基于单片机的电子皮带秤设计.docx

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基于单片机的电子皮带秤设计

基于单片机的电子皮带秤设计

基于单片机的电子皮带秤设计

1.1摘要

1.2abstract:

第一章引言

电子皮带秤属于电子秤的一种，为了加深对电子皮带秤的了解以及方便说明，在此先对电子称的背景及发展状况加以介绍，再对本电子皮带秤设计进行详细的说明介绍。

1.1研究背景

质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。

公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。

以后，又采用简单的秤来测定质量。

据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。

秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。

低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。

本章简述称重技术和衡器的发展过程，论述提出新型电子皮带秤的意义，关键技术及工作重点等。

随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。

1.1.1称重技术和衡器的发展

衡器是通过作用于被测量物体的重力来确定该物体质量的计量器具。

在整个衡器的发展过程中，先后主要出现了六种类型的衡器：

架盘天平、不等臂平台秤、吊车秤、倾斜象限杆秤、弹簧秤和自动秤。

电子衡器种类繁多，且涉及到贸易结算和广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为我国强制管理的法制计量器具。

电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对于加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。

目前电子衡器主要分为非自动衡器和自动衡器。

我国电子衡器经过40多年的不断改进与完善，从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。

电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。

1.1.2电子秤的发展

电子秤是各行业对物料进行计量或工矿企业在生产过程中对物料重量进行各种控制的新一代重量计量器具。

作为重量测量仪器，电子秤在各行各业业中开始显现其测量精度高,测量速度快,操作简单易学,可以实时监控的巨大优点，使其已经开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量秤，成为测重领域的主流产品。

电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的方向发展。

据悉，目前电子皮带秤的附加功能主要有以下几种：

1.电子秤附加了处理机构计算机信息补偿装置,可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理。

2.具有皮重、净重显示等特种功能。

电子秤有些已具备了自动称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差。

3.附加特殊的数据处理功能。

目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能，以满足多种使用的要求。

今后，随着电子高科技的飞速发展，电子秤技术的发展定将日新月异。

同时,功能更加齐全的高精度的先进电子皮带秤将会不断问世，其应用范围也会更加拓宽。

1.1.3电子皮带秤研究背景

目前，电子衡器己广泛应用于工农业生产和社会生活的各个领域。

随着科学技术的不断发展，电子衡器也随之不断改进。

在很多生产工艺过程中，人们除了要求衡器能准确地进行称量，满足产品质量的需要外，还要求称重过程能大幅度提高生产效率。

尤其是冶金、煤炭、化工、水泥等行业中，常需要对散料进行皮带输送过程中的动态连续称量，而且还要对输送中的流量进行调节、控制、达到准确的配比。

配料质量控制的优劣直接关系着企业生产能否顺利进行。

如果配制的质量达不到要求，轻则造成原料、能源的浪费，重则影响产品的质量和生产率，并且有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故。

因此，配料精度的高低和配料速度的快慢制约着整个生产的产品质量和产量，因此应对配料过程的质量和产量控制给予足够重视。

电子皮带秤自动配料系统可以按照设定配比和流量控制各输入物料的瞬时流量，从而达到控制各种产品的质量和产量的目的，是实现生产过程自动化和智能化、企业的科学管理、安全稳定生产和节能降耗的。

重要技术手段微机配料控制系统在生产中的应用不仅可以提高配料质量和产量，也大大减轻了岗位工人的劳动强度，提高了生产效率。

1.1.4电子皮带秤简介

电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过物料的瞬时流量和累积流量。

其特点是称量过程是连续和自动进行的，通常不需要操作人员的干预就可以完成称重操作。

所以在国际法制计量组织（oiml）的r50国际建议及国家计量检定规程的标准中，均称这种计量设备为“连续累计自动衡器”。

1.1.4电子皮带秤的发展

1908年，美国一个年轻人赫尔伯特·梅里克发明了一种皮带输送机使用的称重设备，据称那是世界上第一台根据皮带速度和重量用机械方法进行计算的动态称重设备，这一发明完全改变了原有测量固体物料流量的方法。

这种根据重力测量固体物料流量的设备后来被称为梅里克型机械式皮带秤。

赫尔伯特·梅里克用这项发明成立了梅里克公司，开始生产皮带秤川。

我们在德国申克（schenck）公司的历史回顾资料中，曾看到“1902年皮带秤”这一段产品编年史，表明该公司1902年就有皮带秤产品，但未看到更详细的叙述。

国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤，国内则从六十年代末期开始试生产电子皮带秤。

时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量设备也有一定规模的应用，但他们仍无法与电子皮带秤抗衡，也无法撼动电子皮带秤作为固体物料连续自动称重主流计量设备的地位。

1.2本章小结

本章研究了电子皮带秤研究的背景，并且介绍了衡器的发展经过，以及电子皮带秤的发展的状况。

第二章电子皮带秤的功能、分类及现状

2.1.电子秤的系统构成

电子皮带秤的系统由传送皮带、压力传感器、信号调理电路、数据采集卡、显示器、键盘和计算机组成。

其工作的流程如图2.1所示。

使用功能：

电子皮带秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。

图2.1电子皮带秤系统的流程图

2.2电子秤的组成

电子皮带秤是对包括电子皮带秤（又名通过式皮带秤）、定量给料机、dgp（datagenerationprocess）吊挂式皮带秤等在内的所有皮带秤的一个总称。

定量给料机是有环形皮带、秤架、电机、称重和测速传感器等组成的一个整体，它是集称重计量与流量控制于一体的连续称重设备，也叫调速秤。

dgp吊挂秤是指用称重传感器把整个（包括环形皮带、秤架、电机、传感器等）秤体吊挂起来的一种连续称量装置，它的特点是整个称体吊挂不受其它因素影响，所以计量精度高，还可根据流量控制给料装置的给料速度以达到定量给料的目的。

称重给料机系统主要包括：

秤架（包括安装支架）、称重传感器、速度传感器、手动挂码校验装置、防跑偏措施、头部刮板、内清扫、拉紧装置、配料秤的密封罩、支撑架、胶带、托辊、辊筒、结构件（卸料端带有衬板的卸料漏斗、拖料端带拖料漏斗及手动调节门等）、变频调速电机、接线盒及连接电缆（称重传感器之间）、通讯连接设施（称重给料机系统）、数字显示表、标定及调校设施、成套仪表盘等（如图2.2）。

图2.2称重给料机的组成示意图

称重给料机的核心部分是皮带秤（如图2.3）。

皮带秤的主要组成由秤架、积算仪和速度传感器组成；而称重给料机系统的结构特点和精度主要由皮带秤的设计结构决定。

图2.3皮带秤是称重给料机的核心部分

电子皮带秤，由秤架，测速传感器，高精度测重传感器，电子皮带秤控制显示仪表等组成，能对固体物料进行连续动态计量。

电子皮带秤承重装置的秤架结构主要有双杠杆多托辊式、单托辊式、悬臂式和悬浮式4种。

双杠杆多托辊式和悬浮式秤架的电子皮带秤计量段较长，一般为2～8组托辊，计量准确度高，适用于流量较大、计量准确度要求高的地方。

单托辊式和悬臂式秤架的电子皮带秤的皮带速度可由制造厂确定，适用于流量较小的地方或控制流量配料用的地方。

称重显示器主要有数字显示和汉字显示两种，汉字显示为数字显示的升级产品。

称重显示器有累计和瞬时流量显示，具有自动调零、半自动调零、自检故障、数字标定、流量控制、打印等功能。

汉字显示除此之外还能显示速度。

汉字显示在操作时有功能显示，能更好的帮助使用人员操作。

2.3电子皮带秤的工作原理

电子皮带秤系统的工作原理 称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；装在尾部滚筒或旋转设备上的数字式测速传感器，连续测量给料速度，该速度传感器的脉冲输出正比于皮带速度；速度信号与重量信号一起送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时流量。

给料控制器将该流量与设定流量进行比较,由控制器输出信号控制变频器调速，实现定量给料的要求（如图2.4）。

可由上位pc机设定各种相关参数，并与plc实现系统的自动控制。

它可以采用两种运行方式：

自动方式和半自动/手动方式。

自动方式：

通过在工控机上选择的预先编好的配方，配方确定后启动系统。

配料系统根据配方的设定自动控制各配料给料机运行。

图2.4称重给料机工作原理示意图

半自动方式：

由人工在控制器上设定配方的配比，手动启动控制器，bw500积算仪控制变频器和称重式给料机加料。

2.4电子秤的使用功能及技术特点

电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称重的一种计量设备，是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过物料的瞬时流量和累积流量。

其特点是称量过程是连续和自动进行的，通常不需要操作人员的干预就可以完成称重操作。

电子皮带秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。

一般情况下皮带秤是指安装在长的输送皮带架上的单独的一个称重装置，它只有称重架、传感器和仪表组成，没有驱动电机等级动力装置，它只对输送皮带上通过的物料作称重累计作用，不控制物料流量的大小。

它的优点是造价低、安装简单不需要对原有设备做太大改动，不足之处是受输送皮带影响大计量精度不高。

2.4.1秤架结构特点 

皮带秤秤架部分的设计是很具有特色的，与一般常用的杠杆式秤架设计不同，它采用了被称为“三无”的直接承重式秤架结构，即：

无杠杆、无支点、无平衡重，也就是没有称重承载器。

这种设计带来的好处是显而易见。

 2.4.2维护方便

在秤架上没有杠杆支点，没有可动部件，也不存在诸如支点磨损等问题。

杠杆式秤架秤体大，水平面方向的表面积大，大面积积灰需经常清扫，否则会引起零点变化，而直接承重式秤架尺寸短小，水平方向的表面积更小，积灰量很小，积灰引起零点变化也小，可无需经常清扫。

2.4.3秤架结构简单 

直承式秤架结构保证了物料的重量通过称量托辊组直接加在称重传感器上，皮重、料重一起称，所以秤架结构非常简单，重量也非常轻。

2.4.4秤架具有模块化特点，通用性好

秤架结构不仅简单，对不同宽度皮带来说零部件的通用性也比较好，除了静态梁、动态梁的宽度相应变化外，其余部分几乎是一样的。

同时，模块化设计结构大大减少了维修和更换备件的工作量和成本。

2.4.5秤架精确度高

由于采用的是高精确度专利产品三梁平行四边形称重传感器，能完全避免皮带与托棍间摩擦产生的水平力对皮带秤精度的的影响，，其重复性是0.01%，非线性和滞后均为0.02%。

这样的高精确度对于称重给料机的名义精确度0.5%来说不仅足够，而且还有余地。

因为采用直接承重式结构，也相应减少了因这些部件带来的测量精确度损失和在物料输送过程中机械震动给称量系统带来的干扰。

2.5本章小结

本章介绍了电子皮带秤的系统结构、分类、电子秤的使用功能及特点等。

电子秤的系统由传送带、压力传感器、信号调理电路、数据采集卡和计算机组成。

电子皮带秤产品总的发展趋势是模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向上综合性和组合性。

电子皮带秤是一种在输送带输送物料的过程中动态监测传输物料的质量的计量设备，其突出优点是不经过人工干预，能自动并且连续地进行称重操作，广泛地应用在煤矿“冶金”化工等领域电子皮带秤总体由秤架、称重传感器装置、测速传感器装置、二次累加显示仪表组成，其中称重传感器装置提供输送带的压力信息，测速传感器装置提供传送带的速度信息，秤架为皮带的支撑装置，二次累加显示仪表主要处理信息并且显示累加物料质量，整体结构如图1所示。

图1电子皮带秤整体结构示意图

1.31电子皮带秤设计称重原理

电子皮带秤的基本原理是当输送带上所载重物通过有效测量单元时，托辊及秤架将质量所产生的压力信号传递给称重传感器，称重传感器将得到正比于重物压力的电压信号，经过

运算放大器放大后进入模数转换单元（a/d）采样，再进入微处理单元进行数据处理。

同时，速度传感器也将皮带速度转换成脉冲信号进入处理单元处理，这样利用。

种处理方式得到的数据经过数据处理即可得到皮带上传输重物的质量，同时显示部分将皮带速度、重物累积及各种有效信息显示，也具备线性校准、远程通信、报警功能。

电子皮带秤对传送带传输质量通过累加法计算重物质量!

累加法则是把皮带秤在有效称重范围内不均匀分布的物料划分为很多称重小段，分别计算每小段的质量ni（t）再把每段质量（n1（t）,n2（t）,n3（t）,……nn（t））累加，即可得到该有效称重范围内传输重物的质量，即：

g=kn1（t）+kn2（t）+kn3（t）+……+knn（t）

 =

式中k为修正系数。

1.42硬件部分设计

1.4.12.1称重传感器信号处理电路

1.4.22.2键盘扫描

1.4.32.3远程通信

1.4.42.4电机控制信号

1.53软件部分

软件流程图