第二章系统的总体设计
测控仪器的总体设计就是要确定系统的原理方案，进行数学建模，确定系统的主要技术参数，进行精度设计和总体结构设计。现代计量测试仪器设计应遵循一定的要求，以下是测控仪器设计中几条比较重要的一般要求8出此气
L精度要求。衡量测控仪器精度的指标有很多种，如复现性、灵敏度等，应根据被测对象的要求具体确定仪器的精度指标。
2.速度要求亦称效率要求。即仪器的测控速度应与测控对象的速度（一般指生产效率）相适应。提高检测效率不仅对系统的经济性有影响，而且往往对检测精度也会产生一定影响并且两者经常表现为矛盾性。
3.可靠性要求。可靠性要求就是要求设备在一定时间和条件下，无故障地、稳定地发挥其功能的概率要高，这要由可靠性设计来保障。
4.经济性要求。即在满足仪器的功能和可靠性要求的前提下，具有较好的性能价格比，而不能盲目追求所谓“复杂、髙级”的设计方案。
5.使用条件要求。仪器的工作环境的温湿度、机械振动和电磁干扰等对其性能甚至是正常工作具有重要影响，仪器设计时必须予以认真考虑。
6.美观与人性化要求。仪器的外观要美观，功能实现及外型设计要便于操作者使用。
2.1定量称重控制系统的组成和工作原理
2.1.1定量称重装置的组成
定量称重装置的一般组成如图2.1.1所示，它由料仓、给料装置、称重传感器、称量斗、卸料门、夹袋机构和输送设备等组成[25][26\
L给料装置。给料装置是根据物料的粒度、流动性、定量精度和理化特性来选型的。常见的给料方式有如下几种：闸门式自重给料用于流动性好、不易结块的物料，如大米、小麦等颗粒状物料；螺旋输送式给料用于不会粘着的、粉状或细粒状的物料，如饲料、面粉等；振动式给料用于自由流动、粒度较大的物料，
如食品、饲料等。

2.称重部分。称重部分主要由称重传感器、称量斗（又称承载器）和卸料门等组成，其中称重传感器是称重部分的关键部件。一般需结合物料的最大定量称重值和堆比重，设计不同大小的称量斗。卸料门一般采用气动式,其动作迅速、工作稳定可靠、维修简单方便，其气源一般采用压力为0.4〜0.7MPa的压缩空气。
3.夹袋及包装输送部分。夹袋机构用于夹住包装袋，其动作是由两个夹袋气缸来推动的，而包装输送部分则由包装机和输送设备组成。当定量给料结束时，夹袋机构松袋，包装袋落在输送设备上输送至包装袋封口设备。
2.1.2自动定量称重控制的工作原理
自动定量称重控制系统的工作原理如下：系统开始工作时，在控制仪的控制下，卸料门首先关闭，自动去皮后开启给料机构进行给料。物料不断进入称量斗内，由压力传感器将质量（重量）转换成电信号送至控制仪。控制仪不断显示物料的质量值，并根据预先设置的参数依次输出各个运行步骤的控制信号，使给料机构依次分别以快加、中加和慢加三级给料速度连续向称暈斗内给料，直至达到预定的定量称重质量后给料机构关闭，从而结束给料过程。在夹袋机构处于夹紧的状态下，秤量斗的卸料门打开，物料依靠重力经夹袋筒流入包装袋。卸料结束后，卸料门关闭，夹袋机构自动张开以便卸下包装袋，从而完成一个工作周期。夹袋机构一侧设置手动式行程开关，用于配合人工套袋操作发岀夹袋信号，控制夹袋机构的松开与加紧动作。
2.2系统的结构方案
2.2.1系统概述
本控制仪采用电阻应变式称重传感器，将物体重量转换成相应的电压信号。此电压信号通过信号调理电路进行滤波和放大后，以A/D转换器为核心的数据釆集电路把模拟信号转换成单片机可以处理的数字信号，从而得到程量斗中的物料质量值。然后，结合软件程序控制，将检测到的质量值与设定的目标质量值进行比较，单片机根据比较结果发出气缸动作控制信号，从而使定量称重装置处于快加、中加、慢加、到量、夹袋、开卸料门、关卸料门和松袋等不同的工作状态。
本系统将单片机作为整个仪器的核心，通过它进行系统运行控制以实现高效、高精度自动定量称重的控制目的。根据所采用的传感器量程和所设定的定量目标值的不同，完成相应的定量称重过程，称重的累计量等过程数据可以自动保存。称重的实时信息、功能设定和状态等相关信息，可以通过LED数码管和发光二极管进直观显示和指示。
2.2.2系统结构
按照所完成的主要功能不同，可以把本控制仪的系统划分为图2.2.1所示结构网。各模块的基本功能分述如下：

称重传感器

图2.2.1系统功能结构框图
1.信号调理和数据釆集模块。信号调理和数据采集模块主要由信号调理电路和数据釆集电路组成。信号调理电路实现对称重传感器送来的小信号的放大、滤波处理。本系统还结合软件进行信号数字滤波，以简化信号输入通道的结构。数据采集电路用来实现模拟信号的数字化，由单片机读取数字量并据之执行相应操作。A/D转换器是数据采集电路中的核心器件。
2.人机通信模块。人机通信模块是为了完成人机对话功能，以便于使用者对仪器进行有关设置和管理，它包括显示器接口部分和键盘进口部分。本控制仪在前面板上设置了16个按键，六位蓝色0.8"主显数码管和两位0.56"副显数码管和13个绿色发光二极管。按键包括数字键。〜9和一些功能键，其中数字键还包含有复用功能。数码管用于显示称重数据以及功能设置和键盘操作等状态下的有关信息，发光二极管用来指示当前计量单位以及运行状态和控制标志。控制仪的操作面板如图2.2.2所示。

图2.2.2定量称重控制仪的操作面板
3.开关量输入和输出模块。本系统中所应用的按键、继电器和行程开关操作信号均属于开关量信号。这种信号只有开和关，也就是高电平和低电平两个状态,相当于二进制的“1”和“0”，其处理较为简便。本系统利用MCU的并行I/O口与控制对象进行开关量信息交换。由于工业现场中经常存在电场、磁场和噪声等干扰，因此在本系统的输入和输出口均采用了光电耦合器作为隔离器件，以抑制外界各种干扰的影响。另外，由于MCU输出电流不足以驱动继电器，因此在控制仪的输出口设置ULN2803A达林顿管阵列芯片作为驱动器，来驱动控制气缸动作的电磁阀继电器。
2.3系统的功能、特点及主要技术指标
一、    本仪器实现的功能
本控制仪的核心功能是完成除套袋外的自动定量称重过程控制，其主要功能包括：
1.定量称重过程控制；
2.可事先存储20种规格的定量称重数据，各种定量称重规格的快、中、慢控制数据的自行修正；
3.称重数据的自动保存；
4.系统运行状态的实时显示；
5.简便实用的键盘操作功能；
6.设有超差报警功能；
7.设有手动控制功能，可人工控制给料和卸料，以便于清理结块和堵塞的物料。
二、    本仪器的特点
本控制仪具有以下几个主要特点：
1.可在额定定量称重质量范围内，任意设定定量称重的质量值；
2.采用高精度电阻应变式称重传感器和24位△-E高分辨率A/D转换器，称重精度高；
3.三级给料控制，结合控制算法，实现了快速、准确的定量称重；
4.自动修正给料过程参数，以提高定量称重控制的精度和速度；
5.键盘操作功能丰富而又简便。
三、本仪器的主要技术指标
通过研发设计，应使本定量称重控制仪的主要技术指标达到如下要求:
1.量程：。〜50Kg；
2分度值：10g;
3,称量误差：WO.1%FS。

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