摘要：本文介紹了一種新型自動配料儀，其能夠解決配料儀器不能一機多用的問題。該配料儀是基于單片機的設計，通過軟件和硬件的緊密結合，使配料儀能適配不同種類傳感器和應用于不同行業。且該配料儀還具有配料可預置、自動去皮、配料顯示、配方存儲、斷電保護等功能，使其達到高精度和通用性的目的。 關鍵詞：單片機；自動配料儀；信號采集；傳感器 Abstract: The paper introduces the development of automatic dosage apparatus, the dosage apparatus which is based on single chip microcomputer could settle the problem of currency. Through the combination of software and hardware, the automatic dosage apparatus could dispose all kinds of signal which come from different type sensor and field. And it has the function of initialize, automatic flay, display dosage, store dosage, power failure protection, and so on. Keywords: single chip microcomputer; automatic dosage apparatus; signal gathering; sensor 1.概述 當前針對某一行業，配料儀器所用傳感器種類、量程基本固定，配料的種類數基本固定，因此，目前的配料儀產品使用場合單一，針對不同行業，要設計出不同的配料儀，使大批量生產難于實現，這就使得資源的利用率不高，產品生產成本過高。因此，能夠開發出可適配多種不同類型的傳感器，具有智能去皮、精確配料、配料種類數由操作人員選擇的新型配料儀，具有廣泛的應用價值。本設計就是以基于單片機為核心，設計出能適配不同種類傳感器和應用于不同行業的通用型自動配料儀。 2.系統設計方案 目前傳感器技術已相當成熟，傳感器的輸出電壓信號已較為標準化。但是，不同的傳感器輸出的電壓信號仍然是有差別的，針對這種情況，在輸入信號初期處理上，對于不同的電壓信號，需要放大的倍數是不同的，在設計中采用放大倍數可調的放大器可方便解決這個難題。 在控制電路的設計上，可依據配料種類數最多的那個行業進行設計。例如，在飼料行業，配料種類數一般為8種，在建筑行業，配料種類數一般為2～3種，在其他行業，如冶金、化工等行業，配料種類數一般都少于8種。因此，在設計硬件時，以8種配料為基準。也就是說，配料儀可以配料種類數不超過8種，具體應用于哪個行業時，再根據實際情況進行選擇，具體用軟件方法實現。 自動配料儀結構如圖1所示： 傳感器送過來的電信號經過相應的調理電路進行調理，使之成為適合A/D轉換的0～10V的模擬電壓信號，該電壓信號經A/D轉換后，由A/D轉換器輸出端輸出數字信號至單片機；單片機對數字信號進行處理，形成各種控制信號，以控制整個配料過程。 在電路中還設有數據存儲器、鍵盤、顯示電路，通信及打印接口電路。在使用配料儀之前，可以將不同的配方通過鍵盤輸入控制器，這些數據將被保存在數據存儲器內，在使用時，只要通過鍵盤操作調出相應的配方，按下確認鍵，配料儀就會自動完成配料，通過數碼管隨時監視配料進行情況。此外，也可以有操作人員來確定配料種類數和每種料的量，只要按照操作程序由鍵盤輸入相應數據就可實現，輸入的配方可直接儲存到控制器，下次使用時，只需選擇該配方就可直接調用，操作相當簡單[4]。 3.硬件電路設計 3.1 信號采集電路設計 計量秤是自動配料系統的重要組成部分。使用精度高、性能穩定的力傳感器是計量秤的關鍵，力傳感器通常以應變片為敏感元件。傳感器傳送的信號采用4051模擬開關輸入。在放大電路的設計上，選用單端輸入的差分式測量放大電路。 要設計出一種通用的自動配料儀，在對輸入信號進行處理的時候應考慮到傳感器變化，放大倍數也要根據不同的場合而變化，因此可將R變為可調諧放大倍數的可調電阻，用多路開關選擇加入不同的電阻，從而改變其放大倍數，達到一定的通用性。在放大電路圖2中AD7501組成了可調諧電阻R，當多路開關的選通信號不同時，R的阻值就不一樣，放大器的放大倍數就會變化。但是，在實際應用中，由于各種原因，使得輸入信號對放大倍數的要求很復雜，因此就要求R的阻值既要可變，又要可調。為滿足使用要求，在R內部串聯一個電位器，在控制器出廠前，由工作人員通過實驗的方法調整電位器，使放大器放大倍數精確滿足放大要求。 3.2 A/D轉換電路設計及復位電路 AD574A與8051單片機硬件接口電路如圖3所示。 AD574A片內已有時鐘，故無需外加時鐘信號。該電路采用單極性輸入方式，可對0～10V和0～20V模擬信號進行轉換。當AD574A與89C51配置時，由于AD574A輸出12位數碼，因此單片機讀取轉換結果時，需分兩次進行：先高8位、后低4位。由A0=0或A0=1來分別控制讀取高8位或低4位[1]。 單片機可以采用中斷、查詢、延時方式讀取AD574A轉換后的數據，設計中單片機采用延時方式，在編寫程序時用延時語句來獲得一段時間，使AD574A有足夠的時間完成A/D轉換。 復位電路是保證單片機系統可靠工作的關鍵電路，在這里我們使用了專用看門狗集成芯片X25045，該芯片內部有振蕩器、計數器、微分電路等組成。定時時間可以從200毫秒到2秒，同時該芯片內部還有512字節的E2PROM，用于保存系統的參數，在系統中設置定時時間要根據程序的運行周期來確定。 3.3鍵盤及顯示電路設計 本設計中鍵盤顯示電路選用芯片zlg7289A。zlg7289A是廣州周立功單片機發展有限公司自行設計的，具有SPI串行接口功能的可同時驅動8位共陰式數碼管（或64只獨立LED）的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。配合相應的鍵盤顯示子程序，即可實現配料儀8位紅色LED顯示及包含有數字鍵和功能鍵在內的15個按鍵正常工作。 4.軟件系統設計 單片機應用系統軟件開發，常常要用到一些程序設計技巧。 ⑴ 模塊化設計方法 模塊化程序設計方法是把一個功能完整的較長的程序分解為若干個功能相對獨立的較小的程序模塊，各個程序模塊分別進行設計，編制程序和調試，最后把調試好的程序模塊連成一個大的程序。 ⑵ 自頂向下的程序設計方法 先從主程序開始設計，各輸出的終端程序和子程序用符號來代替。主程序編好后再編制各輸出的終端程序和子程序，最后完成整個系統軟件的設計。調試也是按這個次序進行的。 ⑶自下向上的程序設計方法 先了解適合系統中用到的各個芯片的編程方法，并編好設置和使用各個芯片的子程序模塊，然后再編寫主程序，而主程序往往是由調用各個字模塊的子程序來完成整個系統的功能。 自動配料系統在軟件設計中采用模塊化程序設計技術，根據系統的功能，分成若干個功能相對獨立的模塊，包括串行通信模塊、顯示模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊和配料控制模塊等。 主程序主要完成數據采集、配料控制、數值顯示等功能。開機后首先初始化子程序，包括設置中斷入口、RAM區自檢、各標志位設置等，然后顯示儀表型號，接著進入主測量程序，并同時進行繼電器控制。此時，按功能鍵可進入按鍵散轉子程序，根據鍵值進行按鍵功能選擇，可選擇控制值設定、參數標定等。主程序流程如圖6所示。 5.抗干擾措施 一般來說，干擾主要是外界電磁場、接地線不合理和整流電源的交流紋波等原因造成的，即當放大電路輸入端輸入信號電壓Vi=0時，使輸出端可能出現交流干擾電壓[3]。 對于雜散電磁場的干擾，可采取合理布局和屏蔽的抑制措施。 將各級的共同端都直接接到直流電源負的共地點，則可克由于接地點安排不正確而引起的干擾服。 對于直流電源電壓波動引起的干擾，可采用穩壓電源供電，并在穩壓電源的輸入和輸出端加一足夠大的電解電容或鉭電容的濾波電路。對于運算放大器，為防止直流電源的干擾，可在電源引腳和地之間加一鉭電容防止低頻干擾，加一獨石電容防止高頻干擾。 對于交流電網負載突變產生的高頻干擾。可以采取以下措施加以抑制：⑴ 穩壓電源中電源變壓器原副邊之間加屏蔽層，同時屏蔽層要很好接地；⑵ 在穩壓電源交流進線處加濾波電路濾去高頻干擾；⑶ 采用“浮地”，即交流地線與直流地線分開，而且只有交流地線接大地。 在進行數據處理之前，一般先要對采樣數據進行濾波以消除或減弱被測信號中的噪聲干擾。本設計中采用的是平均值濾波，用純軟件的方法來排除噪聲干擾，可靈活修改濾波參數。 5.結束語 新型自動配料儀的開發，能使其適合不同種類傳感器，能用于不同行業，解決了目前配料儀不能一機多用的問題。該通用型配料儀結構簡單，功能靈活，便于維護，并且具有良好的抗干擾能力，有利于提高系統的可靠性和性價比，具有明顯的應用推廣價值。 參考文獻 [1] 宋定華.單片機原理及接口實驗[M].北京：清華大學出版社，2002.11. [2] 欒桂冬.傳感器及其應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.1. [3] 盧文科.電子檢測技術[M].北京：國防工業出版社，2002. [4] 何瑞，賈磊.基于PLC控制的自動配料系統研究與應用[J].微計算機信息，2007，（23）86～87. 作者簡介：周曉慧（1980-），女（漢族），陜西科技大學電氣與信息工程學院助教，碩士，主要從事電氣傳動的研究。 聯系方式：手機：13689292009 郵箱：西安市未央大學園區陜西科技大學電氣與信息工程學院 郵編：710021 E-mail: zhouxiaohui@sust.edu.cn