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 混凝土配料設(shè)備是混凝土攪拌站的主要組成部分，主要用于混凝土生產(chǎn)中原料的稱(chēng)量，是保證混凝土質(zhì)量的重要前提。由于自動(dòng)化的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有混凝土生產(chǎn)設(shè)備多采用微機(jī)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)可以設(shè)定各種原材料的配比和流量，控制各輸人物料的瞬時(shí)流量，從而達(dá)到控制混凝土質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。同時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、科學(xué)管理、安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段。

    現(xiàn)有混凝土配料控制器采用專(zhuān)用模塊，價(jià)格較高、維修性能差、可擴(kuò)展能力有限、通訊功能弱，因此對(duì)控制器進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)新型配料控制器具有實(shí)際意義。

1控制芯片的選擇

    采用通用控制芯片代替專(zhuān)用芯片，可降低成本、方便控制程序開(kāi)發(fā)。使用AT89C52單片機(jī)自帶大量ROM和RAM的微處理器直接構(gòu)成最小系統(tǒng)，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)、輸入／輸出能力強(qiáng)、無(wú)需附加譯碼電路、所需外部器件較少[1]，同時(shí)具有以下功能：(1)可以和任何總線(xiàn)型單片機(jī)接口，具有良好的通用性；(2)I／O口線(xiàn)可按位任意配置，系統(tǒng)調(diào)試極為方便；(3)具有加密功能；(4)高集成度、高可靠性；(5)可并聯(lián)或級(jí)聯(lián)，擴(kuò)展方便?？梢?jiàn)，最小系統(tǒng)具有良好的通用性、靈活性和可靠性，并且大大減少外圍電路。
 

2信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的選擇

由于混凝土配料設(shè)備的工作環(huán)境惡劣，振動(dòng)、煙塵、電磁、高溫、高濕等對(duì)電路構(gòu)成嚴(yán)重威脅，故采用V/F轉(zhuǎn)換器代替A/D轉(zhuǎn)換器。V/F變換過(guò)程是對(duì)輸入信號(hào)的積分過(guò)程，能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑處理，因而抗干擾能力較強(qiáng)；其次是與微處理器的接口簡(jiǎn)單，頻率信號(hào)輸入靈活，只占用一根接口線(xiàn)，便于與接口進(jìn)行光電隔離，進(jìn)一步提高了抗干擾能力和可靠性。
 

V/F轉(zhuǎn)換芯片有LM331、LM231、AD654、AD650、TC9400、VFQ -1C、ADVFC32等多種類(lèi)型，其中性?xún)r(jià)比較高的有LM231、AD654兩種。

    通過(guò)對(duì)比可以看出，AD654具有功耗小、輸出頻率范圍大、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)圖2和圖3對(duì)比可知，AD654外圍電路較為簡(jiǎn)單，因此采用AD654作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

3控制電路的設(shè)計(jì)

    控制電路除控制芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外還需要一些外圍電路的支持，如鍵盤(pán)掃描電路、顯示電路、接口電路、光電耦合電路、復(fù)位電路等。
 

傳感器的信號(hào)通過(guò)調(diào)理電路能得到0～1V輸出電壓，從而滿(mǎn)足V/F變換電路輸入要求。AD654外圍電路主要有：6、7腳接人1000pF電容，為保證線(xiàn)性度，減少介電吸收和溫度系數(shù)，應(yīng)采用聚苯乙烯、聚丙烯或特氟綸等材料的電容；3、4腳各接1kΩ電阻，為了使輸入信號(hào)可調(diào)，3腳可采用1個(gè)精密電阻和1個(gè)可調(diào)電阻；8腳接+5V電壓，1、8腳間接390Ω電阻與光電隔離器件相連；2、5腳接地。
 

通信接口采用USB總線(xiàn)接口芯片CH372，實(shí)現(xiàn)USB口通信。CH372是一個(gè)USB總線(xiàn)的通用設(shè)備接口芯片，完全兼容USB V2.0規(guī)范，具有8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可方便地連接至單片機(jī)。通過(guò)USB與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)控制。CH372外部器件只需晶振和電容，電路簡(jiǎn)單。
  

4控制軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)軟件采用Keli C51軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，針對(duì)匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)采用模塊化編程方法。程序主要包括5個(gè)模塊：主程序模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、通信模塊。

4.1主程序模塊

    該模塊主要控制電路的初始化、各芯片的選擇、系統(tǒng)復(fù)位等。系統(tǒng)的復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位，軟件復(fù)位的主要方法有軟件陷阱、指令冗余、軟件WATCHDOG等。需要注意的是軟件復(fù)位和硬件復(fù)位的區(qū)別，硬件復(fù)位指開(kāi)機(jī)復(fù)位與看門(mén)狗復(fù)位，硬件復(fù)位對(duì)寄存器有影響，如復(fù)位后PC=000H、SP=07H、PSW=00H等，而軟件復(fù)位則對(duì)SP、SPW無(wú)影響。故對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，將SP設(shè)置地址大于07H，或者將PSW的第5位用戶(hù)標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時(shí)只需檢測(cè)PSW..5標(biāo)志位或SP值便可判定是否為硬件復(fù)位。

4.2數(shù)據(jù)處理模塊

    該模塊的主要任務(wù)是將V/F變換形成的脈沖信號(hào)變?yōu)閷?shí)際稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)。AD654經(jīng)過(guò)光電耦合后形成脈沖方波，其頻率要轉(zhuǎn)化為數(shù)值必須通過(guò)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器可以采用單獨(dú)的計(jì)數(shù)芯片如8253可編程計(jì)數(shù)器等，也可以采用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器即單片機(jī)的P3.4或P3.5口。通過(guò)計(jì)數(shù)器，AD654的輸出頻率變成讀數(shù)R_k，微處理器每隔一段時(shí)間Ts讀取一次計(jì)數(shù)值Rk，并同保存于RAM存儲(chǔ)器中的計(jì)數(shù)值R_k-n相減，得到的D_k即為模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果[2]。

4.3通信模塊

    通信模式為USB方式，可以通過(guò)USB口和上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。單片機(jī)通過(guò)8位并口對(duì)CH372芯片進(jìn)行讀寫(xiě)，所有操作均由1個(gè)命令碼、若干個(gè)輸入數(shù)據(jù)和若干個(gè)輸出數(shù)據(jù)組成。CH372芯片占用2個(gè)地址位，當(dāng)A0引腳為高電平時(shí)選擇命令端口，可以寫(xiě)入命令；當(dāng)A0為低電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)端口，可以讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在接收到數(shù)據(jù)或發(fā)送完數(shù)據(jù)后，CH372以中斷方式通知單片機(jī)進(jìn)行處理。

4.4其他模塊

    參數(shù)設(shè)定模塊主要對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)零、設(shè)定系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸入混凝土配比等。顯示模塊用于輸出各種參數(shù)，如配方數(shù)據(jù)、傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)指示、參數(shù)設(shè)定菜單、操作提示等。

5結(jié)束語(yǔ)

    本文介紹了基于通用微控制芯片的混凝土配料控制器的軟硬件設(shè)計(jì)，用AT89C52控制芯片代替專(zhuān)用控制芯片，用電壓一頻率轉(zhuǎn)換代替模擬量一數(shù)字量轉(zhuǎn)換，用USB通信方式代替RS - 232通信方式，使系統(tǒng)電路具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳炳和，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)[M]．北京：北京航空    航天大學(xué)出版社，2001．

[2]模／數(shù)轉(zhuǎn)換器AD654及其在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．集成電路應(yīng)用，2002，(6)：46 - 48

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