自動喂毛機中稱重變送器的設計

  毛斗是梳毛機的喂入機構，作用是周期性地喂入一定重量的原料。以前用于生產(chǎn)的毛斗大都是機械稱重形式，其結構的限制影響了稱重精度。為了解決這個問題，現(xiàn)在使用電子稱重方法對其進行改造。將稱重斗的兩端固定在稱重傳感器上，傳感器輸出的電信號經(jīng)濾波放大、模／數(shù)變換和數(shù)字濾波等處理送到主控制器。主控制器利用左右兩路信號可求出重量值，與主機的其他邏輯信號相結合，實現(xiàn)喂入控制。
  傳感器信號的調理和轉換對電子毛斗的精度產(chǎn)生決定性的影響，考慮到模擬信號從傳感器到主控制器的長線傳輸可能引起信號的衰減和干擾，所以要就近將模擬信號轉變成數(shù)字信號傳輸?shù)街鳈C，完成這個功能的部件稱為“重量變送器”。本文研制一種稱重變送器，有效地提高了毛斗的稱重精度。
1電路構成（環(huán)球衡器網(wǎng)技術頻道收集整理）
  稱重斗本身的質量為8kg左右，每斗原料不超過400g.分辨率要達到0.5g，要求AD轉換器要到15位才能滿足精度。稱重傳感器一般為電阻應變橋，輸出信號微弱，在電路中必須有一級差分放大電路，將信號調理到適合AD轉換的范圍，考慮到以上因素，選擇美國AD公司的16位模／數(shù)轉換芯片AD7705比較合適。AD7705內含帶緩沖器和增益可編程的差分放大器以及△2E調制器和可編程的數(shù)字濾波器，具有分辨率高、動態(tài)范圍寬、自動校準等性能，并具有優(yōu)良的抗噪聲性能及低電壓、低功耗的特點。
  AD7705的基準電壓Uref由供橋電壓經(jīng)電阻R3，R4分壓得到，這樣做的好處是當供橋電壓波動時基準電壓跟著改變，自動補償了電壓波動，保證了稱重的準確性。C3用于消除共模干擾，R1、CI、R2和C2起到濾波作用。AD7705由ATMEL公司的精減指令集微控制器AT90S1200控制，微控制器向AD7705下達初始化、自校準、轉換等命令，同時接收轉換結果。雖然在AD7705中已經(jīng)進行了數(shù)字濾波，但考慮到工業(yè)現(xiàn)場的強干擾，在AT90S1200中進行了二次濾波，濾波后的結果按一定的定時關系和通訊協(xié)議傳送到主機，重量變送器和主機之間電氣隔離，由光電耦合器傳送數(shù)字信號，提高抗干擾能力。
  高精度的模擬采集要求供電分為模擬和數(shù)字兩部分，輸入電源經(jīng)兩個穩(wěn)壓器產(chǎn)生模擬、數(shù)字兩路電源。模擬電源供應變橋和AD7705等電路，數(shù)字電源為AT90S1200供電。兩路電源的“地”在AD7705的Ref2引腳匯到一起，這樣做的好處是降低了數(shù)字電路地線噪音對模擬系統(tǒng)的干擾。
2軟件設計
  電子稱重變送器上電后首先配置CPU的寄存器和引腳方向，控制AD7705的復位線使AD7705復位。因為復位時AD7705的振蕩器仍在工作，所以AT90S1200仍能從AD7705得到時鐘信號，復位后對AD7705進行配置，將放大器設置為64倍，輸出更新率置于50Hz.設為50Hz是為了抑制工頻干擾。選擇通道后要對其進行自校準，自校準過程能完成零點和滿度的校準。校準結束后反復查詢AD7705的DRDY引腳，低位表示轉換結束可以讀取數(shù)據(jù)，讀出16位的轉換值，由CPU進行再次的數(shù)字濾波。使結果穩(wěn)定、可信。最后向主機傳送結果。
3數(shù)字濾波
  模擬信號被AD7705內的△2∑調制器變換為占空比被模擬電壓調制的數(shù)字脈沖串，必須使用低通數(shù)字濾波器濾除噪聲，以16位二進制形式輸出最終值
  其中N為調制速率與輸出更新速率之比。在此仍選擇50Hz的輸出更新率，以抑制工頻干擾。機械振動、意外沖擊引起的虛假信號會引起系統(tǒng)的誤動作，這些信號必須由微控制器用軟件濾除，是本系統(tǒng)的第二級數(shù)字濾波，微控制器得到一個轉換值后，首先應判斷其真實性。對于明顯偏離以前平均值的數(shù)據(jù)應剔除，因為有可能是意外沖擊引起的干擾。喂毛斗喂入的速度較慢，而AD7705的轉換速度較高，意味著多次轉換期間重量值變化不大，所以可用”拉依達準則”作為好壞值的工業(yè)現(xiàn)場的干擾是各種各樣的，單純使用某一種濾波方法顯然不夠。必須仔細分析客觀狀況并依靠軟硬件協(xié)同的多種濾波方法，才有可能達到令人滿意的測量效果，本設計中首先利用了AD7705的片上濾波器和前置RC濾波器，然后利用單片機的智能性實現(xiàn)了軟件數(shù)字濾波，極大提高了測量的精確性。在天津、內蒙等地的多家企業(yè)，利用研制的稱重變送器改造了日本櫻花和國產(chǎn)BC272等多種型號的梳毛機。實踐證明，本設計有效的減弱了墻板震動、變頻器等強干擾對稱重精度的影響。配合無級變速喂入系統(tǒng)，很好地控制了喂入的精度，提高了出機毛條的質量。
4結束語（環(huán)球衡器網(wǎng)技術頻道收集整理）
  在喂毛斗電子稱重的變送器設計中，為了保證稱重精度，應使用15位以上的AD轉換器，配以良好的信號濾波電路，在此基礎上變送器中的微處理器還應該對稱重信號進行二次數(shù)字濾波，以消除工業(yè)現(xiàn)場的強干擾，稱重變送器模擬部分和數(shù)字部分要分別供電，并處理好數(shù)字地與模擬地的接地關系，重量變送器與主機之間傳送數(shù)字信號，采用光電耦合器隔離，以提高抗干擾能力。經(jīng)工業(yè)現(xiàn)場的使用驗證，設計完全達到了預期的性能指標，抗干擾能力強，徹底解決了長線傳輸模擬信號易受干擾的問題，有效地提高了毛斗的稱重精度。
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