料斗秤控制系统

【摘　要】　 　　设计了一种以微处理器Atmega128为核心，由CPU对三路重量信号采样(A/D转换)、计算重量、用中文显示重量及状态，根据重量对料斗秤起振、停振等进行控制,同时输出三路4~20mA电流控制信号,且状态及重量通过RS-232(或RS-485)送PC机,从而取代日本大和CFC100料斗秤控制器。 【关键词】 　　微处理器 数据采集 串行通信 黑匣子数据存储 　　卸料机料斗称量测控仪，是适用于卸料机运行过程中的料斗称量给料、放料控制；料斗动态载重倾斜控制；振动给料器起振点设定控制；存余量停振点控制；料位装载预警、报警点设定控制的装置。该装置在日本大和CFC100、CFW技术基础上，以Atmega128CPU为核心，具有处理多路称重信号能力，并针对多路输入信号实时作出相应的智能动态控制。 　　ATMEL公司新推出的AT90系列AVR单片机是很引人注目的一款微处理器。这种芯片基于新的RISC（Reduced Instruction Set Computer）结构，在设计上采用了流水线的结构，在执行前一条指令的时候，同时取出下一条指令，它的FLASH以及强大的外围接口能力使它成为目前最流行的单片机之一。 　　本文采用的高性能微处理器芯片Atmega128，利用结构化、模块化程序设计的思想，实时地对三路重量信号进行采样，计算并显示出各路重量及状态,根据计算值及状态作相应的控制,以9600 bps的速率和上位PC机进行串行数据传输。 1　硬件设计 1．1　微处理器及其特点 　　Atmega128是ATMEL公司推出的高档系列产品，是基于AVRRISC的低功耗CMOS8位单片机。在外部晶振为8MHz时，一条指令的执行时间仅为125ns，这种AVR单片机的结构有利于用C语言编程，从而能高效地开发出目标产品。为了对目标代码大小进行优化，AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。通过在一个时钟周期内执行一条指令，Atmega128可以取得接近1MIPS／MHz的性能。它将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，使所有的工作寄存器都和ALU（ArithmeticLogic Unit，计算机CPU中的算术逻辑单元）直接相连，允许在1个时钟周期内执行的单条指令同时访问2个独立的寄存器。Atmega128具有128K字节的Flash存储器，4K字节在线可编程EEPROM，4K字节SRAM，外围有2个全双工UART串行通讯接口。 1．2　逻辑框图简解(见图1) 1.2.1 DC输入单元 　　把DC信号经光偶隔离转化为TTL电平，送主控单元。 1.2.2模拟输入单元(见图2) 　　A路、B路及CD路信号分别由称重传感器信号经前置预处理、信号放大后送主控单元，由主控单元A/D转换，得到三路采样的重量信号。 1.2.3人机界面单元 　　由8只按健和点阵式显示屏组成，按健输入控制的参数及调整量，显示屏显示重量信号状态信息。 1.2.4 DC输出单元 　　由11只控制继电器组成，分别控制A路偏载、预警、报警，B路偏载、预警、报警，CD路偏载，总量的起振、停振、预警和报警。 1.2.5模拟输出单元 　　由4路D/A输出，经电流放大，产生4~20mA的电流控制信号，分别代表A路、B路、CD路和总路的重量状态。 1.2.6串行通信单元<／b> 　　串行通信单元由一个RS-485驱动器和一个RS-232驱动器组成，分别对应主控单元的两个独立的UART接口。 1.2.7主控制单元 　　由Atmega128CPU可编程逻辑控制器、实时时钟电路、黑匣子存储器和外部看门狗组成(见图3)。 2 软件设计 　　软件部分采用模块化、结构化程序设计方法，利用C语言编写。软件流程图如图4所示。 2．1　初始化 　　设置SP初值；把程序用到的内部RAM区清0；DC输出继电器赋初值；串行口0（RS-232）初始化（设置波特率为9600），串行口1（RS-485）初始化（设置波特率为9600，接收状态）；读EEROM指针（黑匣子数据存储指针）；点阵液晶初始化，显示初始幅面（显示仪器型号，生产厂家，联系电话）；实时时钟（DS1302）初始化；看门狗（X5043）初始化，打开看门狗；中断初始化，打开中断。 2．2 输入/输出处理： 　　输入/输出处理软件流程图如图5所示。 2.2.1模拟信号采样（A/D）： 　　分别对A路，B路和CD路采样各64个信号点，根据大数定理，去掉奇异点，剩下的作平滑处理，得到A路采样值，B路采样值，CD路采样值。 2.2.2计算A、B、CD路的重量： A路重量 = A路采样值 * A路重量系数 - A路皮重 B路重量 = B路采样值 * B路重量系数 - B路皮重 C路重量 = C路采样值 * C路重量系数 - C路皮重 总重量 = A路重量+ B路重量 + C路重量 2.2.3模拟输出控制 A路D/A输出值= 204*A路重量/ A路最大重量+51 B路D/A输出值= 204*B路重量/ B路最大重量+51 CD路D/A输出值= 204*CD路重量/ CD路最大重量+51 总路D/A输出值= 204*总重量/ 总路最大重量+51 A路D/A输出值送D/A通道0，B路D/A输出值送D/A通道1,CD路D/A输出值送D/A通道2，总路D/A输出值送D/A通道3。 2.2.4 DC输出控制 　　根据A路重量判别是否偏载、安全、预警、报警，对相应的继电器作出控制，根据B路重量判别是否偏载、安全、预警、报警，对相应的继电器作出控制，根据CD路重量判别是否偏载、安全、预警、报警，对相应的继电器作出控制，根据总重量判别是否停振、起振、预警、报警，对相应的继电器作出控制。在报警状态作黑匣子数据存储。 2.2.5黑匣子数据存储 　　黑匣子数据存储在串口EEPROM（24C256）中，每组数据有12个字节组成(见表1) 　　由上位机（PC机）串口发读命令，则黑匣子数据通过串口送PC机，清除命令则清除所有黑匣子数据。 2．3 中文显示 　　中文显示由一组显示驱动函数据组成： Printstr 8X16 以8*16点阵组成的字符显示字符串(包括中文) （函数原码见附录） Printstr 16X16 以16*16点阵组成的字符显示字符串(包括中文) Printlong8X16 以8*16点阵组成的字符显示数字 Printlong16X16 以16*16点阵组成的字符显示数字 　　程序中调用以上函数，很方便地把中文字符或数字显示到显示屏的任意位置。 2．4 键处理函数 2.4.1校0键： 　　对A路、B路、CD路重量信号A/D采样，乘相应的系数，作为皮重存储在EEPROM中。 2.4.2设置键： 　　屏幕提示密码输入 1） 输入密码1 实时时钟设置，显示当时时钟，在光标位置下，修改相应数字，移动光标，保存修正后的时钟。 2） 输入密码2 　　输入参数，每一屏显示一个参数，修改后转入下一屏显示下一个参数或退出返回到正常工作状态。修改的参数依次如下：A路偏载重量、A路预警重量、A路报警重量、B路偏载重量、B路预警重量、B路报警重量、C路偏载重量、总量起振重量、总量停振重量、总量预警重量、总量报警重量、A路重量系数、B路重量系数、CD路重量系数。 2．5串行通信处理 　　本系统采用被动式查询通讯，串口接收采用中断方式，发送采用查询方式。 串口命令： 2.5.1读当前数据命令（3字节）见表2 　　当串口收到0AH、41H、0DH命令时，把当前数据（由ASCII码）传送上位机，数据构成见表3： 2.5.2读黑匣子数据命令（3字节）见表4 　　当串口收到0AH、42H、0DH命令时，把所存储的黑匣子数据送上位机，传送数据构成见表5： 　　注：每组数据格式参数1命令（读当前数据） 2.5.3清黑匣子数据见表6 　　当串口收到0AH、43H、0DH命令时，把黑匣子指针指向初始位置，组数据值清0，并向上位机应答，数据构成见表7：