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1.前言

本論文針對(duì)電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)采用脈沖計(jì)數(shù)法測(cè)速精度不高，影響了電子皮帶秤的稱(chēng)重精度。在原有電子皮帶秤裝置的基礎(chǔ)上，采用新型ARM，提出了一種基于該測(cè)速方法的高精度測(cè)速技術(shù)研究。實(shí)踐表明，以ARM為基礎(chǔ)的電子皮帶秤測(cè)速精度高，響應(yīng)快，誤差小。
伴隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器、電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，稱(chēng)重技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。快速、準(zhǔn)確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面已成為現(xiàn)代稱(chēng)重技術(shù)的主要特征。稱(chēng)量裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀器，也是工業(yè)配料控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的組成部分，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化。
電子皮帶秤是一種重要的稱(chēng)重儀器，因其動(dòng)態(tài)測(cè)量和自動(dòng)在線測(cè)量而得到廣泛應(yīng)用。它可以減少人員、效率、收入和誤差，還可以提高管理、勞動(dòng)生產(chǎn)率和勞動(dòng)強(qiáng)度，從而大大提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。
原電子皮帶秤多采用8位單片機(jī)，在數(shù)據(jù)采集和處理方面，速度和精度都不高。盡管8位單片機(jī)的技術(shù)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)已十分成熟，但隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，必將逐步被16位或32位性能更先進(jìn)、功耗更低的單片機(jī)所取代。該配料控制系統(tǒng)采用32位ARM7核嵌入式微，提高了測(cè)速精度，改善了其性能。
2.原料控制系統(tǒng)的組成及誤差分析
在電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，主要包括三個(gè)部分：動(dòng)態(tài)秤，靜態(tài)秤和。在單位時(shí)間內(nèi)，動(dòng)態(tài)秤主要完成給定流量的配料；靜態(tài)秤緩沖從動(dòng)態(tài)秤送到斗中的配料，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)打開(kāi)斗門(mén)將給定流量的配料送出，實(shí)現(xiàn)二次校準(zhǔn)，提高電子皮帶秤配料的精度；實(shí)現(xiàn)荷載和速度的收集，算法的實(shí)現(xiàn)，以及對(duì)動(dòng)態(tài)秤馬達(dá)和靜態(tài)秤門(mén)的控制。
電子電子皮帶秤誤差的因素很多，綜合分析主要以下幾個(gè)方面:稱(chēng)重力誤差；皮帶速度誤差；信號(hào)處理誤差；校準(zhǔn)誤差；環(huán)境影響誤差。為了提高電子皮帶秤的稱(chēng)重精度，減少誤差，選擇相應(yīng)的設(shè)備，提高安裝技術(shù)水平，正確維護(hù)，有效校準(zhǔn)。環(huán)境、機(jī)械制造、安裝等因素造成的誤差是不可避免的，稱(chēng)重精度在這些方面沒(méi)有提高，但微機(jī)控制電子皮帶秤可以最大限度地減少皮帶測(cè)速誤差和信號(hào)處理誤差，進(jìn)而減少其他因素對(duì)電子皮帶秤稱(chēng)重精度的影響。
3.電子皮帶秤高精度測(cè)速技術(shù)研究
3.1嵌入式微。
成分控制系統(tǒng)的核心選擇是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是速度測(cè)量精度提高的關(guān)鍵。電子皮帶秤需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，外圍設(shè)備多，內(nèi)部需要大量的數(shù)據(jù)處理、控制和通信，計(jì)算精度高，計(jì)算量大，所以軟件龐大，執(zhí)行速度快；此外，選擇的微必須考慮實(shí)用性、可靠性和性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。
考慮到以上因素，我們選擇了Philips公司的嵌入式微型LPC2132。LPC2132以32位ARM7TDMI-S為核心，2個(gè)32位定時(shí)器，2個(gè)UART，10位8路ADC，10位DAC，IIC，PWM通道，47個(gè)GPIO，多達(dá)9個(gè)邊緣或電平觸發(fā)的外部中斷，使其非常適合本配料控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；內(nèi)置廣泛的串行通信接口和16kB的內(nèi)置SRAM，提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能，非常適合通信；內(nèi)置64k高速Flash存儲(chǔ)器，128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，使32位代碼能夠以最大的時(shí)鐘速度運(yùn)行；內(nèi)部PLL時(shí)鐘調(diào)整可以達(dá)到最高60MHz的工作頻率；支持實(shí)時(shí)模擬和嵌入式跟蹤，使配料控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)更有效；較小的封裝功耗較低。
3.2提高脈沖采集精度。
在電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)中，速度是一個(gè)重要參數(shù)，其采集精度取決于傳感器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。因此，速度傳感器的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。因此，速度傳感器的選擇極其重要。
采用脈沖速度傳感器，脈沖速度傳感器輸出方波信號(hào)，其輸出脈沖數(shù)量、脈沖波形、脈沖占空比、相鄰兩個(gè)通道輸出脈沖波形相位差等技術(shù)指標(biāo)均符合要求這種傳感器是可用的。脈沖傳感器測(cè)速時(shí)，齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，脈沖數(shù)與齒輪齒數(shù)相同。如果齒輪數(shù)為M，齒輪轉(zhuǎn)速為N(r/min)，每秒產(chǎn)生的脈沖數(shù)為MN/60，如果標(biāo)定每個(gè)脈沖皮帶的距離為s(mm)，則皮帶速度為MNs/60(m/s)。
在電子皮帶秤轉(zhuǎn)速較高的情況下，采用上述測(cè)速方法仍能獲得較理想的皮帶速度值；但在電子皮帶秤轉(zhuǎn)速較慢的情況下，即使每秒轉(zhuǎn)動(dòng)不超過(guò)一個(gè)齒，上述方法顯然是不可行的。采集速度脈沖需要進(jìn)一步改進(jìn)，需要更多的標(biāo)定量。
利用LPC2132的計(jì)時(shí)器功能，可以獲得更準(zhǔn)確的速度脈沖采集值。設(shè)置LPC2132計(jì)時(shí)器1相關(guān)存儲(chǔ)器，使其能夠降低沿中斷捕捉功能。將高精度脈沖測(cè)速傳感器信號(hào)輸出引腳連接到LPC2132的捕捉管腳。當(dāng)有速度脈沖信號(hào)輸入時(shí)，信號(hào)從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平時(shí)，LPC2132會(huì)產(chǎn)生定時(shí)器捕捉中斷，進(jìn)入中斷后可以記錄捕捉到的速度脈沖數(shù)量。更重要的是，它還可以同時(shí)讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在速度計(jì)算中的每個(gè)脈沖所占用的LPC2132處理器周期數(shù)。到目前為止，已經(jīng)獲得了兩個(gè)以上速度脈沖采集的標(biāo)定量，速度脈沖采集得到進(jìn)。
3.3提高速度脈沖計(jì)算精度。
設(shè)定LPC2132定時(shí)器0相關(guān)寄存器，使其能夠在1秒內(nèi)定時(shí)中斷，并且優(yōu)先級(jí)最高；設(shè)定定時(shí)器1相關(guān)寄存器，使其能夠降低沿中斷捕獲功能。每一次進(jìn)入捕獲中斷，保存所需的每一次定量值；每一次進(jìn)入中斷，讀取每一次定量值，計(jì)算瞬時(shí)速度。
原料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上保留了原有的電子皮帶秤裝置，采用了新型ARM電子皮帶秤。選擇32位嵌入式ARM7微，不僅提供了豐富的外圍部件，而且性能優(yōu)越，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，處理速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。與以往相比，軟件開(kāi)發(fā)得到了更精確的速度測(cè)量值，提高了電子皮帶秤的速度測(cè)量精度。電子皮帶秤配料系統(tǒng)的控制性能進(jìn)一步提高，響應(yīng)快，誤差??；同時(shí)采用32位ARM7數(shù)字和分布式配料控制系統(tǒng)，功能強(qiáng)大。集控制、測(cè)試、管理于一體，便于二次開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)升級(jí)和技術(shù)移植，性價(jià)比高。

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