定量秤称重控制系统的研究

论文摘要

电子称重技术是集机械、电子、材料、信息、管理为一体的综合技术,是一项系统工程。定量秤等衡器作为一种新兴的高技术产业而受到世界各国的普遍关注。在各种衡器中,静态称量的输入值是恒定的、受外界干扰小,而动态称量系统则截然不同。对于动态称量系统,一方面不同的称量对象产生的信号形式、所受的干扰有所差别,另一方面称重过程具有时变性、非线性等,所以对动态称量的控制比对静态称量的控制要复杂困难的多。动态定量称量在国内的技术还不是很成熟,且称重控制系统是电子秤的核心部分,因此本文就针对定量秤的称重控制系统,采用预测控制的方法对物料的动态称重过程进行在线控制,并且对称重传感器进行并联连接,目的是提高称重控制系统的精确度、速度、可靠性和实用性。本文对整个称重控制系统进行了分析,并根据动态称量的特点,对称重过程实现多级控制,这样可以同时保证称重速度和精度。在控制方法上,本设计采用先建立预测模型,再根据预测模型,估计各级控制的切换系数来调整各级进料阀门的开关时机。本设计的称重控制系统的软硬件设计均采用模块化结构,便于维护和诊断。除了对控制方法的研究外,本文的研究内容还包括以下几个部分:信号采集、放大、滤波、A/D转换、数据处理、液晶显示、串行通讯等。为了达到定量秤称量的高速度和高精度的要求,硬件设计中的每个元器件都是经过严格筛选的。为进一步提高系统的可靠性和稳定性,本文采用多种方法分别对系统的软硬件进行了抗干扰设计。电路绘制软件使用的是Protel 99SE,并对画好的电路图在制成PCB板之前利用Protcous软件进行仿真实验,然后再进行实体实验,这样极大的减少了开发成本,缩短了研究周期。根据实验得到的数据,对实验的结果进行了分析,并从各方面对实验误差进行剖析,从而确定了控制系统的整体设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 附图清单
• 附表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 国内外研究动态
• 1.1.3 本课题的研究意义
• 1.2 本课题的主要研究内容
• 第二章 称重控制系统的分析和控制方法的研究
• 2.1 称重控制系统的分析
• 2.1.1 控制系统的结构
• 2.1.2 工作原理
• 2.1.3 设计原则
• 2.1.4 功能特点
• 2.2 控制方法的研究
• 2.2.1 控制对象分析
• 2.2.2 控制策略
• 第三章 称重控制系统硬件设计
• 3.1 控制系统硬件设计框图
• 3.2 称重传感器的选择
• 3.3 放大电路
• 3.3.1 TLC2652内部结构
• 3.3.2 斩波稳零的工作原理
• 3.3.3 TLC2652的主要技术性能
• 3.3.4 TLC2652在本设计中的使用
• 3.4 滤波电路
• 3.5 模数转换电路
• 3.5.1 ADS1216内部结构
• 3.5.2 ADS1216通讯时序
• 3.5.3 ADS1216与单片机的接口电路
• 3.6 CPU处理模块
• 3.6.1 STC89C58简介
• 3.6.2 封装形式及主要特点
• 3.6.3 STC89C58的性能
• 3.6.4 STC89C58RD+的硬件连接图
• 3.7 按键与开关量
• 3.7.1 按键
• 3.7.2 开关量输入输出
• 3.8 液晶显示模块
• 3.9 串口通讯模块
• 第四章 称重控制系统的软件设计
• 4.1 称重控制系统软件总述
• 4.2 单片机主程序
• 4.3 ADC模块软件设计
• 4.4 键盘模块软件设计
• 4.5 液晶显示模块软件设计
• 4.6 串行通讯模块软件设计
• 4.7 菜单的程序设计
• 4.8 物料称重工作过程
• 第五章 系统的抗干扰研究
• 5.1 干扰产生的渠道及后果
• 5.1.1 产生干扰的渠道
• 5.1.2 干扰所引起的后果
• 5.2 控制器硬件的抗干扰设计
• 5.3 软件抗干扰设计
• 第六章 实验及误差分析
• 6.1 仿真调试与实验
• 6.1.1 Proteous软件仿真调试
• 6.1.2 实验
• 6.2 误差分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录A 软件程序源代码
• 致谢
• 作者简介
• 在读期间发表的学术论文