新型重量檢測控制儀的設計與實現

　　摘要：現代工業的迅速發展帶動了檢測與控制技術的日益更新，同時對重量檢測控制儀的安全性和可靠性也提出了更高的要求，為此設計了一套新型的重量檢測控制儀。該檢測控制儀主要由信號采集和顯示控制兩部分組成，其中信號采集部分用于采集、傳輸物體重量信息，顯示控制部分則主要顯示重量數據，并輸出相應的狀態控制信號，超重時能夠自動地實現自我保護。文中對新型重量檢測控制儀的檢測原理和控制方法進行了研究，設計了檢測控制電路模型和程序流程圖，并進行了相關實驗。結果表明：新型重量檢測控制儀能夠準確地實現重量檢測和超重保護功能，且具有較好的性能指標。
　　
　　引言
　　
　　重量檢測控制儀是一種能夠準確地顯示起吊物件重量，超負荷作業時能夠自動實現自我保護的電子裝置。起重檢測控制儀的zui大特點是：有效地同起重機械的具體結構形式相結合，確保壓力傳感器和顯示控制儀表的使用不影響起重機械的安全性。隨著自動化控制技術的日益發展，重量檢測控制儀已由單一的稱量工具逐步演變成自動化生產中重要的組成部分，向著自動化、智能化、集成化和信息化方向發展。新的起重檢測控制儀不僅要求具有起重顯示功能，更需要有超重報警和控制功能，能夠自動地實現自我保護。
　　
　　1、重量檢測控制儀硬件系統設計
　　
　　1．1總體結構框圖
　　
　　重量檢測控制儀包括信號采集和顯示控制兩部分。
　　
　　系統總體結構框圖如圖1所示。　　
　　1．2系統功能設計
　　
　　在圖1中，系統各部分功能設計如下：
　　
　　（1）信號采集部分。起重機的載荷通過電阻應變式負荷傳感器進行檢測，當起重機械吊起重物后，傳感器受壓產生與載荷成正比例的毫伏級電壓，經放大后變成伏特級的電壓信號，再通過四芯電纜送入后級電路進行處理。為了減小信號在傳輸環境中受到干擾，把電壓傳輸信號改為電流傳輸信號。在對電阻橋輸出的毫伏級電壓進行放大之后，變成伏特級的電壓，再將其轉交成0～20mA的電流，通過電纜傳輸。同時增加二級穩壓電路，將通過電纜傳送過來的±15V電壓變成±6V電壓，供給電阻應變式傳感器橋，以保證傳感器橋供電的平穩性。
　　
　　（2）A／D轉換模塊。將信號采集部分傳送過來的電流轉換成電壓，然后進行A／D轉換。
　　
　　（3）顯示驅動模塊。5個LED數碼管實現5位顯示（分別顯示重鼉的百、十、個、十分位和百分位（單位：噸）；使用1片MC14489作為顯示驅動電路，驅動5個LED數碼管（采用動態掃描方式驅動共陰極LED數碼管）。
　　
　　（4）額定重量設置。用3個四位的撥碼開關分別表示額定重量的百、十、個位，理論上可以設置的額定重量（量程）范圍：0～999（單位：噸）。同時，在繼電器上外加一個檢測開關，用于對150％額定重量的檢測，以判斷系統功能是否正常。
　　
　　（5）起吊提示。重物被吊起有專門的指示燈提示。
　　
　　（6）報警功能設置。預報警：當重物到達額定重量的90％時，儀表發出預報警聲響，預報警指示燈（黃燈）閃爍提示，以提醒操作人員注意。超重報警：當重物達到額定重量的105％時，儀表發出與預報警聲響不同的超重報警聲響，超重報警指示燈（紅燈）閃爍提示。同時控制繼電器切斷起升電源，阻止起重機繼續上升，起到保護設備的作用。
　　
　　（7）清零。按“清零鍵”，數碼管顯示為“000．00”。
　　
　　（8）復位。按“復位鍵”，恢復通電啟動狀態，即顯示額定值。
　　
　　2、重量檢測控制儀程序設計
　　
　　2．1程序流程框圖
　　
　　要實現新型熏量檢測控制儀的功能，除了進行硬件系統設計外，還需要進行必要的程序設計。主程序流程框圖如圖2所示。　　
　　2．2程序設計與說明
　　
　　針對圖2，程序設計與說明如下：
　　
　　（1）顯示自檢與初始化。系統上電時五個數碼管從0～9顯示一遍，檢測MC14489顯示驅動芯片和顯示數碼管是否工作正常，同時初始化定時器、串口通信各寄存器的狀態值，并顯示其量程值。
　　
　　（2）檢測撥碼開關狀態。額定量程和量程范圍采用撥碼開關設定，額定量程和量程范圍在程序中進行參數化設置，以方便修改。
　　
　　（3）預置毛重。當清零鍵被按下時，需檢測按鍵按下狀態是否持續2s以上，否則不做處理，防止誤操作觸發清零。
　　
　　（4）A／D轉換。A／D轉換將物重模擬電壓轉換成數字量，然后送至CPU進行判斷處理。實現A／D轉換的12bit高速轉換芯片采用SPI接口與CPU連接。
　　
　　（5）軟件濾波。在A／D轉換過程中進行18次模數轉換，去除zui大值和zui小值之后，再求平均值。濾除跳躍較大的模擬值。
　　
　　（6）模擬值與物重之間的換算。模擬值與物重之間的換算公式為：G=Km+b，其中，G為模擬量，K為比例系數，m為物重，b為毛重，其中K根據設定的量程范圍不同而不同。在程序中K為參數化設置，確定好量程范圍后，選取對應的K直即可求得對應的物重。
　　
　　（7）物重預報警和超重處理設置。預報警處理采用蜂鳴器報警和指示燈（黃色）閃爍提示。超重報警處理除采用蜂鳴器報警和指示燈（紅色）閃爍提示外，還采用了繼電器輸出控制。當重物超重時，繼電器動作切斷吊鉤電源，阻止繼續起吊。
　　
　　（8）物重輸出。將物體的重量值通過串口通信的方式傳輸出去。
　　
　　（9）物重顯示。實時顯示物料的重量。
　　
　　3、重量檢測控制儀檢測實驗
　　
　　實驗方法：額定量程設置成18T（3個四位的撥碼開關設置成000000011000），反復調節電路參數，使得系統處在*工作狀態。在不同重物作用下，測得相關數據和指標參數如表1所示。　　
　　實驗結果說明：1）數碼管顯示值與物件重量實際值偏差較小；2）重量檢測精度高，分辨率可達到0．01T；3）預報警和超重報警功能正常；4）能實現系統自我保護。為了減小誤差，實際應用中將多次實驗的數據制成表格，并進行修正。
　　
　　4、結束語
　　
　　新型重量檢測控制儀采用電流傳輸信號，極大地減小了信號傳輸過程中受干擾，提高了器件的穩定性和抗*力；運用編程進行時間濾波來有效地消除周期性的干擾；使用雙重報警（預報警和超重報警），加強了對起重機的保護能力。因此，文中設計的新型重量檢測控制儀不僅具有較高的研究價值，而且具有較好的工業應用價值。