1. 1设计背景

    随着科学技术的不断发展和技术上的进步，各种加工食品的出现，对食品包装技术和设备都提出了新的要求，定量包装秤量在包装领域正起着越来越大的作用。秤量精确度的高低在一定程度上也影响到企业的利益和消费者对企业的信赖程度。所以说，配料称重控制器在包装领域起着举足轻重的作用。

    配料称重控制器的核心是物料的秤量和控制。每一种物料设有单独的贮料仓，每一个贮料仓的下面都有一个电动气阀。所有物料的贮料仓的气阀都对着计量斗，所有的物料通过其所在的贮料仓的阀门按一定速度依次流入计量斗。计量斗上安装的传感器将重量信号转换成电压信号送入称重控制器的模拟量输入端。称重控制器可根据输入的电压信号来控制各种物料贮料仓阀门的开启或关闭，从而可精确地控制各种物料的配料比例。

    目前的称重控制系统一般采用STD总线工控机或PC总线工控机对多台配料秤进行集中控制。由于配料生产现场往往距控制室较远，强、弱模拟信号混杂，必须采取较完全的屏蔽抗干扰措施才能保证系统的稳定运行。集中控制对主机及其测控电路要求较高，整个系统的通用性和灵活性较差，成本较高[2]0

    实际上每台配料秤都可视为一个独立的生产单元，用单片机就地对其实施测量与控制，若干台控制器经数字通信接口联网组成分布式微机控制系统，可大大简化线路结构，便于系统制造与安装维护，能显著提高系统的性能价格比和组成灵活性[3]0

    在建筑、包装、医药、玻璃、建材、化工等行业中，配料是生产过程的重要组成部分，其配料过程是否按照规定的配比(组成产品的各种原材料重量值之比)进行是衡量企业产品质量的关键，因此在配料生产过程中对组成产品的每一种原材料的重量值进行控制就显得尤为重要。如果配料的质量达不到要求，轻则造成原料、能源的浪费，重则影响产品的质量和产率，并且有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故。以水泥熟料配料来说，水泥是建筑、水利工程中应用最广泛的材料之一，其经济、技术指标对整个建筑、水利质量和成本有着举足轻重的关系[[5]。同时水泥又是一种特殊的材料，其质量不合格就不能拿来使用，否则会造成重大的质量和安全事故。在冶金行业中，配料是其生产过程的重要组成部分，炼钢生产中所用的保护渣是由石灰石、玻璃粉、石墨、水泥、工业氯化钠、苏打等8种物料按照一定的比例配置的，烧结工艺中的配料自动化是烧结矿生产的关键，它决定了烧结矿的铁分、碱度、氧化美、煤耗等几大指标。在高炉生产过程中秤重计量的自动控制更是必不可少，它对提高炼铁生产产量，提高质量,降低焦比等起到了决定性的作用，在转炉生产自动化重必不可少的是原料配料的自动化，在转炉炼钢过程中，按化学反应要求按一定的比例定量加入各类副原料进入炉内，去除有害元素，控制成分。其它如煤炭能源工业中的连续物料秤重计量，造纸厂中自动涂料制备车间的配料系统，作为纸张或纸板涂色料成分的配料，在塑料工业中，PVC绝缘材料的生产需要4种能处理50到70个配方的配料系统，原料通常为PVC粉末、PVC颗粒料和填充粉的组合。在洗涤剂生产中，配置浆料包括对预先计算好的几种液体和粉末成分进行配料。在玻璃生产中，主要原材料如砂子、碎玻璃、化学制品和有色粉末等的配料等等。因此，配料精度的高低制约着整个生产的产品质量和产量，应对配料过程中的质量和产量控制给予足够的重视

但是由于这些行业工作坏境恶劣、灰尘大，电网电压波动大且组分多，生产线长、控制过程复杂，所以要求配料系统具有控制可靠、配料准确、抗干扰能力强等特点。目前，我国这些行业设备简陋，大多采用手动或者半自动控制，普遍存在配料秤重不准、装料次序混乱、系统可靠性不高等缺陷，这将会影响产品的技术和特性，也远远不能满足生产的要求。伴随着计算机技术和自动化技术的迅速发展，人们对生产过程自动化程度的要求也越来越高，目前利用微型计算机组成的自动化配料系统在各行业的应用也越来越广泛。这是因为微型机配料控制系统可以按照设定配比和流量控制各输入物料的瞬时流量，从而达到控制各种产品和产量的目的.

2国内外可编程称重控制器的发展概况

使用稳定可靠，价格适中，受到国内广大用户的欢迎。因此，承德自动化计量仪表厂、香港志美电子有限公司等也推出一批可编程称重控制器。但从总体上说，由于受国内研发和制造水平的限制，仪表的技术含量、功能，特别是在称重精度、网络通信等方面与国外相比尚由一些差距.

1. 3本课题研究的目的与意义

    开发一款功能完善的可编程称重控制器，具有较高的秤量精度和使用可靠性。在可编程方面，用户可以根据自己的需要来编制工作流程，可准确方便的实现各种复杂的控制过程;在使用方面，操作界面简单易懂，可通过键盘和LED显示结合来完成参数设置、数据查看、程序编程和称重过程控制等各式各样操作。控制器还具有继电器输出控制和开关量输入采集功能，完成工业现场各种要求的控制方式。除此之外，该控制器还配备有一路4--20mA电流输出，用于重量变送、失重秤的PID控制等。作为一款现代化智能仪表，本控制器还应该具有强大的通讯功能，可根据具体需要选用RS-232或RS-485标准串行通讯接口与上位机进行通讯，上位机亦可通过此标准接口对控制器进行远程控制和监视。

4本课题的研究工作

    本文阐述了可编程称重控制器的设计方案，对称重控制仪表的主要性能指标和各功能模块进行了详细的说明。从系统的硬件总体设计到各硬件模块的器件选择、电路原理设计、功能分析等全面的介绍了本称重控制器硬件电路的实现及其特点。在软件方面，主要介绍了系统固件程序的设计框架和程序的主要组成，对各个主要功能模块和软件特殊应用进行了详细说明。针对本控制器的可编程特点，系统地介绍了可称重控制器在可编程功能实现中的特殊要求和实现的方法。总结所做的主要工作如下:

    (1)系统总体方案的设计和硬件配置。硬件设计方面包括:

    ①核心MCU选型，最小系统搭建。

    ②A/D转换芯片的选取和附加电路的设计。

    ③按键显示模块的芯片选型和电路设计

    ④继电器输出和开关量输入模块的芯片选型和电路设计

    ⑤D/A变送输出部分器件的选取和电路的设计

    ⑥串行通讯接口芯片的选型和电路设计(包括RS-2犯和RS-485接口)

    ⑦实时时钟模块的芯片选型和电路设计

    ⑧电源模块的芯片选型和电路设计

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