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1.引言
稱(chēng)重實(shí)質(zhì)上是獲取被測(cè)質(zhì)量信息的方法。近年來(lái),隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展,對(duì)稱(chēng)重儀表的數(shù)字化要求越來(lái)越高，然而當(dāng)前稱(chēng)重儀表由于數(shù)字電路和模擬技術(shù)的發(fā)展水平較低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且操作繁瑣，在市場(chǎng)的應(yīng)用也顯得尤為滯后，所以為了滿(mǎn)足當(dāng)前市場(chǎng)的實(shí)際需求.本設(shè)計(jì)利用新技術(shù)以STC89C52單片機(jī)為:t體.結(jié)合稱(chēng)重傳感.微計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊.防護(hù)密封等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了稱(chēng)重系統(tǒng)的操作自動(dòng)化、白診斷與IT測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)對(duì)話(huà)等功能。
2.系統(tǒng)自校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集電路與算法
稱(chēng)車(chē)數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)的合理性是保證整個(gè)稱(chēng)重系統(tǒng)精度、靈敏度以及可靠性的關(guān)鍵'一本系統(tǒng)針對(duì)數(shù)據(jù)釆樣率、分辨率、數(shù)字信號(hào)處理速度、抗干擾能力等許多技術(shù)指標(biāo)的精心設(shè)計(jì)，采集電路主要由等臂全橋差動(dòng)電阻電路、三運(yùn)放儀表放大電路以及MAXI11A/D轉(zhuǎn)換芯片等幾部分組成，如圖1所示。

在圖1電路中，由于等臂全橋差動(dòng)電阻電路具有線(xiàn)性關(guān)系,則其輸出電壓U^U罕-，根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏度K=響-，則稱(chēng)重傳感器輸出電壓U砰KeU,(e為電阻應(yīng)變片的縱向應(yīng)變)。又因?yàn)?，?duì)于相同材質(zhì)的電阻應(yīng)變片經(jīng)過(guò)伸縮后，有b牛，詈=半，即等臂全橋差動(dòng)電路組成的稱(chēng)重傳感器輸出電壓
Uk*KU    (1)
K為彖重傳感器的靈敏度,G為稱(chēng)重傳感器的滿(mǎn)量程值,U為傳感器工作電床,Gx為被測(cè)重量值。
由于稱(chēng)重傳感器的輸出電壓與三運(yùn)放儀表放大器的反相和同相輸人端相連接，并且本設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)定電阻R：=R”R3=R4,R鏟凡,使三運(yùn)放儀表放大器在結(jié)構(gòu)上具有對(duì)稱(chēng)性。
3.系統(tǒng)硬件選用分析與工作原理
3.1硬件選用與分析
本設(shè)計(jì)采用STC89系列單片機(jī)89C52RC實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重系統(tǒng)的數(shù)字存儲(chǔ)、運(yùn)算以及邏輯判斷等功能，它不僅接受MAX111A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,而且輸出重量顯示數(shù)據(jù)并進(jìn)行報(bào)警等自動(dòng)控制.所以它是整個(gè)數(shù)字化稱(chēng)重儀表的核心部件。設(shè)計(jì)系統(tǒng)為r消除共模輸入電斥、溫漂和時(shí)漂以及系統(tǒng)本身的非線(xiàn)性等帶來(lái)的系統(tǒng)誤差.充分利用了等臂全橋差動(dòng)電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)量響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定可靠、靈敏度高、線(xiàn)性度好等特點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)三運(yùn)放儀表放大器的對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)以及MAX111轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)功能，在很大程度上提高了稱(chēng)車(chē)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度與靈敏度.另外,為了便于工作人員能及時(shí)對(duì)稱(chēng)車(chē)系統(tǒng)實(shí)施整體控制，設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用液品顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和聲光報(bào)警裝置進(jìn)行超載報(bào)警，充分發(fā)揮r液晶顯示器匸作電壓低、功耗小、分辨率高等特性和聲光報(bào)警裝置對(duì)稱(chēng)重儀表的良好保護(hù)性能。
32系統(tǒng)丁作原理
在硬件設(shè)it中，根據(jù)稱(chēng)重系統(tǒng)的規(guī)模大小、控制功能及復(fù)雜程度、實(shí)時(shí)響應(yīng)速度等指標(biāo)，硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)上要由等臂全橋差動(dòng)電路組成的電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器,三運(yùn)放儀表放大器、MAX111A/D轉(zhuǎn)換器、STC89C52單片機(jī)、4x4矩陣鍵盤(pán)、串行液晶顯示器、聲光報(bào)警器等幾部分組成，稱(chēng)重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖
系統(tǒng)工作原理為載荷作用在工作電源激勵(lì)下的電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器上，經(jīng)稱(chēng)重傳感器檢測(cè)變換為與質(zhì)量成比例的電信號(hào)，該信號(hào)首先經(jīng)三運(yùn)放儀表放大器放大，然后通過(guò)MAXI11A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后進(jìn)入STC89C52單片機(jī)，由單片機(jī)軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，同時(shí)將處理后的稱(chēng)鼠數(shù)據(jù)送至液晶顯示單元進(jìn)行顯示。在稱(chēng)重過(guò)程中一旦遇到超載等故障,由單片機(jī)軟件自動(dòng)判斷故障，并進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警處理。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在實(shí)際稱(chēng)重控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，還與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的,系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是基于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想,采用模塊化設(shè)計(jì).對(duì)系統(tǒng)每個(gè)子程序模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試,從而滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)稱(chēng)重和數(shù)據(jù)處理的要求。另外，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用C51語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程,因?yàn)樗欠N結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，具有代碼效率高、可移植性強(qiáng)、庫(kù)函數(shù)豐富、可直接操作硬件資源和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)程序主要由主程序、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)采集程序、鍵盤(pán)處理程序、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理程序、比較與超載報(bào)警程序、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)顯示程序等幾部分組成，稱(chēng)重系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖3所示。
（1）主程序主要完成稱(chēng)重系統(tǒng)的初始化、初始化自診斷、顯示及鍵盤(pán)掃描等功能。
（2）稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)采集程序主要完成對(duì)稱(chēng)重傳感器信號(hào)的釆集、放大以及A/D轉(zhuǎn)換等功能。
（3）稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理程序主要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,最終得到被測(cè)物的真實(shí)重量值（由微處理器完成）。
（4）鍵盤(pán)處理程序主要完成鍵盤(pán)信號(hào)的輸入、重量參數(shù)設(shè)定、重量數(shù)據(jù)核定等功能C。
（5）比較與超載報(bào)警程序主要對(duì)被測(cè)物的真實(shí)重量與系統(tǒng)設(shè)定的最大重量值進(jìn)行比較，對(duì)超載重量數(shù)據(jù)進(jìn)行聲光報(bào)警。
（6）稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)顯示程序主要完成對(duì)被測(cè)物重量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，便于工作人員能及時(shí)對(duì)稱(chēng)重系統(tǒng)實(shí)施整體控制。
5.結(jié)論
研制與開(kāi)發(fā)一臺(tái)在性能上實(shí)現(xiàn)高速率、高靈敏度、高準(zhǔn)確性、高可靠性的綜合性稱(chēng)重儀表是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)在稱(chēng)8:上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱(chēng)量、在線(xiàn)稱(chēng)量、綜合稱(chēng)量等功能，在數(shù)據(jù)處理上實(shí)現(xiàn)了系不穩(wěn)定的。當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿(mǎn)足h/L=0.281時(shí)，所產(chǎn)生的非對(duì)稱(chēng)漩渦列才能達(dá)到穩(wěn)定,像這樣的漩渦渦列稱(chēng)為卡曼渦列。
由圓柱漩渦發(fā)生體形成的卡曼漩渦,其單列漩渦產(chǎn)生的頻率為
式中一單列漩渦產(chǎn)生的頻率,Hz;
v    流體平均流速,m/s;
d    圓柱直徑,m;
S<_斯特勞哈爾系數(shù)（當(dāng)雷諾數(shù)Re=5x1俱~15x
由上式可知，當(dāng)5近似為常數(shù)時(shí)，漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速成正比，測(cè)得f即可求得體積流量Q。
漩渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。缺點(diǎn)是其中的漩渦頻率檢測(cè)傳感器容易受周?chē)渌裨吹挠绊懀a(chǎn)生誤差。
 

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