采用Atmel的高密度固定存储器技术，并且与80C51单片机兼容。

引脚描述：

1．电源引脚

VCC电源端，接+5V

GND接地端，接地

2.控制信号引脚

RST复位信号输入端。

高电平有效，在此端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。

此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该端节+5V备用电源，一旦在使用中VCC突然消失，就可以保护片内RAM中的信息不丢失。

ALE地址锁存允许信号输出端。

存取片外数据时，用于锁存低8位地址。

当单片机上电正常工作后，ALE端就周期性地以时钟振荡频率1/6的固定频率向外输出正脉冲信号。

ALE端的负载驱动能力为8个LSTTL器件。

PSEN程序存储允许输出端。

它是片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。

CPU从外部程序存储器取指令时，PSEN在每个机器周期中两次有效。

但在访问片外数据存储器时，这两次有效的PSEN不出现。

EA程序存储器地址允许输入端。

当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值12K时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。

3．时钟电路引脚

XTAL1接外部石英晶体和微调电容的一端。

在片内，它是振荡器反向放大器的输入。

使用外部时钟时，该引脚必须接地。

XTAL2接外部石英晶体和微调电容的另一端。

在片内，它是振荡器反向放大器的输出端。

使用外部时钟时，该引脚作为外部时钟的输入端。

4.输入输出接口引脚

P0端口P0是一个漏极开路的8为准双向I/0口，每位能驱动8个LSTTL负载，在访问片外存储器时，他分时作为低8为地址线和8位双向数据线。

当P0口作为普通输入接口使用时，应现向口锁存器写“1”。

P1端口P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

输出时可驱动4个LSTTL负载。

端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。

对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。

P2端口P2是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口。

输出时可驱动4个LSTTL负载。

端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，做输入用。