随着工农业的快速发展，对连续累计自动衡器的需求也愈来愈大，称量的准确与否已成为影响人们生产生活的一个重要因素，这对配料秤的性能和质量提出了更高的要求。以往的配料秤都釆用8位51系类的单片机进行控制，而且在数据采集模块采用的芯片转换位数小⑴，传统的配料秤由于存在计量精度低、稳定性差、控制有滞后等缺点，论文采用AT91SAM7X256单片机设计了配料秤控制器，提高了测量精度和稳定性，并能实时控制。首先主要介绍了配料秤的基本组成结构、称重原理，设计了硬件电路，介绍了各个模块的硬件功能，包括芯片选择、器件大小的选择等。在此基础上，设计了配料秤控制器的软件部分。
1配料皮带秤的组成结构
先对被称量的几种物料给定一个质量比例，对这几种物料进行累计计量并定量配比的衡器称为配料秤。配料秤大体上可分为两部分：机械秤体和变频控制，变频控制主要是变频器和电机，机械秤体包括运输皮带、秤架、平行托辐、大皮带、称重托辗、前后滚筒等。由于该配料秤采用双通道设计，因而有两个速度通道和重量通道E，当一个通道岀现故障时，另一通道仍能正常工作，提高了配料效率。配料秤的基本结构图如图1所示⑵。
在配料皮带秤的运行过程中，首先由给料机进行加料，物料落到运输皮带的落料段后，经由运输皮带传输到达有效称量段，同时，装在称量段的四

图1配料秤的组成结构
Fig.1Structureofbatchingscale

个称重传感器分别感受到重量信号，并将重量信号转换为电信号，送入单片机。单片机采用累加法来计算物料重量。配料秤控制器将通过仪表盘显示瞬时流量值，并将瞬时值与给定值不断进行比较，得到瞬时偏差。对偏差进行PID控制后，单片机发出控制命令控制执行结构一一电机发出动作，通过不断的调整电机转速来改变配料秤的瞬时流量，不断减小偏差，使控制效果达到最优，提高了配料秤称量的精确度⑶。
2配料秤控制器的硬件电路设计
配料秤控制器的硬件电路部分主要包括AT91SAM7X256单片机最小系统电路、3.3V电源电路、键盘与显示接口电路、速度通道电路、重量通道电路（两路）、通信电路等基本电路。由于采用了，无测速传感器技术，有时可省去速度通道电路。整体硬件结构图如图2所示。

图2配料秤控制器的基本硬件结构图
Fig.2Softwarestructureofbatchingscalecontroller
2.1AT91SAM7X256单片机最小系统电路⑴
配料皮带秤控制器的主控芯片采用美国AT-MEL公司生产的AT91SAM7X256单片机。该单片机集成了ARM7TDMIARMThumb处理器，有高性能的32位RISC架构，高密度的16位指令集，具有低成本、低功耗、稳定性强等优点，能够满足设计指标要求。AT91SAM7X256单片机最小系统的电路如图3所示。该电路中，电源电压:VDDIN=3.3V,VDDIO=3.3V,VDDOUT=1.8V,VDDCORE=1.8V,VDDFLASH=3.3VO单片机外接18.432MHz的晶振。PA11和PA10这两个引脚被配置为FC模块的引脚，单片机与铁电存储器FM24C16通过这两个引脚相连。

2.2键盘、显示接口电路
键盘与显示接口电路通过SPI接口和单片机进行通信。釆用BC7281作为该电路的控制芯片，BC7281是8位/16位LED数码管显示及键盘接口专用控制芯片，它的驱动输出极性及输出时序均为软件可控。显示电路用于4位流量、8位累计量以及控制器的工作状态等的显示。键盘电路上安有20个键，分别是上下移动键、6个功能键（主要用于控制调零、挂码、实物标定、数字输入等）、10个数字键、锁键、结束键。
2.33.3V电源电路设计
电源电路为整个配料秤控制器提供能量，提供的电压是否稳定、保护电路是否合理、对芯片是否有损坏、输入/出电压电流是否合理稳定、能否降低纹波噪声，这些都是设计电源电路需要考虑的问题。根据单片机对电源的需求输出3.3V电压如图4所示，采用LM2576系列的开关稳压器设计3.3V电源电路房"〕。

2.4重量通道电路

由于采用双通道设计，因而重量通道电路有两路，分别为前向通道和后向通道。前后两向通道之间的距离为0.6m,皮带的宽度为1mo釆用中原电测公司生产的的CZL6F型号的压力传感器来实现重量数据的采集。当有重物通过配料秤有效称量段时，传感器的横粱受压，根据压力传感器的原理，贴在上面的电阻应变片产生形变，该形变直接导致阻值变化，电桥电路将电阻变化转换为电压变化，实现了重量信号到电信号的转变。设计釆用CS5532芯片进行A/D转换，该芯片为16/24位ADC芯片。由现场的实测数据可得，在外接晶振为4.096MHz,字速率WR3-WR0位为1000的前提下，CS5532ADC转换器的釆样频率为3200Hz。该芯片的参考电压为5V,因此CS5532的量化单位为泸土X5V=忐=0.076mV。采用CS5532的A/D转换电路如图5所示，其中，左半部分电路为与传感器接口电路，进行阻容滤波，右半部分电路为CS5532进行A/D转换电路。

图5A/D转换电路图
Fig.5A/Dconversioncircuit
2.5通信电路
设计采用RS-232C和RS-485串行通信电路，RS-232C是目前最常用的一种串行通信接口，主要用于短距离的通信，如配料秤和上位机的通信。配料秤控制器采用SP3232芯片实现RS-232C通信。RS-485主要用于长距离的通信，如与现场的其他设备进行通信。
3配料秤控制器的软件设计
由于整个配料秤控制器软件庞大、复杂，因此该设计将FreeRTOS操作系统移植到AT91SAM7X256单片机上，将复杂的系统分成各个任务，分模块进行执行，合理而有效的利用了CPU资源，使应用软件的设计更为简化，而且该系统具有多任务处理能力，便于其进行实时、同步、可靠的处理数据。配料秤控制器的主程序是将操作系统移植到AT91SAM7X256单片机上，首先配置各处理器，初始化系统。接着开启各个任务，分别为秒任务、皮带速度和重量检测任务、电机转速控制任务，通信任务，各个任务轮流执行。
FreeRTOS操作系统主要负责协调各模块任务之间的工作，给各子程序合理的分配空间。通过程序设定任务执行的优先级，优先级高的任务先执行。控制算法的软件流程主要为：开始f给定设定值f计算偏差、偏差变化-PID控制…输出…结束。
4讨论
由于配料秤的工作现场环境恶劣，传统的51系列的单片机控制精度低，不足以满足现场的需求。采用32位的ARM系列单片机后，经过实验测量，其精度可达到1%。
5结论
该配料秤控制器基于AT91SAM7X256单片机设计，实现了对配料秤流量及时、准确控制，从而可实现各物料流量的准确配比。经砥码标定可得，将0.1t的标准花码放到秤架上，显示器显示0.099t,称量精确度达到1%,并具有抗干扰性强、控制实时性强，但其对现场的随机变化缺乏控制的灵活性。
 

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