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在自動(dòng)化定量包裝生產(chǎn)線的末端,質(zhì)量分撿機(jī)既能夠?qū)π《堪b商品進(jìn)行動(dòng)態(tài)分撿,又可用于定量困難的農(nóng)副加工產(chǎn)品如禽蛋、雞鴨蛋等的質(zhì)量等級(jí)分類,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)其上位機(jī)即充填機(jī)或定量包裝機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與反饋控制,也常用于大包裝物品的漏裝檢驗(yàn)及包裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等,在現(xiàn)代化企業(yè)中廣泛應(yīng)用。它主要由送樣系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、分撿系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成。稱重系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的核心,直接影響著設(shè)備的計(jì)量性能,系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量信號(hào)的采集是通過(guò)稱重傳感器實(shí)現(xiàn)的,以前采用分立元件和少量運(yùn)放設(shè)計(jì)組成的電路系統(tǒng),存在著穩(wěn)定性差、故障率高、溫度漂移與零點(diǎn)漂移等問(wèn)題,而基于數(shù)字稱重傳感器設(shè)計(jì)的電路,實(shí)踐表明達(dá)到了在線稱量、瞬間檢測(cè)、判別分撿、穩(wěn)定可靠的技術(shù)要求,具有誤差小、可靠性高、故障率低等優(yōu)點(diǎn),提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和計(jì)量保證能力。圖1稱重系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖

1.光電位移傳感器2.樣品輸送帶3.稱重物料4.稱重傳感器5.稱重臺(tái)面6.油阻尼器7.驅(qū)動(dòng)電機(jī)
1工作原理
稱重測(cè)量系統(tǒng)是提供分撿物品質(zhì)量信息的重要裝置,基本工作原理為:被稱量的小定量包裝商品由送樣系統(tǒng)送至稱重系統(tǒng),當(dāng)物品到達(dá)稱重臺(tái)面的有效位置時(shí),由光電位置檢測(cè)傳感器發(fā)出檢測(cè)信號(hào),然后利用稱重傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),由MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理,把質(zhì)量信號(hào)和預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較,發(fā)出控制判斷信號(hào)送至分撿系統(tǒng),由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成分撿操作,設(shè)備同時(shí)有參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)顯示等功能,其基本結(jié)構(gòu)和工作原理分別如圖1和圖2所示。

2電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖如圖3所示,電路部分主要由核心單元電路、質(zhì)量信號(hào)檢測(cè)電路、鍵盤(pán)擴(kuò)展電路、LCD顯示電路、打印機(jī)輸出電路等單元組成。

2.1核心單元電路
綜合考慮系統(tǒng)擴(kuò)展的方便性、工作的可靠性、性價(jià)比等因素,控制系統(tǒng)采用MCS-51系列的8031芯片,其他使用的主要芯片還有27128、62128、8255A、74LS373、74LS139、MAX202等,27128EPROM、62128SRAM芯片為擴(kuò)展使用的程序存儲(chǔ)器,容量為16KB;8255A為可編程的并行I/O口擴(kuò)展芯片,具有3個(gè)8位的并行I/O口,完成CPU與外部設(shè)備之間的信息傳輸;74LS373為帶三態(tài)輸出的8位鎖存器,鎖存輸出P0口的地址信號(hào);74LS139為雙2-4線的二四譯碼器,由于系統(tǒng)擴(kuò)展電路單元較多,為編址方便,采用74LS139譯碼器芯片產(chǎn)生片選信號(hào);MAX202為用于串行通訊的電平轉(zhuǎn)換芯片,實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平的相互轉(zhuǎn)換。8031主控芯片的4個(gè)并行I/O口的功能分配如下:
·P0口:外接程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址的低位字節(jié)(即地址總線的低8位),并作為數(shù)據(jù)總線分時(shí)對(duì)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、擴(kuò)展的外設(shè)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
·P1口:P1.0腳用于光電位移傳感器信號(hào)的輸入;P1.1腳用于控制固態(tài)繼電器的質(zhì)量分撿信號(hào)的輸出;P1.2、P1.3腳則用于矩陣式非編碼鍵盤(pán)的行掃描。
·P2口:P2.0～P2.5是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高6位地址線;P2.6、P2.7連接74LS139譯碼器的輸入腳,用于產(chǎn)生片選信號(hào),分別選中62128、8255A、LCD顯示器、μP16打印機(jī)等。
·P3口:所有8個(gè)管腳均使用其第二功能,RXD、TXD用于稱重傳感器數(shù)字信號(hào)的接收與發(fā)送;用于打印信號(hào)的中斷請(qǐng)求輸入;T0、T1用于T0、T1定時(shí)器/計(jì)時(shí)器外部計(jì)數(shù)脈沖輸入;和用于擴(kuò)展的外設(shè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)選通控制。
控制信號(hào)功能如下:RST用于復(fù)位電路;ALE作為地址鎖存允許輸出信號(hào),控制74L373芯片;用于外部程序存儲(chǔ)器EPROM的讀選通信號(hào)輸出,控制27128芯片;接地。
2.2質(zhì)量信號(hào)檢測(cè)電路
系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量信號(hào)的采集是通過(guò)數(shù)字稱重傳感器實(shí)現(xiàn)的,在數(shù)字稱重傳感器內(nèi)部對(duì)模擬稱重傳感器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換預(yù)處理,并對(duì)溫度、非線性、滯后、蠕變進(jìn)行了自動(dòng)化數(shù)字補(bǔ)償,輸出數(shù)字信號(hào)送給8031單片機(jī)處理。檢測(cè)的核心部件為德國(guó)HBM公司生產(chǎn)的FIT/H1/SR2/5K數(shù)字稱重傳感器,量程為5kg,RS-232接口的電阻應(yīng)變片式數(shù)字稱重傳感器,具有響應(yīng)速度快、稱重精度高、數(shù)字化綜合誤差補(bǔ)償、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)字稱重傳感器的信號(hào)輸出方式為被動(dòng)式輸出,當(dāng)檢測(cè)到光電位移傳感器信號(hào)時(shí),8031單片機(jī)通過(guò)TXD串行信號(hào)輸出口,向傳感器發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求信號(hào),使用時(shí)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字稱重傳感器的通訊協(xié)議格式的設(shè)定、質(zhì)量標(biāo)定及波特率設(shè)計(jì)等技術(shù)參數(shù)的調(diào)整。本系統(tǒng)的傳輸波特率為1.2Kb/s,信號(hào)輸出方式設(shè)定為BCD數(shù),8031的晶振頻率采用6MHZ,串行口的工作方式為工作方式3,定時(shí)器模式為模式2,初值為FAH,數(shù)字信號(hào)的輸出通過(guò)MAX202芯片實(shí)現(xiàn)RS-232電平信號(hào)與TTL電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換,完成質(zhì)量信號(hào)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行輸入。
2.3鍵盤(pán)擴(kuò)展電路
系統(tǒng)采用8255A擴(kuò)展鍵盤(pán),這種方案需要8031不斷掃描鍵盤(pán)。該鍵盤(pán)有16個(gè)按鍵組成,分別是:0～9十個(gè)數(shù)字鍵、設(shè)置鍵、查詢鍵、運(yùn)行鍵、跟蹤鍵、清除鍵、確定鍵、復(fù)位鍵、打印鍵等。開(kāi)機(jī)上電后,系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)測(cè)狀態(tài),此時(shí)系統(tǒng)僅顯示“ZLFJOK”,表明系統(tǒng)運(yùn)行正常,運(yùn)行人員設(shè)置參數(shù),確定無(wú)誤后點(diǎn)擊運(yùn)行鍵即可運(yùn)行,運(yùn)行中系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示產(chǎn)品的超差量和總生產(chǎn)量。各功能鍵主要實(shí)現(xiàn)的作用如下:
(1)設(shè)置鍵:用戶可根據(jù)不同行業(yè)、不同物品的多種需要,自由設(shè)定其參數(shù)信息,主要輸入內(nèi)容包括:物料類型、皮重值、上下限值的設(shè)定等參數(shù),通過(guò)操作數(shù)字鍵,觀察屏幕顯示結(jié)果,加以確認(rèn)。
(2)查詢鍵:主要是為了方便查詢和打印歷史記錄,可查詢存放在歷史數(shù)據(jù)查詢區(qū)當(dāng)前最新的20個(gè)質(zhì)量數(shù)據(jù),并可根據(jù)需要計(jì)算出產(chǎn)品質(zhì)量的平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
(3)運(yùn)行鍵:該鍵使設(shè)備進(jìn)入分撿操作運(yùn)行狀態(tài),然后由8031單片機(jī)對(duì)所稱物品進(jìn)行質(zhì)量信號(hào)的超差判斷,送出超差分撿控制信號(hào)。
(4)跟蹤鍵:主要解決和克服由于系統(tǒng)誤差和外界干擾而引起的設(shè)備零點(diǎn)的緩慢變化。
(5)清除鍵:主要用于清除操作中錄入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),
同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)菜單操作中下級(jí)菜單向上級(jí)菜單的返回。
(6)確定鍵:輸入完畢后,對(duì)所輸入數(shù)據(jù)參數(shù),確認(rèn)操作正確。
此外,設(shè)備還有2個(gè)外部觸發(fā)控制開(kāi)關(guān),若系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀態(tài),按下復(fù)位鍵即可恢復(fù)到正常的運(yùn)行監(jiān)測(cè)狀態(tài);通過(guò)打印鍵,用戶可根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)以中斷方式實(shí)現(xiàn)打印。
2.4LCD顯示電路
為了使顯示內(nèi)容豐富、美觀,本系統(tǒng)采用香港精電公司生產(chǎn)的16字符×2行字符型液晶顯示器MDLS16265B,其內(nèi)置大規(guī)模集成電路HD44780芯片作為主控電路,可以方便地與8031實(shí)現(xiàn)連接。LCD的端口地址是:寫(xiě)命令口為8000H、數(shù)據(jù)口為8100H、狀態(tài)口為8200H、數(shù)據(jù)口為8300H。
2.5打印機(jī)控制電路
設(shè)備需要在運(yùn)行中隨時(shí)將數(shù)據(jù)結(jié)果用于打印輸出,并且分析其誤差,以便于監(jiān)控定量包裝機(jī)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用μP16嵌入式針式打印機(jī),通過(guò)端口地址C000H采用中斷方式,將需要打印的數(shù)據(jù)或發(fā)送到打印機(jī)的命令傳給打印機(jī)。系統(tǒng)鍵盤(pán)、打印機(jī)、LCD顯示器都是通過(guò)8255A芯片與8031相連,因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)所有外設(shè)的管理必須能夠控制8255A。8255A的A口、B口、C口、命令
口等端口地址分別為:4000H、4001H、4002H、4003H,分別用于控制打印機(jī)、鍵盤(pán)、LCD、命令輸入等外設(shè)的信號(hào)輸入。
3結(jié)論
基于數(shù)字稱重傳感器設(shè)計(jì)的稱重系統(tǒng)電路,達(dá)到了在穩(wěn)定可靠、故障率低、在線稱量、瞬間檢測(cè)的技術(shù)要求,分撿速度快、分撿精度高,提高了定量包裝商品生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率與計(jì)量保證能力,可廣泛應(yīng)用于同類設(shè)備稱重系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。

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