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自动喂毛机中称重变送器的设计

发布者:青岛澳门电子游戏平台网站全  发布时间:2012/2/18 11:52:27

  毛斗是梳毛机的喂入机构,作用是周期性地喂入一定重量的原料。以前用于生产的毛斗大都是机械称重形式,其结构的限制影响了称重精度。为了解决这个问题,现在使用电子称重方法对其进行改造。将称重斗的两端固定在称重传感器上,传感器输出的电信号经滤波放大、模/数变换和数字滤波等处理送到主控制器。主控制器利用左右两路信号可求出重量值,与主机的其他逻辑信号相结合,实现喂入控制。
  传感器信号的调理和转换对电子毛斗的精度产生决定性的影响,考虑到模拟信号从传感器到主控制器的长线传输可能引起信号的衰减和干扰,所以要就近将模拟信号转变成数字信号传输到主机,完成这个功能的部件称为“重量变送器”。本文研制一种称重变送器,有效地提高了毛斗的称重精度。
1电路构成(环球衡器网技术频道收集整理)
  称重斗本身的质量为8kg左右,每斗原料不超过400g.分辨率要达到0.5g,要求AD转换器要到15位才能满足精度。称重传感器一般为电阻应变桥,输出信号微弱,在电路中必须有一级差分放大电路,将信号调理到适合AD转换的范围,考虑到以上因素,选择美国AD公司的16位模/数转换芯片AD7705比较合适。AD7705内含带缓冲器和增益可编程的差分放大器以及△2E调制器和可编程的数字滤波器,具有分辨率高、动态范围宽、自动校准等性能,并具有优良的抗噪声性能及低电压、低功耗的特点。
  AD7705的基准电压Uref由供桥电压经电阻R3,R4分压得到,这样做的好处是当供桥电压波动时基准电压跟着改变,自动补偿了电压波动,保证了称重的准确性。C3用于消除共模干扰,R1、CI、R2和C2起到滤波作用。AD7705由ATMEL公司的精减指令集微控制器AT90S1200控制,微控制器向AD7705下达初始化、自校准、转换等命令,同时接收转换结果。虽然在AD7705中已经进行了数字滤波,但考虑到工业现场的强干扰,在AT90S1200中进行了二次滤波,滤波后的结果按一定的定时关系和通讯协议传送到主机,重量变送器和主机之间电气隔离,由光电耦合器传送数字信号,提高抗干扰能力。
  高精度的模拟采集要求供电分为模拟和数字两部分,输入电源经两个稳压器产生模拟、数字两路电源。模拟电源供应变桥和AD7705等电路,数字电源为AT90S1200供电。两路电源的“地”在AD7705的Ref2引脚汇到一起,这样做的好处是降低了数字电路地线噪音对模拟系统的干扰。
2软件设计
  电子称重变送器上电后首先配置CPU的寄存器和引脚方向,控制AD7705的复位线使AD7705复位。因为复位时AD7705的振荡器仍在工作,所以AT90S1200仍能从AD7705得到时钟信号,复位后对AD7705进行配置,将放大器设置为64倍,输出更新率置于50Hz.设为50Hz是为了抑制工频干扰。选择通道后要对其进行自校准,自校准过程能完成零点和满度的校准。校准结束后反复查询AD7705的DRDY引脚,低位表示转换结束可以读取数据,读出16位的转换值,由CPU进行再次的数字滤波。使结果稳定、可信。最后向主机传送结果。
3数字滤波
  模拟信号被AD7705内的△2∑调制器变换为占空比被模拟电压调制的数字脉冲串,必须使用低通数字滤波器滤除噪声,以16位二进制形式输出最终值
  其中N为调制速率与输出更新速率之比。在此仍选择50Hz的输出更新率,以抑制工频干扰。机械振动、意外冲击引起的虚假信号会引起系统的误动作,这些信号必须由微控制器用软件滤除,是本系统的第二级数字滤波,微控制器得到一个转换值后,首先应判断其真实性。对于明显偏离以前平均值的数据应剔除,因为有可能是意外冲击引起的干扰。喂毛斗喂入的速度较慢,而AD7705的转换速度较高,意味着多次转换期间重量值变化不大,所以可用”拉依达准则”作为好坏值的工业现场的干扰是各种各样的,单纯使用某一种滤波方法显然不够。必须仔细分析客观状况并依靠软硬件协同的多种滤波方法,才有可能达到令人满意的测量效果,本设计中首先利用了AD7705的片上滤波器和前置RC滤波器,然后利用单片机的智能性实现了软件数字滤波,极大提高了测量的精确性。在天津、内蒙等地的多家企业,利用研制的称重变送器改造了日本樱花和国产BC272等多种型号的梳毛机。实践证明,本设计有效的减弱了墙板震动、变频器等强干扰对称重精度的影响。配合无级变速喂入系统,很好地控制了喂入的精度,提高了出机毛条的质量。
4结束语(环球衡器网技术频道收集整理)
  在
喂毛斗电子称重的变送器设计中,为了保证称重精度,应使用15位以上的AD转换器,配以良好的信号滤波电路,在此基础上变送器中的微处理器还应该对称重信号进行二次数字滤波,以消除工业现场的强干扰,称重变送器模拟部分和数字部分要分别供电,并处理好数字地与模拟地的接地关系,重量变送器与主机之间传送数字信号,采用光电耦合器隔离,以提高抗干扰能力。经工业现场的使用验证,设计完全达到了预期的性能指标,抗干扰能力强,彻底解决了长线传输模拟信号易受干扰的问题,有效地提高了毛斗的称重精度。
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