电子包装秤动态称重系统控制部分设计,电子包装秤动态称重系统中的控制部分是协调整个系统有序工作的大脑。控制器 CPU 采集来自称重传感器的信号, 接收人工键盘或异地远程指令,监视整个系统的状态, 产生气动阀门的控制信号, 在显示器上输出系统的状态信息。
在控制器的设计中,应关注的主要问题有以下几个方面:
(1 )输入输出信号间的时序关系,这主要由控制器软件来体现;
(2 ) 在恶劣的工业现场环境下工作的可靠性问题。在化肥厂空气中存有大量的腐蚀性气体, 对控制器电路板需要进行密封与散热;
(3 )硬件电路参数对动态称重计量精度的影响。 控制器中传感器及其后的放大调理电路、 A/D 的参数、 CPU的性能对系统精度影响较大。 控制器设计中我们首先选定的是高性能的 ATmega128 单片机, 其带有丰富的I/O接口以及内部资源, 工作于 16MHz时性能高达 16MIPS, 特别的是 ATmega128 带有性价比很高的 A/D 转换器, 它具有 10 位精度,转换时间为(13~260) μs, 0.5LSB的非线性度, (±2 )LSB的绝对精度, 最高分辨率时采样率高达15kSPS [6] 。对于 10 位的 A/D, 在最大量程为 50Kg 的情况下, 其最小分度值为 48.8g, 远小于系统的精度要求,可见是满足系统设计要求。
另外 A/D 转换速度是否能满足连续的高速转换,这里我们在参考 ATmega128 手册下知道: 在最高精度的要求下, ADC 的工作频率可以最高达 200kHz,而正常单端连续转换的一次时间是14.5个ADC周期,那么可以计算出来一次的转换时间是: 14.5/200kHz =75μs, 可见转换速度是够的。对 AD 的采样速率来说, 通过试验可以知道物料动态称重中信号的频谱成份主要集中在小于10Hz 的低频范围,而 ATmega128 的 ADC 最高分辨率时采样率高达 15 Ksps, 可见也是完全满足要求的。
称重传感器我们选择梅特勒-托利多的单点弯曲梁式传感器IL-250,最大量程重量是 250Kg,在 12V 激励电源下输出范围是:(0.2~27 ) mV。使用中,为降低传感器自身非线性的影响, 采用精密砝码进行标定,并将标定值存于控制器中。定量包装秤的工作范围为 (20~50 ) Kg, 那么最好的情况是满量程的情况下进入 ADC的电压值可以逼近参考电压但是小于参考电压, 而在零点时候的电压最好就是传感器在无料状态下的输出电压。 通过测试得到传感器在 50 Kg 下的输出电压为 14mV 左右为此必须对传感器输出的信号进行放大, 为了使系统可以达到我们的设计目标, 这里我们的放大倍数选择为 350 倍。