电子皮带秤设计

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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

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Abstract

With the sensor, electronic technology, computer technology and the rise of weighing technology have developed rapidly, weighing device in digital, intelligent connection is a great improvement, weighing device research and development has entered a new stage. Weighing scales and other belt is emerging as a high-tech industries and countries around the world, the widespread concern, further introduction of new technology, the development of automatic weighing system to enhance the dynamic weighing accuracy, strengthen the network function is the focus of the development of all countries. China's weighing industry has begun to take shape, but the high-end products weighing technical backwardness, proactively develop our own intellectual property rights in high-grade products weighing on the development of China's weighing industry is of great significance. The issue was aimed at the electronic belt weigher’s automatic weighing system proceed. Belt weigher is installed on the conveyor belt in the appropriate place, the bulk of the material for automatic continuous, weighing a total of measurement apparatus. It is widely used: Bulk trade settlement, the production process of batching control and detection measures.

Dual CPU, the CPU between the two through the serial port communication. 2 CPU between the weak links will not only enhance control of the real-time, but can effectively improve the reliability of the system.

This paper described belt weigher computer batching system to MCS-51

microcontroller series for the next crew. To Belt Scales for the measurement equipment, SCM control belt weigher, to the entire system as the AVR Microcontroller PC for centralized management. The system of running low environmental requirements, the accuracy of stable, reliable, and easy to manage.

Key Words: electronic belt weighing conveyor，Serial Communication，AVR Microcontroller

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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、

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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

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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lμg到800T。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

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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

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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。

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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。

1.1.2 MCS—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

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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

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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。

1.1.3 ATM89S53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；

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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CMOS 8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

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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。对片内Flash程序存储器编程时，接收高8位地址信息。

在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

P3端口 P3口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。除此之外，P3口还用于一些特殊功能，如表1所示：

表1 P3口第二功能表 引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 符号 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 功能 串行通信输入 串行通信输出 外部中断0 外部中断1 定时器0输入 定时器1输入 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 特殊功能寄存器

在AT89S53单片机中，特殊功能寄存器的地址为篇内数据存储器的高128字节。与真正片内高128字节相区分。访问特殊功能寄存器是，采用直接寻址的方法，访问片内数据存储器高128字节时，采用间接寻址的方法。

1．累加器ACC（E0H） 它是8位寄存器，通过暂存器和ALU相连，是CPU中工作最繁忙的寄存器。这是因为，在进行算术、逻辑运算时，运算器的每一个输入多位ACC的输出，而运算结果大多要送到ACC中。在指令系统中，累加器ACC的助记符为A。

2．寄存器B（F0H） 在乘、除指令中，用到了8位B寄存器，乘法指令的两

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个操作数分别取自累加器A和寄存器B，乘积高8位存放在B中，低8位存放在A中。除法指令中，A中存放被除数，B中存放除数，商存放于A中，余数存放与B中。

3．程序状态字寄存器PSW（D0H） PSW为8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，其格式如下：

C(D7H) AC(D6H) F0(D5H) RS1(D4H) RS0(D3H) OV(D2H) F1(D1H) P(D0H) 其中括号内为相应位的位地址。PSW中的每一位的具体含义如下：

C 进位标志。在进行加法（减法）运算时，若运算结果最高位有进位（或借位），则C=1,否则C=0。在进行位操作是，C作为位累加器。

AC 半进位标志。在进行加法（减法）运算时，若低半字节向高半字节有进位（或借位），在AC=1,否则AC=0。AC还可作为BCD码运算调整时的判别位。

F0 用户标志。由用户置位、复位，作为软件标志。

RS0、RS1 工作寄存器指针，用来选择当前的工作寄存器组。由用户改变RS0、RS1的值来选择相应的工作寄存器组，如表2所示：

表2 RS0,RS1对应工作寄存器表 RS1 RS0 0 0 0 1 1 0 1 1 寄存器组 第0组 第1组 第2组 第3组 片内RAM地址 00H－07H 08H－0FH 10H－17H 18H－1FH OV 溢出标志。反映运算结果是否溢出，溢出时OV=1，否则OV=0。 F1 用户标志。同F0。

P 奇偶标志。反映累加器A中内容的奇偶性。A中有奇数个1时，则P=1，否则P=0。

4．定时/计数器T2控制寄存T2CON（C8H） 如下所示： TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2 T2CON中各位的含义如下： TF2，定时器溢出标志位 RCLK，接收时控制 TCLK，发送时钟控制 TR2，定时器2运行控制位 C/T2，定时、计数选择位

5．中断优先级控制寄存器IP（B8H） 如下所示：

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/ / / PS PT1 PX1 PT0 PX0 各位含义如下：

PS 串行中断优先级控制位。PS=1，串行中断设置为高优先级中断；PS=0，设置为低优先级中断。

PT1 T1中断优先级控制位。PT1=1，T1设置为高优先级中断；PT1=0，设置为低优先级中断。

PX1 外部中断1优先级控制位。PX1=1，外部中断1设置为高优先级；PX1=0，外部中断1设置为低优先级。

PT0 T0中断优先级控制位。同PT1。 PX0 外部中断0优先级控制位。同PX0。 6．中断允许控制监测器IE（A8H） 如下所示： EA / ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 各位含义如下：

EA CPU中断开放标志。EA=1，CPU开放中断；EA=0，CPU禁止所有中断。 ET2 定时/计数器T2溢出中断允许控制位。ET2=1，允许T2中断；ET2=0，禁止T2中断。

ES 串行中断允许位。ES=1，允许穿行口中断；ES=0禁止穿行口中断。 ET1 定时/计数器T1溢出中断允许控制位。同ET2。

EX1 外部中断1中断允许位。EX1=1，允许外部中断1中断；EX1=0，禁止外部中断1中断。

ET0 定时/计数器T0溢出中断允许控制位。同ET2。 EX0 外部中断0中断允许位。同EX1。

7．串行口控制寄存器SCON（98H） 如下所示： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 各位含义为：SM0，SM1为工作方式控制位。一共有4种工作方式。SM2为多机通信允许控制位。SM2=1,允许多机通信；SM2=0，禁止多机通信。REN，允许接受控制位。TB8，在工作方式和工作方式3中，他是准备发送的第9位数据。RB8, 在工作方式和工作方式3中，他是准备接收的第9位数据。TI，发送中断标志位。RI，接收中断标志位。

8．控制寄存器TCON（88H） 如下所示： TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 河北理工大学毕业设计说明书 第 15 页 共 51 页

各位含义如为：TF1、TF0分别为定时器1和定时器0的溢出标志位。溢出时由硬件置1，CPU响应中断后，由硬件清零；TR1、TR0，定时器1、0运行控制位，为1时启动定时器，为0时停止定时器；IE1、IE0，外部中断1、0请求标志；IT1、IT0，外部中断触发方式选择位。

9．定时/计数器0、1工作方式寄存器 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 其中高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数器0。GATE位选通控制位，GATE=0，只要TR1（TR0）=1就启动定时器。GATE=0，只有INT1（INT0）引脚为1且TR1（TR0）=1才能启动定时器。M1、M0为工作方式控制位，一共有4种工作方式。

10．看门狗定时器WATCH TIMER（96H）

看门狗定时器(看门狗)的运作,有一个独立的振荡器。 ps0 , ps1和PS2 sfr wcon是用来设定期间的看门狗定时器定时由16ms至 2048ms.

1.1.4 AVR单片机概述

AVR单片机是1997年由ATMEL 公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精简指令集高速8位单片机，广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AYR单片机的片内资源很丰富，其包括:1K-128K 字节可下载的FLASH存储器、64-4K字节的EEPROM, 128-4K字节的RAM, 5~86条通用的I/0线、32个通用Z作寄存器、模拟比较器、定时/计数器、可编程异步串行口、内部及外部中断、带内部晶振的可编程看门狗定时器、SPI串行口、10位A/D转换器以及闲置模式和掉电模式2个可选择的省电模式等。其在指令执行速度、保密性等方面都明显优于其他类型的单片机，AVR单片机内置的FLASH存储器支持在线下载和在系统编程工作，操作很方便。

AVR 单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。分为3个档次:低档Tiny系列AVR单片机:主要有Tinyll/2/13/15/26/28等;中档AT90S系列AVR单片机:主要有AT90S1200/2313/8515/8535等;(此系列正在淘汰或转型到Mega系列中)高档ATmega系列AVR单片机:主要有ATmega8/16/32/64/128(存储容量为8/16/32/64/28 KB)以及ATmega8515/8535等。

本设计采用的ATmega128单片机是AVR单片机中的高档机型，是基于增强的AVR

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RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，其具有先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，缓解了系统在功耗和处理速度之间的矛盾。相对于中低档的AVR单片机，ATmega128对定时/计数器及预分频器、外部存储器接口、电源管理、SPI和UART等方面都做了一定的改进，克服了中、低档机存在的不足，从而更加适用于工业控制、家电等方面的应用. 适合作为电子皮带秤的控制端。

1.1.5 ATmega128芯片

ATmega 128是一款基于AVR内核，采用RISC结构，低功耗CMOS的8位单片机。由于在一个时钟周期内可以执行一条指令，ATmega128可以达到接近1 MIPS/MHz的性能。众多的功能和大量的端口保证其是低端嵌入式应用的首选CPU，而且其出众的芯片保密功能也为开发者保护知识产权减少了后顾之忧，所以最终选择Atmega128作为控制终端的CPU。 ATmega128的管脚图如图1所示。AVR单片机的内核将32个寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU(算术逻辑单元)直接相连，实现了在一个时钟周期内执行的一条指令可以同时访问两个独立的寄存器。这种结构提高了代码效率，使AVR的运行速度比普通CISC单片机高出10倍。

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图1 ATmega128管脚图

ATmega128具有以下特点:128KB可在线系统编程/应用编程(ISP/IAP)Flasle程序存储器，4KB EEPROM，4KB SRAM， 32个通用工作寄存器，53个通用I/O口，实时时钟计数器(RTC)，4个带有比较模式灵活的定时器/计数器，2个可编程的USART接口，1个8位面向字节的TWI(IIC)总线接口，8通道单端或差分输入的10位ADC(其中一个差分通道为增益可调的)，可编程带内部振荡器的看门狗定时器，一个SPI接口，一个兼容IEEE 1149.1标准的JTAG接口(用于在线仿真调试和程序下载)，6种可通过软件选择的节电模式。

当单片机工作于空闲模式时，CPU将停止运行，而SRAM、定时器/计数器，SPI口和中断系统则继续工作。工作在掉电模式时，振荡器停止工作，所有其他功能都被禁止，但寄存器内容得到保留，只有外部中断或硬件复位时才退出此状态。在省电模式时，芯片的所有功能都被禁止(处于休眠)，只有异步时钟正常工作，以维持时间基

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准。当工作在ADC噪声抑制模式时，CPU和其他I/O模块都停止运行，只有ADC和异步时钟正常工作，以减少ADC转换过程中的开关噪声。在待机模式时，CPU和其他的I/0模块都停止运行，但系统振荡器仍在运行，这使得系统在低功耗时可以很快地启动。

ATmega128采用了ATMEL高密度非易失性内存技术，片内lash可以通过SPI接口加通用编程器，或通过JTAG接口，或使用自引导BOOT程序进行编程和自编程。利用自引导BOOT程序，可以使芯片在工作过程通过任一硬件串行通信接口下载应用程序，并写入到Flash的应用程序中(IAP)。在更新Flash的应用程序区数据时，处在Flash的BOOT区中的自引导程序将继续执行，实现了同时读/写((Read-While-Write)的功能(芯片自编程功能)。由于将增强RISC 8位CPU与在系统编程和在应用编程的Flash存储器集成在一个芯片内，ATmega128成为功能强大的单片机，为本测量仪提供了灵活而低成本的解决方案。

1.2 点阵型LCD介绍

1.2.1 HS128641显示模块概述

HS128641是一种图形点阵液晶显示模块，它主要由行驱动器/列驱动器和128 x 64全点阵液晶显示器组成，它除了可以显示8 X 4（16 X 16点阵）的汉字外，还可以完成图形显示功能。

HS128641的主要技术参数如下：

● 电源：DC+5V，模块内自带用于LCD驱动的负压电路。 ● 显示内容：128 X 64全屏幕点阵。 ● 指令系统：7种指令。

● 接口形式：与控制器采用8位数据总线和8条控制线相连。 ● 工作环境：－10℃～+ 50℃ 。

1.2.2. HS128641显示模块的外部接口说明

HS128641显示模块的外部接口如表3所示。

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表3 HS128641显示模块外部引脚功能

引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 引脚名称 VSS VDD V0 D/1 R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 CS1 CS2 RET VOUT LED+ LED－ 电平 0 5V H/L 引脚功能说明 电源 电源 液晶显示器驱动电压 D/L=“L”，表示DB7DB0为显示数据； H/L D/L=“H”，表示DB7～DB0为显示指令 R/W=“L”，E= “H”数据由控制器输出至DB7～DB0； H/L R/W=“H”，E=的下降沿，数据由DB7～DB0输入至控制器 R/W=“L”，E的下降沿锁存DB7～DB0； H/L R/W=“H”，E为高压平时，数据由控制器输出至DB7～DB0 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 数据线 H/L 右边液晶块芯片的片选信号（高电平选择） H/L 左边液晶块芯片的片选信号（高电平选择） H/L 复位信号（低电平复位） －10V LCD负压驱动电压 － 显示模块背光电源 － 显示模块背光电源 1.2.3 HS128641显示模块的硬件构成说明

HS128641的硬件电路如图10.9所示。其中IC1和IC2为列驱动器，LC3为行驱动器。LC1、IC2和IC3主要含指令寄存器、数据寄存器、忙标志位、显示控制触发器、XY地址计数器、显示数据RAM和Z地址计数器7个部分。个部分的功能如下：

● 指令寄存器（IR）

指令寄存器用于控制指令的输入，它与数据寄存器相对应。当D/I=“0”时，E信号的下降沿将数据总线上的数据锁存至该寄存器。

● 数据寄存器（DR）

数据寄存器用于寄存显示数据，它与指令寄存器相对应。E信号的下降沿将数据总线上的图形显示数据写入数据寄存器；或在E信号的高电平作用下由数据寄存器输

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出至DB7～DB0。数据寄存器和DDRAM之间的数据传输由模块自动完成。

● 忙标志位（BF）

忙标志位提供芯片的工作情况。BF=“1”表明模块正在进行操作，平时模块不接受指令和数据。当BF=“0”时，模块为准备状态，这时模块可接受指令和数据。

● 显示控制触发器（DBF）

显示控制触发器是用于开关模块模块屏幕显示用的。DBF=“1”为开显示，DDRAM中的数据就可以显示在屏幕上。DFF=“0”为关显示。

● XY地址计数器

XY地址计数器是一个9为的计数器。其中高3位为X地址计数器，低6位为Y地址计数器。XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页地址指针，Y地址为DDRAM的Y地址指针。

X地址计数器是没有计数功能，它只能用指令的形式设置。

Y地址计数器具有循环计数功能，各显示数据输入后，Y地址可以自动加1。 ● 显示数据RAM（DDRAM）

DDRAM是存储图形数据的。数据为“1”表示显示相应点，数据为“0”表示不显示。DDRAM的地址与显示位置的关系如表4所示。

表4 DDRAM地址表

CS1=1 Y= X=0 ? 0 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 1 ? 62 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 63 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 DB0 ? ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 CS2=1 0 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 1 ? 62 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 63 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 行号 0 ? 7 0 ? 7 0 ? 7 DB0 DB0 ? ? DB7 DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 DB0 ? DB7 X=7 ●Z地址计数器

Z地址计数器是一个6位的计数器，同Y计数器一样，这个计数器也具有循环计数的功能，它用于显示扫描同步。当一行的扫描完成后，此计数器自动加1，指向下一行的扫描数据。

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Z地址计数器可以用设置显示起始行的指令设置，因此，就可以设置DDRAM的数据从哪一行开始，显示在屏幕的第一行。

1.2.4 HS128641 显示模块的指令说明

● 显示开关控制 代码： R/W 0 D/I 0 DB7 0 DB6 0 DB5 1 DB4 1 DB3 1 DB2 1 DB1 1 DB0 D 指令说明：D=“1”，显示模块开，此时可对显示器进行各种操作。D=“0”，显示模块关，此时不可对显示器进行操作。

● 设置代码起始行 代码： R/W 0 D/I 0 DB7 1 DB6 1 DB5 A5 DB4 A4 DB3 A3 DB2 A2 DB1 A1 DB0 A0 指令说明：该指令将A5~A0的6位地址送入Z地址计数器，以确定屏幕的显示起始行和DDRAM中数据的对应关系。

● 设置页地址 代码： R/W 0 D/I 0 DB7 1 DB6 0 DB5 1 DB4 1 DB3 1 DB2 A2 DB1 A1 DB0 A0 指令说明：所谓页地址就是DDRAM的行地址，8行为1页。HS128641显示模块共有64行即8页。读写数据对页地址没有影响，页地址通过本指令或复位信号设置。

● 设置Y地址 代码： R/W 0 D/I 0 DB7 0 DB6 1 DB5 A5 DB4 A4 DB3 A3 DB2 A2 DB1 A1 DB0 A0 指令说明：该指令将A5~A0送入Y地址计数器，作为Y地址指针。在对DDRAM进行读写操作后，Y地址指针自动加1指向下一个DDRAM单元。

● 读状态 代码： R/W 0 D/I 1 DB7 BUSY DB6 0 DB5 DB4 ON/OF 0 DB3 0 DB2 0 DB1 0 DB0 0 河北理工大学毕业设计说明书 第 22 页 共 51 页

指令说明：当R/M=“1”，D/I=“0”时，在E信号的高压平作用下，模块的状态信号输入到数据总线。

BUSY标志表示模块忙，不能处理外部送来的指令和数据。

RST表示显示模块内部正在初始化，此时，模块也不能处理外部的指令和数据。 ● 写显示数据： 代码： R/W 0 D/I 1 DB7 D7 DB6 D6 DB5 D5 DB4 D4 DB3 D3 DB2 D2 DB1 D1 DB0 D0 指令说明：这条指令把数据总线上的D7~D0写入相应 DDRAM。指令执行后，Y地址指针自动加1。

● 读显示数据： 代码： R/W 1 D/I 1 DB7 D7 DB6 D6 DB5 D5 DB4 D4 DB3 D3 DB2 D2 DB1 D1 DB0 D0 指令说明：次指令把DDRAM中的数据D7~D0输出至数据总线上。指令执行后，Y地址指针自动加1。

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1.3 硬件接口电路图

1.3.1 变送器接口图

图3 变送器接口图

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1.3.2 AVR控制器接口图

图3 AVR控制器接口图

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2 构成皮带秤系统硬件设计

2.1 皮带秤的称重原理

皮带秤由以下几部分组成见图4。

皮带秤的称重是物料在输送状态下利用称重传感器和测速传感器把皮带上通过的物料重量与皮带速度转换成电信号。现场放大器对两组信号进行适当处理，输送给主控制计算机进行积算、调节、控制等。最后从显示器打印机上给出称重累计结果。这是利用现代控制原理完成皮带秤自动、连续累计称重的过程。

称重 传感器 配料 秤架 测速传感器 变送器 AVR控制器 显示仪表 图4 皮带秤的组成部分

为了测得运动皮带上单位长度的瞬时流量，某一段距离的物料重量，或一段时间和一段距离的累积重量。这些量在理论上的计算，可用积分法这种数学模式来演算。

积分法：

输送机输送物料时，主控机连续测量皮带上每单位长度的载荷值q (kg／m)并与皮带在同一时刻的速度v (m／s)相乘，测得结果为物料的瞬时流量q2v (kg／s)。因为物料输送的不均匀性和皮带速度随时间变化, 所以在T时间间隔的累计流量可以用以下积分式表示：

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TW??q(t)v(t)dt

0式中： W —— T随时间间隔的物料累计量Kg或t T ——物料通过秤的时间s或h

q(t)——皮带单位长度上的物料重量Kg/m v(t)——物料在皮带上的运行速度m/s

2.2 皮带秤系统的测量原理

我们知道，皮带运输机在匀速传送物料的情况下，在时间T内总输送量为：

W?q?V?T

式中 q——单位长度皮带上的物料重量，公斤/米 V——皮带传送速度，米／秒

T——传送时间，秒．

因为物料输送的不均匀性和皮带速度随时间变化, 所以在T时间间隔的累计流量可以用以下积分式表示：

TW??q(t)v(t)dt

0式中： W —— T随时间间隔的物料累计量Kg或t T ——物料通过秤的时间s或h

q(t)——皮带单位长度上的物料重量Kg/m v(t)——物料在皮带上的运行速度m/s

设作用于称重传感器的瞬时载荷量和皮带传送瞬时速度分别为 P(t),V（t），则可得：

称重传感器瞬时输出电压 up(t)＝C*P(t)*U 速度传感器输出的瞬时电压 uv(t)＝K* V（t） 式中C、K——常数

U——称重传感器供桥电压值(伏)． 将两个电压值相乘，取其对时间T的积分，可得：

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TA??up(t)?uv(t)?dt?CKu?P(t)?V(t)?dt?CKuW

0可见，积分后得到一个正比于总输送量W的值A，因此A的大小就可以表示总输送量W。因为P(t)与V（t）的乘积与W（t）成正比，所以该乘积可表示瞬时输送量。

由频率为1KHz 的振荡器向称重传感器供电，输出信号由放大器放大经整流后与测速传感器输出信号相乘，其结果经过放大后送入A/D转换器，再通过译码电路通过I/O扩展电路，转化为CPU能够识别的二进制码，经过CPU处理，将数据输出到显示电路，集中具体的电路设计在上各章节中已经详细介绍，在此不再叙述。

另外，为提高系统的精度，必须定期地对每台秤进行去皮操作。因为皮带秤本身具有一定的重量，同时在系统运行中，又会有一些料附在皮带上。这样，压力传感器检测到的重量大于实际物料的重量，影响了测量的精度。去皮过程是这样的:关电振机，停止给皮带秤供料，并让皮带秤空走一会，让料下干净，这时，从压力传感器检测到的就是皮带秤的皮重，在以后的测量中必须把这个皮重考虑进去。

还有一个重要的过程是标定。一台秤首次投入工作时，要先进行标定。标定的原因是压力传感器只能检测压力，也就是只能检测到料的重量，而不能直接检测流量，但流量可以通过以下公式得出:

流量 = 重量3皮带速度

即: Q =K (F1- FO) 式中:Q —— 流量 K —— 流量系数 F0 ——皮重

F1 —— 皮带秤总负荷

标定的目的就是要获得流量系数K。

标定的原理是这样的，先假定一个流量系数(给定流量已确定)，运行稳定后，就得到一个稳定的显示流量。

显示流量 = 净重3假定流量系数 然后取三次物料，每次取二十秒，即可算出实测的流量: 实测流量 = 物料重量/取料时间 ∵ 实测流量 = 净重3正确流量系数 ∴ 显示流量/假定流量系数 = 净重

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又由上式得:

实测流量/正确流量系数 = 净重 故:

显示流量/假定流量系数 = 实测流量/正确流量系数 即: 正确流量系数 = 假定流量系数3实测流量/显示流量 这样即得到正确的流量系数K。

2.3 皮带秤的分类

以称重传感器的工作原理进行分类的有：电阻应变式皮带秤，差动变压器式皮带秤，压磁式皮带柄核子式皮带秤和蛇螺式皮带秤等。其中以电阻应变式的产品最多。

以秤架结构形式进行分类的有：单托辊式皮带稍，多托辊式皮带辆平行板簧式皮带秤和悬臂式皮带秤等。

以主控机仪表结构特点及运算方式进行分类的有：模拟式皮带秤数字式皮带秤和微机式皮带秤等。

此外，还有按皮带速度不同以恒速和调速皮带秤进行分类的。

总之，每种分类方法都是突出动态称重系统中的某一组成部件，把皮带秤分成了各种类型。

2.4 秤架

皮带秤的称重装置是指皮带秤的负荷承受部分，简称为秤架。秤架装在皮带输送机上，它对皮带上通过的物料重量由称重传感器和测速传感器进行讯号转换。人们研制、设计了各种各样的秤架。几种典型秤架介绍如下：单托辊秤架，多托辊秤架，平行板簧秤架，悬臂式秤架，整机式秤架。

平行板簧式秤架的基本结构是把两块平行簧板一端固定在底座上，另一端连接在一起悬浮，并在悬浮端安装称重托辊。在两平行板之间安装称重传感器。称重传感器的受力方式，拉或压均可。但做成压式时，传感器的传力部分下方要安装减振装置，以防皮带运行时上、下摆动，影响重力值的传递。这种秤架的结构精巧，一无现有秤架的簧片文承，二元传力杠杆，两者均由平行板代替。既可做成单托辊秤架，又可组成多托辊秤架。是一种新型结构，适应范围很广。

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平行板簧秤架是一种新型秤架，主要优点是采用单弹性体无杠杆的整体设计结构，克服了一般秤架由于多支点，杠杆在运行中的变差。结构精巧，一台800 mm宽的皮带秤，秤架全长不大于700mm，秤体总重(包括称重托辊)只有35kg左右。由于减少了连接部件，计量稳定性好，抗偏载力强．用于配料时，保留了单托辊秤架的优点，克服了稳定性差，抗偏载能力差等不足。组成多托辊秤架时，具有多托辊秤架的优点，克服了结构复杂，造价较高的不足。是一种很受用户欢迎的设计结构。

2.5 称重传感器

称重传感器是皮带秤力与电转换的核心部件，称重传感器按变换原理分类。主要有：电阻应变片式、差动变压器式、电容式、压磁式、压电式等，其中，电阻应变片式称重传感器有以下主要优点：

(1)结构简单、体积小、密封性好 (2)线性度和重复性好

(3)频率响应快，能进行动态称重 (4)长期稳定性好，工作可靠 (5)和称重秤架联接简单、方便 (6)综合误差小。

电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

2.6 测速传感器

皮带秤称重系统，主要是检测两个物现量，一个由称重传感器拾取重力信号，另一个检测皮带的线速度，然后将这两个量进行计算。可见，速度检测的准确程度．直接影响到皮带秤的准确度。因此，测速传感器也是皮带秤称重系统中的一个重要环节。

测速传感器主要分数字式和模拟式两种。当前国内外普遍使用数字式测速传感器。过去使用的模拟式测速传感器来检测发电机输出电压的方式不再使用。在此不作讨论。

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数字式传感器以拾取速度信号的方式来讲，分接触式和非接触式。从测量原理上来讲又分：测脉冲频率式(测频式)和测脉冲周期式(测宽式)。从信号转换方式上可分为：磁—电式和光—电式。

接触式测速传感器是目前最为流行的测速方式。基本方法是由一磨擦轮接触运输带，当远输带运动时，测速传感器的转轮依靠和运输带之间摩擦力转动，进行测速。

这种测定方法则优点是结构简单易行。维修安装方便。在正常工作中能比较好地测得皮带运行速度。缺点是摩擦轮不能准确地反映皮带线速度。特别是在摩擦轮沾有泥灰时，增加了磨擦轮的直径，产生测速误差，或者，当摩擦轮的支撑轴承生锈时，磨擦轮的转动阻力增大时，造成磨擦轮的线速度和运输带线速度之差增大，亦即产生“打滑”现象，也可以造成测速误差增大。

2.7 皮带计量秤的技术参数

拉力传感器：型号CLBS 量程：50kg 阻止：650Ω 电压：12±5%V

速度传感器：型号：e50s8 600PS 电压：12±5%V 称体 ： 倾斜角 ≤30° 称量精度≤1% 皮带最大宽度 800mm

皮带速度0.1-2米/秒（可根据需要调整调） 最大量程 2400吨/小时

2.8 变频调速设计

变频调速原理：

n＝60 f(1－s)/p (1)

式中 n———异步电动机的转速；

f———异步电动机的频率；

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s———电动机转差率； p———电动机极对数。

由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。

变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

谐波抑制：

变频器使用的突出问题就是谐波干扰，当变频器工作时，输出电流的谐波电流会对电源造成干扰。虽然各变频器厂家对变频器谐波的治理均采取了措施且基本达到国家标准要求，但谐波仍然是变频器选型和使用中最需要关注的问题。

变频器的输出电压中含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。

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3 软件设计思想

C语言在单片机的软件设计中获得了广泛的应用，它具有功能强、效率高、模块化等特点，已成为单片机语言事实上的标准。因此，CPU板各器件功能软件模块采用C语言编写，避免开发者花费精力进行各器件的软件开发，使开发者把精力应用于应用系统功能的开发上。

3.1 软件的概念和特点

软件的开发和运行常常受到计算机硬件的限制，对计算机上系统硬件有着不同程度的依赖。软件是计算机系统中与硬件相互依存的一部分，它是包括程序、数据及相关文档的完整集合。其中程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列。数据是使程序能正常操纵信息的数据结构；文档是程序开发、维护和使用有关图文资料。当前在产业界的经济活动中，相对于机器设备等实体而言，则可以把技术条件、管理法规、人员素质这样的无形因素统称为广义的软件。软件的特点有:

1 软件是一种逻辑实体，而不是具体的物理实体，因此它具有抽象性，这是它与计算机硬件或其他工程对象明显的区别所在。它可以保存在各种媒介中，但无法看到其内部的形态，只有运行才能看到软件的特性。

2 软件的生产与硬件不同。软件开发过程没有明显的制造过程。硬件一旦研制成功，可以重复制造，在制造过程中进行质量控制，一保证产品质量，而软件是通过人的智力活动把知识与技术转化为信息的一种产品，其在研制成功后可以大量低成本复制。软件的质量必须着重在软件开发上下功夫。

3 软件在运行和使用期间，没有磨损和老化问题。机械电子设备在运行和使用中，其失效率大都按着U形曲线。左半翼由于硬件刚使用，各零件还未完全配合好，容易出问题。经过一段时间磨合就可稳定下来。右半翼因为设备经历了常时间运转，出现老化，使其是效率越来越大。因软件无磨损、老化问题，所示无U形曲线右半翼。但软件存在退化问题，在软件生成期里，不断发现以前没有发现的故障，以及用户新的要求，必须多次修改软件，而每次修改会不可避免地带来了新的错误，使软件失效率升高，导致软件老化。

4 软件是复杂的。软件的复杂性来自它所反映的实际问题的复杂性。程序的逻辑

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结构是复杂的，因为要处理各种可能出现的情况。应用软件的开发还要涉及到其它领域的专业知识，对软件开发人员提出了更高的要求。软件技术的发展滞后于复杂的软件需求，随着时间的推移这种滞后现象越来越明显。任何把软件开发看成简单工作的观点都是愚蠢的，也是危险的。

5 软件成本昂贵。软件的开发必须有大量的、复杂的、高强度的脑力劳动，导致软件成本很高；并且软件开发有很大的风险性，即使对软件花费巨资，也不一定获得理想的结果。全国有许多科研院所及企业从事软件开发，但真正能够市场化的并不多。

3.2 软件的工作过程

软件的工程过程是为了获得软件产品，在软件工具支持下由工程师完成一系列的软件工程活动。每个软件开发商都可以规定自己的工程过程。对同一软件产品，不同开发商有不同的软件工程过程，但所有的软件工程过程都包含以下4种基本活动：

一．软件的规格说明 规定软件的功能及其运行环境。这是软件开发者的首要任务，用户必须提出软件要完成的功能和使用环境，用户提出的要求越具体、功能越详细，软件开发者对用户的意图理解的越充分，软件的修改就越小。如果用户对软件的功能要求不够详细，这是软件开发者就要与客户进行交流，了解其使用环境，双方共同确定软件的功能要求。如果这一步做的不够充分，必然导致软件的修改工作量增加，使开发成本提高。

二．软件开发 产生满足规格的软件

三．软件确认 客户验收软件产品满足其提出的要求

四．软件改进 为满足客户要求的变更，软件必须在使用过程中改进 实际上，软件工程过程是一个软件开发商针对某一类型产品为自己规定的工作步骤，它应该是科学的、合理的，否则必须影响软件产品的质量、成本和进度。同时，还要确定其运行的硬件环境，如CPU、主板等。注意不要脱离软件的使用环境来开发软件产品。

因此，软件工程过程具有以下特点：

1 可见性 每个过程的活动都能取得明确的结果，别人可以看见软件的进展情况。

2 可靠性 如果严格按照以上4个步骤来进行软件开发，不会出现错误。

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3 速度 从给定说明规格起，能较快的完成软件开发并交给客户使用。 4可维护性 以上4个步骤可随软件机构的需求而改进。

3.3 软件的生存期

系统软件同样有着自然界新陈代谢的规律，有一个孕育、诞生、成长、成熟、衰亡的过程，称其为软件生存期。根据这个规律可以把软件分为6个步骤：

1 制定计划

确定所开发系统软件的目标，确定它的功能、可靠性、成本以及接口等方面的要求。进行可行性分析，找出解决问题的可能方案，如该软件的硬件平台和软件平台的选择，对所需资源以及成本、可能取得的收益、进度进行评估，制定出能完成任务的实施计划。

2 需求分析和定义

对用户需求进行分析并给出详细的定义。软件人员和用户共同研究，确定哪些是可以满足的，哪些是不可行的。

3 软件设计

它是软件工程过程的技术核心。在设计阶段，设计人员把已确定的需求转换成系统软件的体系结构，确定每个功能模块，并对每个功能模块进行具体的描述，它是源程序编写得依据。

4 程序编写

用源代码把软件设计思想表达出来。源代码应该结构良好，清晰易读，且与设计相一致。它是系统软件开发中最麻烦、工作量最大的任务。

5 软件测试

根据软件开发各阶段的规格说明和程序的内部结构而精心设计一些测试数据，如压力、速度、给料量等，来运行程序，以发现程序错误。软件测试包含两个阶段：单元测试和整体测试。单元测试是对每个模块甚至是每个函数每条语句进行的测试，它是与程序编码同时进行的。整体测试是在所有模块编码完成并通过单元测试后，对整个系统软件进行测试。

6 使用/维护

软件交给用户后，即是使用阶段，软件在使用期间由于各种原因需要对软件进行

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修改，如运行时发生错误，软件使用环境改变，增加软件的功能。

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4 皮带秤的软件设计

4.1 主程序部分

这部分主要是由测得的数据进行分析计算，并在显示电路显示，其流程框图如下:

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图5 主程序流程图

4.2 初始化MAX111程序设计

MAX111需要正确初始化才能正常工作，也就是设置MAX111的内部寄存器。初始

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化MAX111的程序流程如图6所示，满度校准和零点校准过程是可选的，主要是为了消除MAX111的输出偏移误差和增益误差。

图6 初始化MAX111程序流程图

4.3 标定零点AD值（去皮）程序设计

MAX111初始化完后，单片机可以通过INTO中断或者查询P3.2来判断MAX111的转换数据是否可读。在把包括秤架、称重传感器、速度传感器和显示控制器的皮带秤各组成部分进行安装之后，皮带秤就可以运行了。第一次运行时，一般需要确定一些

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皮带秤正常运行所需的工作参数，其中有很多是通过对皮带秤进行标定得到的，零点AD值就是其中之一。理论上，零点AD值是指皮带秤空载运行时MAX111输出的A1D转换值。但是，由于皮带秤运行过程中受到各种因素产生的干扰。其中有环境的干扰，也有称重装置结构本身所产生的干扰。后者来自机械传动部份齿轮啮合或安装不良、皮带松动打滑、以及转动部份动不平衡而产生的离心力等。振动干扰一方面作用在称重机构上，另一方面，由于称重装置本身的振动而使被称物在秤架上振动或摇摆.从而增加额外的干扰。因此，实际上皮带秤空载运行时MAX111输出的A/D转换值是一个变化的、波动的值。实际的零点AD值是通过求在空载情况下，定时为皮带秤运行整数圈时间，皮带秤运行大于3分钟A/D转换值的平均值而得到的，其标定程序流程如图7所示。标定零点AD值是通过执行菜单操作实现的，对应于主菜单一标定子菜单—标零点AD值。当然，用户也可以修改零点AD值，对应于主菜单一标定子菜单—设零点AD值。标定零点AD值的初始画面如图6所示。

图7 标定零点AD值（去皮）程序流程图

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4.4 UART中断服务程序设计

UART串行通信程序设计的方法很多，主要分为查询和中断两种工作方式。接收一般都通过中断方式完成，以便节省单片机的资源。而发送则两种方式都可以采用，具体看应用场合。在皮带秤显示控制器的串行通信中，接收是通过中断方式完成，发送采用查询方式也是可以的，其中断服务程序流程如图8所示。

图8 UART中断服务程序流程图

4.5 皮带秤的菜单程序设计

皮带秤显示控制器的人机交互都是通过使用简单的按键和液晶显示菜单实现的。本设计采用菜单操作函数，其程序流程如图9所示。菜单的层数为一层，主菜单和每一个参数旁边有当前参数显示。

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