控制機畢業(yè)設(shè)計論文

《控制機畢業(yè)設(shè)計論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《控制機畢業(yè)設(shè)計論文（70頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各項事業(yè)也在飛速的前進(jìn)。工業(yè)的發(fā)展尤為突出，因此對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制也提出了更高的要求。而配料工序是工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，其配料精度直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。 針對實際問題，本設(shè)計在進(jìn)行了一系列的考察后，根據(jù)現(xiàn)實的需求，加上對ARM控制器的理解和分析，采用ARM7控制器（LPC2131）來實現(xiàn)自動配料系統(tǒng)的控制。詳細(xì)講述了自動配料系統(tǒng)的設(shè)計步驟，著重對軟件開發(fā)與硬件調(diào)試做了介紹，完成了配料的硬件配置和軟件設(shè)計，并利用鍵盤顯示模塊實現(xiàn)實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。 本設(shè)計主要分為四部分，其中第一部分對前人的配料系統(tǒng)做了簡要的介紹，并結(jié)合

2、現(xiàn)實條件，對本次設(shè)計做了簡要的分析和設(shè)想。第二部分根據(jù)畢業(yè)設(shè)計要求，結(jié)合自己的實踐經(jīng)驗，提出了合理的設(shè)計方案，并對設(shè)計步驟作了進(jìn)一步的介紹。另外對資源的配置以及在現(xiàn)實中上料裝置的原理做了介紹。第三部分對配料系統(tǒng)硬件的設(shè)計進(jìn)行了細(xì)致的講解。第四部分對編程軟件和編程中所用到的一些指令作了介紹，對部分程序作了詳細(xì)的解讀。 本設(shè)計通過軟硬件之間的配合與調(diào)試，從而達(dá)到工業(yè)設(shè)計的要求，實現(xiàn)配料的自動化控制。 關(guān)鍵詞：ARM控制器；LPC2131；自動配料系統(tǒng) ABSTRACT With the continuous development of scienc

3、e and technology, each enterprise also in rapid advance. Industry development is outstandingly, therefore it also set a higher request to the industrial productions produce process control. But the ingredient working procedure is an important link in the industrial production process, and its ingre

4、dient precision immediate influence the quality of the product. In the design of a series of field visits, according to the reality of demand, coupled with the understanding of the programmable controller and analysis, a ARM7 to achieve automatic dosage system control. Described in detail the autom

5、atic dosage system design steps, focusing on software development and debugging done, completed the dosage hardware configuration and software design and of using Key-board module monitoring real-time system. The design consists of four parts, the first part is a brief introduction of the previ

6、ous dosage system, in conjunction with field inspection experience with the design done this brief analysis and ideas. The second part is according to of graduation design, in conjunction with own practical experience, to bring forward a reasonable design, and design steps further introduction. In a

7、ddition to the allocation of resources as well as in reality, the principle of device was introduced. The third part is a detailed introduction of the hardware system.The fourth part of the dosage system software design for the detailed presentation, and programming software and dictates were introd

8、uced, some of the procedures were interpreted detailly. Through the debugging and co-ordination among the hardware and software to meet the requirements of industrial design to achieve automatic control dosage. Key words: ARM7 controller;LPC2131; automatic dosage system 畢業(yè)設(shè)計

9、（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明 本人完全了解

10、 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做

11、出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期

12、： 年 月 日 目 錄 第一章 緒 論 1 1.1引言 1 1.2開題背景 1 1.3電子皮帶秤的研究狀況及發(fā)展趨勢 1 1.4系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用 2 1.5 本章小結(jié) 2 第二章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.1引言 3 2.2系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) 3 2.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計思想 3 2.4系統(tǒng)各模塊方案論證 4 2.4.1 控制模塊—PID控制 4 2.4.2 采樣模塊—A/D 轉(zhuǎn)換器 6 2.4.3 檢測模塊—稱重傳感器 9 2.4.4 調(diào)節(jié)模塊—可控硅（SCR） 13 2.4.5 主控模塊—LPC213X 15 2.5本章小結(jié) 16 第

13、三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 18 3.1 系統(tǒng)電路總體設(shè)計 18 3.2 主控芯片的選擇及簡介 18 3.2.1 ARM處理器概述 19 3.2.2 LPC2131簡介 20 3.2.3 LPC2131開發(fā)板組成 22 3.3 系統(tǒng)模塊電路設(shè)計 23 3.4 主要器件選擇 26 3.5 本章小結(jié) 28 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 29 4.1 LPC2131編程體系簡介 29 4.1.1片內(nèi)存儲器 29 4.1.2存儲器映射和操作模式 30 4.1.3預(yù)取指中止和數(shù)據(jù)中止異常 31 4.2 軟件開發(fā)環(huán)境 31 4.2.1 ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境簡介 31 4.2.

14、2 ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)流程 34 4.3 軟件總體設(shè)計 35 4.3.1主程序模塊 35 4.3.2 按鍵顯示模塊 36 4.3.3 系統(tǒng)各模塊初始化 37 4.4 本章小結(jié) 39 第五章 系統(tǒng)制作與調(diào)試 40 5.1硬件部分的制作與調(diào)試 40 5.1.1 PCB板制作 40 5.1.2 電路調(diào)試 40 5.2 軟件部分的編寫與調(diào)試 41 5.2.1實驗設(shè)備 41 5.2.2調(diào)試步驟 41 5.3 軟硬件整體的調(diào)試 42 第六章 結(jié)束語 44 參考文獻(xiàn) 45 附 錄 46 附錄A LPC2131引腳連接圖和功能框圖 46 附錄B 元件清單

15、 47 附錄C 程序清單 48 致謝 62 V 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 緒 論 1.1引言 在生產(chǎn)領(lǐng)域中，各種原材料之間的配比精度對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量有重要影響。定量配料系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于水泥建材、冶金化工、電力煤炭等行業(yè)粉體連續(xù)輸料的流量測量與定量給料的工業(yè)環(huán)節(jié)，如水泥廠入窯煤粉的定量給料及輸送就是一個典型的例子，其供料過程中的穩(wěn)定性、均勻性等問題是影響計量精度的主要因素。由于它用途廣泛，對提高給料系統(tǒng)的自動化程度就有重要的現(xiàn)實意義。 本文的自動定量配料系統(tǒng)是根據(jù)國內(nèi)外智能配料系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，結(jié)合企業(yè)實際需求的基礎(chǔ)上設(shè)計

16、的配料系統(tǒng)計量裝置；它采用 ARM控制器作為整個控制系統(tǒng)的核心，具有原理先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、給料均勻可靠、測量準(zhǔn)確等特點。 1.2開題背景 在工業(yè)高速發(fā)展的今天，作為工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)的配料工序，由于其配料精度直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，所以傳統(tǒng)的手工配料計量的方法，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)精度以及人們對物質(zhì)的大量、更高的需求，那么如何搭建供需之間的橋梁呢？國內(nèi)配料廠前期投入使用的微機配料系統(tǒng)大部分是國外引進(jìn)的。隨著我國電腦工業(yè)的發(fā)展，微機配料系統(tǒng)已逐步國產(chǎn)化，我國許多科研、生產(chǎn)單位都投入到開發(fā)生產(chǎn)的行列。配料系統(tǒng)普遍存在的問題是：配料精度低，機電控制部分的可靠性差，缺少數(shù)據(jù)庫管理生產(chǎn)以及對生

17、產(chǎn)過程的實時動態(tài)監(jiān)視。配料精度低的主要原因是電子秤系統(tǒng)的動態(tài)性范圍小，而可靠性差主要是中間繼電器和微機控制系統(tǒng)的可靠性低所致。 隨著計算機應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，人們以往的想法現(xiàn)在大多已變成現(xiàn)實，這是集人們的智慧、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)等綜合應(yīng)用的結(jié)果。由于各行業(yè)對配料的效率和精度要求越來越高，所以研制高效率、高精度自動配料生產(chǎn)線勢在必行?；谝陨锨闆r，設(shè)計了新的基于ARM7的自動定量配料控制系統(tǒng)：采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計算機技術(shù)一體化的電子稱量裝置，滿足并解決了現(xiàn)實生活中提出的"快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動"稱量要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)

18、用要求。 1.3電子皮帶秤的研究狀況及發(fā)展趨勢 電子皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進(jìn)行連續(xù)自動稱重的一種計量設(shè)備，它可以在不中斷物料流的情況下測量出皮帶輸送機上通過物料的瞬時流量和累積流量。 1908年，美國一個年輕人赫爾伯特梅里克（HerbertMerrick）發(fā)明了一種皮帶輸送機使用的稱重設(shè)備，據(jù)稱那是世界上第一臺根據(jù)皮帶速度和重量用機械方法進(jìn)行計算的動態(tài)稱重設(shè)備，這一發(fā)明完全改變了原有測量固體物料流量的方法。這種根據(jù)重力測量固體物料流量的設(shè)備后來被稱為梅里克型機械式皮帶秤。赫爾伯特梅里克用這項發(fā)明成立了梅里克（Merrick）公司，開始生產(chǎn)皮帶秤。在德國申克（SCH

19、ENCK）公司的歷史回顧資料中，可看到“1902年，皮帶秤”這一段產(chǎn)品編年史，表明該公司1902年就有皮帶秤產(chǎn)品。 國外從上世紀(jì)五十年代開始使用電子皮帶秤，國內(nèi)則從1965年開始研制生產(chǎn)電子皮帶秤。時至今日，雖然核子皮帶秤、固體質(zhì)量流量計、沖量式流量計、失重式秤、轉(zhuǎn)子秤等多種固體物料連續(xù)計量設(shè)備也有一定規(guī)模的應(yīng)用，但他們?nèi)詿o法與電子皮帶秤抗衡，也無法撼動電子皮帶秤作為固體物料連續(xù)自動稱重主流計量設(shè)備的地位。 1.4系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用 在企業(yè)生產(chǎn)工藝過程中，需要將各種原料按照一定的比例配成混合物料，配比的準(zhǔn)確性以及配料系統(tǒng)的可靠性都將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟效益。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多情況下

20、是通過現(xiàn)場操作人員按照配比，人工調(diào)節(jié)給料機的給料量。其缺點是給料量的大小完全靠操作人員的經(jīng)驗或"人工跑盤"的結(jié)果來決定，配比精度較差，操作人員勞動強度大，自動化水平極低。因此實現(xiàn)高精度自動配料對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。 在冶金、水泥、化工等企業(yè)里高精度的自動配料系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用場所，并貫穿于大部分生產(chǎn)工序。例如采礦中選礦廠入磨礦量計量與控制、輸出鐵精礦的計量、煉鐵的部分原料的計量和控制、燒結(jié)原料與原燃料的計量與控制、部分煉鋼廠輔料的計量與控制；冶金企業(yè)自備焦化廠的配煤計量與控制、輸出焦炭計量控制；自備發(fā)電廠煤耗計量與控制；自備水泥廠、耐火材料廠相應(yīng)物料的計量和控制等。綜上所述，

21、基于電子皮帶秤的定量配料控制系統(tǒng)在冶金企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用十分廣泛，它直接影響著生產(chǎn)經(jīng)營和產(chǎn)品質(zhì)量。 1.5 本章小結(jié) 本章簡單介紹了國內(nèi)外有關(guān)計量配料行業(yè)技術(shù)的歷史和發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)目前工業(yè)生產(chǎn)過程中對定量配料控制系統(tǒng)的要求明確了具體的設(shè)計目標(biāo)和實現(xiàn)方案，并總結(jié)了定量配料控制系統(tǒng)在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中的一些實際應(yīng)用。 第二章 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1引言 配料是冶金、建材、化工等行業(yè)的典型生產(chǎn)工藝，近年來，采用電子皮帶秤配料方式的配料系統(tǒng)依然盛行，主要是該配料方式具有計量準(zhǔn)確、維護(hù)簡便的優(yōu)點。而LPC2131是一個基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARMTTDMI

22、-STM CPU的微控制器，并帶有32KB的嵌入的高速Flash存儲器，它不但處理速度快，而且損耗也很低。本文所設(shè)計的配料系統(tǒng)是一種基于常用的皮帶秤式稱重裝置，它的上料與下料過程均由ARM進(jìn)行控制，成本低、精度高。 2.2系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) 研究目標(biāo)：盡量減小配料誤差，保證配料精度，把時下流行的ARM控制技術(shù)和先進(jìn)的配料工藝完美結(jié)合, 實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和管理科學(xué)化。 具備以下幾個功能： 　 1.具有實時監(jiān)控自動連續(xù)生產(chǎn)的功能，具有實時數(shù)據(jù)采集、查詢等功能。 2.每種物料在配料過程中一般有給料、稱量、卸料、報警等動作。針對以上工藝要求和系統(tǒng)功能要求開發(fā)了能滿足要求的配料控制器。 2.3系統(tǒng)

23、總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計思想 此系統(tǒng)可分為設(shè)備系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分。 設(shè)備系統(tǒng)：主要包括一個裝料倉、一臺下料電磁振動給料機、皮帶傳動裝置等3個部分。根據(jù)不同物料的要求，可以配置不同的給料裝置。粉料如水泥等可以選擇螺旋給料裝置，砂和石子可以采用料門給料裝置，而水等液料則采用電磁閥給料裝置，物料送到稱重顯示控制器。開始稱量時，啟動給料裝置，打開給振斗，物料即從料倉下落到皮帶上。當(dāng)傳感器檢測到的物料實際重量滿足實際要求時，就可保持原樣下料，反之則多減少補。 控制系統(tǒng)：如圖2. 1所示，主要包括稱重傳感器、信號放大器、輸入輸出接口、ARM控制器、可控硅、鍵盤和LED顯示部分。

24、圖2. 1 控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 2.4系統(tǒng)各模塊方案論證 2.4.1 控制模塊—PID控制 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能 控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機構(gòu)

25、是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破?PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制，而可編程控制器

26、(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn) PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 1、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被

27、控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系 統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負(fù)反饋 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系 統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)

28、是指將一個階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個字 來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控 制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時間來定量描述。 4、PID控制的原理和特點 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PI

29、D控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。比例（P）控制：一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信

30、號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制：控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無

31、穩(wěn) 態(tài)誤差。微分（D）控制：控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)

32、。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 5、PID控制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)

33、的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng) 曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實際運行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。 因配料系統(tǒng)需要增減少補，故本設(shè)計采用閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行差值比較、反饋、補償。 2.

34、4.2 采樣模塊—A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字信號，即將模擬量轉(zhuǎn)換成與其成比例的數(shù)字量。一個完整的 AD 轉(zhuǎn)換過程，必須包括采樣、保持、量化、編碼四部分電路。在具體實施時，常把這四個步驟合并進(jìn)行。例如，采樣和保持是利用同一電路連續(xù)完成的。量化和編碼是在轉(zhuǎn)換過程中同步實現(xiàn)的，而且所用的時間又是保持的一部分。 1、采樣定理 如圖2. 2是某一輸入模擬信號經(jīng)采樣后得出的波形。為了保證能從采樣信號中將原信號恢復(fù)，必須滿足條件 (2-1)

35、 其中f s為采樣頻率，f i(max) 為信號 u i 中最高次諧波分量的頻率。這一關(guān)系稱為采樣定理 。 AD 轉(zhuǎn)換器工作時的采樣頻率必須大于等于式（2-1）所規(guī)定的頻率。采樣頻率越高，留給每次進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時間就越短，這就要求 AD 轉(zhuǎn)換電路必須具有更高的工作速度。因此，采樣頻率通常取fs=(3-5)fi(max) 已能滿足要求。 圖2. 2 采樣波形 2、采樣保持電路 圖2. 3所示的是一個實際的采樣保持電路 ，圖中 A 1 、 A 2 是兩個運算放大器， S 是模擬開關(guān)， L 是控制 S 狀態(tài)的邏輯單元電路。采樣時令 u L =1 ， S

36、 隨之閉合。 A 1 、 A 2 接成單位增益的電壓跟隨器，故uo=uo=u i。同時uo通過 R 2 對外接電容 C h 充電，使 u ch =u i 。因電壓跟隨器的輸出電阻十分小，故對 C h 充電很快結(jié)束。當(dāng) u L =0 時，S斷開，采樣結(jié)束，由于u ch 無放電通路，其上電壓值 基本不變，故使 u o 得以將采樣所得結(jié)果保持下來。 圖中還有一個由二極管 D 1 、 D 2 組成的保護(hù)電路。在沒有 D 1 和 D 2 的情況下，如果在 S 再次接通以前 u i 變化了，則uo的變化可能很大，以致于使 A 1 的輸出進(jìn)入非線性區(qū)，uo與u i不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路有

37、可能承受過高的電壓。接入 D 1 和 D 2 以后，當(dāng)uo比uo所保持的電壓高出一個二極管的正向壓降時， D 1 將導(dǎo)通，uo被鉗位于u i+ U D1 。這里的 U D1 表示二極管 D 1 的正向?qū)▔航怠．?dāng)uo比uo低一個二極管的壓降時，將uo鉗位于u i- U D2 。在 S 接通的情況下，因為uouo，所以 D 1 和 D 2 都不導(dǎo)通，保護(hù)電路不起作用。 圖2. 3 采樣保持電路 3、量化與編碼 為了使采樣得到的離散的模擬量與 n 位二進(jìn)制碼的2n 個數(shù)字量一一對應(yīng)，還必須將采樣后離散的模擬量歸并到2n個離散電平中的某一個電平上，這樣的一個過程稱之為

38、量化 。 量化后的值再按數(shù)制要求進(jìn)行 編碼 ，以作為轉(zhuǎn)換完成后輸出的數(shù)字代碼。量化和編碼是所有 AD 轉(zhuǎn)換器不可缺少的核心部分之一。 數(shù)字信號具有在時間上離散和幅度上斷續(xù)變化的特點。這就是說，在進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換時，任何一個被采樣的模擬量只能表示成某個規(guī)定最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，所取的最小數(shù)量單位叫做 量化單位 ，用△表示。若數(shù)字信號最低有效位用 LSB 表示， 1LSB 所代表的數(shù)量大小就等于△，即模擬量量化后的一個最小分度值。把量化的結(jié)果用二進(jìn)制碼，或是其他數(shù)制的代碼表示出來，稱為編碼 。這些代碼就是 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定是△的整數(shù)倍

39、，在數(shù)值上只能取接近的整數(shù)倍，因而量化過程不可避免地會引入誤差。這種誤差稱為 量化誤差 。 4、A/D 轉(zhuǎn)換器的分類 按轉(zhuǎn)換過程，AD 轉(zhuǎn)換器可大致分為直接型 AD 轉(zhuǎn)換器和間接 AD 轉(zhuǎn)換器。直接型 AD 轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量。常用的電路有并行比較型和反饋比較型兩種。 間接 AD 轉(zhuǎn)換器是把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個中間變量，例如時間 T 或頻率 F ，然后再對中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 AD 轉(zhuǎn)換器的大致分類如圖2. 4所示。 圖2. 4 轉(zhuǎn)換器 5、 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換時間 l

40、 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度 在單片 AD 轉(zhuǎn)換器中，也用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率是指引起輸出二進(jìn)制數(shù)字量最低有效位變動一個數(shù)碼時，輸入模擬量的最小變化量。小于此最小變化量的輸入模擬電壓，將不會引起輸出數(shù)字量的變化。也就是說， AD 轉(zhuǎn)換器的分辨率，實際上反映了它對輸入模擬量微小變化的分辨能力。顯然，它與輸出的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)有關(guān)，輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)越多，分辨率越小，分辨能力越高。但超出了 AD 轉(zhuǎn)換器分辨率的極限值，再增加位數(shù)，也不會提高分辨率。 轉(zhuǎn)換誤差通常以相對誤差的形式給出，它表示 AD 轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理想輸出的數(shù)字量之間的差別，并用最低有效位

41、 LSB 的倍數(shù)來表示。 l 轉(zhuǎn)換時間 表示完成一次從模擬量到數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換所需要的時間，它反映了 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。例如，逐次比較型的 AD0801 ～ 0803 、 0808 ～ 0809 的轉(zhuǎn)換時間為 100μs ； AD571 為 25μs ； AD574 為 35μs ； AD578 為 μs 。雙積分 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間一般在幾十至一、二百毫秒。 6、本系統(tǒng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇 根據(jù)以上各項指標(biāo)和本系統(tǒng)實際需求，可選擇主芯片ARM7上自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器，直接把輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為實際所需的數(shù)字信號。 2.4.3 檢測模塊—稱重傳感器 準(zhǔn)確度

42、、穩(wěn)定性和可靠性是稱重傳感器的重要質(zhì)量指標(biāo)，是廣大用戶最關(guān)心的三大問題，同時也是我國稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比較的主要差距。其中穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，沒有穩(wěn)定性談何稱量準(zhǔn)確度和工作可靠性。在稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評價方法上，新舊國標(biāo)有質(zhì)的差異。傳統(tǒng)概念上，負(fù)荷傳感器是稱重傳感器、測力傳感器的統(tǒng)稱，用單項參數(shù)評價它的計量特性。舊國標(biāo)將應(yīng)用對象和使用環(huán)境條件完全不同的“稱重”和“測力”兩種傳感器合二為一來考慮，對試驗和評價方法未給予區(qū)分。舊國標(biāo)共有21項指標(biāo)，均在常溫下進(jìn)行試驗；并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項指標(biāo)中的最大誤差，來確

43、定稱重傳感器準(zhǔn)確度等級，分別用0.02、0.03、0.05......1.0表示。 衡器上使用的一種力傳感器。它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計量的輸出信號。考慮到不同使用地點的重力加速度和空氣浮力對轉(zhuǎn)換的影響，稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點溫度特性和靈敏度溫度特性等。在各種衡器和質(zhì)量計量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準(zhǔn)確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱重傳感器。國際法制計量組織(OIML)規(guī)定，傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70％，稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范

44、圍內(nèi)由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ。這就允許制造廠對構(gòu)成計量總誤差的各個分量進(jìn)行調(diào)整，從而獲得期望的準(zhǔn)確度。 稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類，以電阻應(yīng)變式使用最廣。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理：電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理，彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號

45、的過程。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。 1、電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。 設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R： R=ρL/S（Ω）（2-4） 當(dāng)他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長ΔL，其橫

46、截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。 對式（2-4）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有： ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2 （2-5） 用式（2-4）去除式（2-5）得到 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S （2-6

47、） 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S=πr2，則Δs=2πr*Δr，所以 ΔS/S=2Δr/r （2-7） 從材料力學(xué)我們知道: Δr/r=-μΔL/L （2-8） 其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（2-7）（2-8）代入（2-6），有 ΔR/R=Δρ/ρ+Δ

48、L/L+2μΔL/L =（1+2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L =K*ΔL/L （2-9） 其中 K=1+2μ+（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （2-10） 式（2-9）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。 需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)

49、決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。 在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（2-9）常寫作： ΔR/R=Kε (2-11) 2、彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)

50、生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。 ε=（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3） （2-12）

51、其中：Q--截面上的剪力；E--揚氏模量：μ—泊松系數(shù)；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。 需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。 3、檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 其具體原理如下： 惠斯登電橋原理圖1中，接通電源，調(diào)節(jié)電橋平衡，即調(diào)節(jié)電橋四個“臂”R1、R2、R3、Rx，當(dāng)檢流計G的指針指零，B、D兩點電位相等，則有

52、 式稱為比率k。箱式惠斯登電橋的比率K有0.001，0.01，0.1，1, 10，100， 1000七檔。根據(jù)待測電阻Rx大小選擇K，調(diào)節(jié)R3使檢流計G為零， 由Rx = KR3 求出待測電阻Rx值。 電流計G 的 B、D兩點電位 由上式看出，當(dāng)R1R3 = R2Rx時，電流計G 的 B、D兩點電位差Uo=0，電橋處于平衡，這就是惠斯登電橋。 因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

53、 綜上所述，由于全橋式等臂電橋靈敏度很高，而且抗干擾能力很強，結(jié)合本系統(tǒng)的實際情況和運行所需，本系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式全橋電路來檢測皮帶上的重量信號。 2.4.4 調(diào)節(jié)模塊—可控硅（SCR） 符號簡化與實物如圖2. 5所示： 圖2. 5 符號簡化與實物圖 圖2. 6 可控硅等效模型、電路 可控硅是可控硅整流元件的簡稱,如圖2. 6所示，是一種具有三個PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由兩晶體管反向連接而成

54、.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。 晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。 從晶閘管的內(nèi)部分析工作過程： 晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個P

55、N結(jié)，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管。 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足

56、夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反饋過程迅速進(jìn)行。這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。 在晶閘管導(dǎo)通后，即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。 在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。 綜上所述，本系統(tǒng)所用可控硅選擇常用的S1612NH。 2.4.5 主控模塊—LPC213X L

57、PC2131/2132/2134/2136/2138微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。 較小的封裝和很低的功耗使LPC2131/2132/2134/2136/2138特別適用于訪問控制和POS機等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內(nèi)SRAM，

58、它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語音識別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能。多個32位定時器、1個或2個10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。其特性如下： l 16/32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP64封裝。 l 8/16/32kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32/64/128/256/512kB的片內(nèi)Flash程序存儲器， 128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達(dá)60MHz工作頻率。 l 通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)

59、編程/在應(yīng)用編程(ISP/IAP)。單個Flash扇區(qū)或整片擦除時間為400ms。256字節(jié)行編程時間為1ms。 l EmbeddedICE RT和嵌入式跟蹤接口通過片內(nèi)RealMonitor軟件對代碼進(jìn)行實時調(diào)試和高速跟蹤。 l 1個(LPC2131/32)或2個(LPC2134/36/38)8路10位的A/D轉(zhuǎn)換器，共提供16路模擬輸入，每個通道的轉(zhuǎn)換時間低至2.44us。 l 1個10位的D/A轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸出。 l 2個32位定時器/外部事件計數(shù)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、PWM單元(6路輸出)和看門狗。 l 低功耗實時時鐘具有獨立的電源和特定的32kHz時鐘

60、輸入。 l 向量中斷控制器?？膳渲脙?yōu)先級和向量地址。 l 小型的LQFP64封裝上包含多達(dá)47個通用I/O口(可承受5V電壓)。 l 多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。 l 通過片內(nèi)PLL(100us的設(shè)置時間)可實現(xiàn)最大為60MHz的 CPU操作頻率。 l 片內(nèi)集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為1～30 MHz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達(dá)50MHz。 l 多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個高速I2C總線（400kbit/s）、 SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的SSP。 l 低功耗模式：空閑和掉電。 l 可通過個別使能/禁止外部

61、功能和外圍時鐘分頻來優(yōu)化功耗。 l 通過外部中斷或BOD將處理器從掉電模式中喚醒。 l 單電源，具有上電復(fù)位(POR)和掉電檢測(BOD)電路，CPU操作電壓范圍：3.0~3.6V (3.3V10%)，I/O口可承受5V的電壓。 本系統(tǒng)設(shè)計采用廣州周立功單片機有限公司的LPC2131微處理器，它不但性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)獲取、存儲、傳輸精確，而且功能強大，有強大的拓展空間，便于系統(tǒng)的拓展與功能升級，而沒有選擇單片機。 2.5本章小結(jié) 本章首先介紹了配料系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)：精確、高效、實時監(jiān)控、自動化程度高。而實際稱量配料系統(tǒng)中，高效和精確往往是相互矛盾的。一般配料系統(tǒng)對稱量配料

62、過程的生產(chǎn)率都有規(guī)定，在給定的生產(chǎn)率前提下，使配料精度達(dá)到要求即可。在隨后的章節(jié)中，不但全面闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計思路和方案，而且詳細(xì)論證了本系統(tǒng)各個模塊的參數(shù)要求，結(jié)合系統(tǒng)實際需求和現(xiàn)有條件，最終通過比較得出最佳實施方案。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 系統(tǒng)電路總體設(shè)計 整個系統(tǒng)以LPC2131微控制器為核心，對皮帶料重，過零點等參數(shù)進(jìn)行檢測，經(jīng)運算比較，控制可控硅觸發(fā)等相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 整個電路系統(tǒng)主要包括以下幾個部分： 過零檢測電路：檢查交流電的過零點，以觸發(fā)主控芯片的外中斷，從而根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)每次下料量。 可控硅

63、觸發(fā)控制電路：根據(jù)上次下料量的大小調(diào)整其導(dǎo)通角，以改變電路中的電流，從而調(diào)整振動以調(diào)整本次下料量，最終達(dá)到控制作用。 前置放大電路：對A/D采樣信號進(jìn)行濾波、放大處理后以便于A/D采樣。 鍵盤顯示電路：實時監(jiān)控電路運行狀態(tài)，根據(jù)具體情況進(jìn)行電路參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整。 主要硬件配置如圖3. 1所示。 圖3. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 3.2 主控芯片的選擇及簡介 作為配料系統(tǒng)核心部件的主控芯片，不但要求其損耗低、抗干擾能力強、易于操作、價格適中，而且必須具有執(zhí)行速度快、通用性強等特點。 目前應(yīng)用在底層控制系統(tǒng)的微控制器主要有數(shù)字信號處理器DSP和8位，16位單片機兩種類型，單片機主要

64、使用8位，16位處理器，硬件技術(shù)比較成熟，軟件編程相對簡單。但數(shù)據(jù)處理能力不強，需要借助外加器件例如計數(shù)器，PID調(diào)節(jié)器或PiVM產(chǎn)生器等，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強，系統(tǒng)控制板的結(jié)構(gòu)尺寸也會很大。DSP具有數(shù)據(jù)處理能力強、速度快等優(yōu)點，且其體積較小，有利于電路板布局，但是DSP在中斷處理、位處理或邏輯操作方面不如單片機，且其資料相對不多，芯片價格和相應(yīng)的開發(fā)套件昂貴，專用性比較強，通用性比較弱。 與DSP具有同等性能的ARM微處理資源豐富，具有很好的通用性，以其高速度，高性能、低價格、低功耗，可以廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。ARM本身是32位處理器，但是集成了16位的Thumb指令集，這使得ARM可以代替

65、16位的處理器例如80C51系列單片機使用，同時具有32位處理器的速度。ARM嵌入式系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能，良好的移植性，廣泛應(yīng)用與各個行業(yè)?？梢哉f，用單片機和DSP實現(xiàn)的系統(tǒng)，ARM都可以實現(xiàn)。ARM集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)資源，利用自身資源不必增加外圍器件就可實現(xiàn)控制要求的功能，同時使得控制板的結(jié)構(gòu)尺寸可以做得更小。另外，利用ARM處理器設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)還具有非常好的移植性，能夠使得技術(shù)真正用于生產(chǎn)生活，這是其他型處理器所不具備的特點。 ARM (Advanced RISC Machines )，既可以認(rèn)為是一個公司的名稱，也可以認(rèn)為是對一類處理器的通稱。1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要

66、出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)(IP)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費類電子、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。 ARM公司自1990年正式成立以來，在32位RISC( ReducedIn structionS etC omputer)CPU開發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)己經(jīng)從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來，一直以IP(Intelligence Property)核提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識產(chǎn)權(quán)，而自己并不介入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有75%以上的32位RISC嵌入式產(chǎn)品市場，在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場領(lǐng)導(dǎo)地位?，F(xiàn)在設(shè)計、生產(chǎn)ARM芯片的國際大公司已經(jīng)超過50多家，國內(nèi)多家大公司也己經(jīng)購買ARM公司的芯核用于通信專用芯片的設(shè)計。在所有ARM微處理器系列中，ARM7TDMI微處理器系列所應(yīng)用的范圍最廣，采用ARM7TD