自動(dòng)喂毛機(jī)中稱重變送器的設(shè)計(jì)

  毛斗是梳毛機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)，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(jī)械稱重形式，其結(jié)構(gòu)的限制影響了稱重精度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在使用電子稱重方法對(duì)其進(jìn)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(hào)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(hào)可求出重量值，與主機(jī)的其他邏輯信號(hào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)喂入控制。
  傳感器信號(hào)的調(diào)理和轉(zhuǎn)換對(duì)電子毛斗的精度產(chǎn)生決定性的影響，考慮到模擬信號(hào)從傳感器到主控制器的長(zhǎng)線傳輸可能引起信號(hào)的衰減和干擾，所以要就近將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，完成這個(gè)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(gòu)成（環(huán)球衡器網(wǎng)技術(shù)頻道收集整理）
  稱重斗本身的質(zhì)量為8kg左右，每斗原料不超過(guò)400g.分辨率要達(dá)到0.5g，要求AD轉(zhuǎn)換器要到15位才能滿足精度。稱重傳感器一般為電阻應(yīng)變橋，輸出信號(hào)微弱，在電路中必須有一級(jí)差分放大電路，將信號(hào)調(diào)理到適合AD轉(zhuǎn)換的范圍，考慮到以上因素，選擇美國(guó)AD公司的16位模／數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7705比較合適。AD7705內(nèi)含帶緩沖器和增益可編程的差分放大器以及△2E調(diào)制器和可編程的數(shù)字濾波器，具有分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍寬、自動(dòng)校準(zhǔn)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(diǎn)。
  AD7705的基準(zhǔn)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(dāng)供橋電壓波動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)電壓跟著改變，自動(dòng)補(bǔ)償了電壓波動(dòng)，保證了稱重的準(zhǔn)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(dá)初始化、自校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換等命令，同時(shí)接收轉(zhuǎn)換結(jié)果。雖然在AD7705中已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)字濾波，但考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)干擾，在AT90S1200中進(jìn)行了二次濾波，濾波后的結(jié)果按一定的定時(shí)關(guān)系和通訊協(xié)議傳送到主機(jī)，重量變送器和主機(jī)之間電氣隔離，由光電耦合器傳送數(shù)字信號(hào)，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(gè)穩(wěn)壓器產(chǎn)生模擬、數(shù)字兩路電源。模擬電源供應(yīng)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(duì)模擬系統(tǒng)的干擾。
2軟件設(shè)計(jì)
  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(fù)位線使AD7705復(fù)位。因?yàn)閺?fù)位時(shí)AD7705的振蕩器仍在工作，所以AT90S1200仍能從AD7705得到時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位后對(duì)AD7705進(jìn)行配置，將放大器設(shè)置為64倍，輸出更新率置于50Hz.設(shè)為50Hz是為了抑制工頻干擾。選擇通道后要對(duì)其進(jìn)行自校準(zhǔn)，自校準(zhǔn)過(guò)程能完成零點(diǎn)和滿度的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)結(jié)束后反復(fù)查詢AD7705的DRDY引腳，低位表示轉(zhuǎn)換結(jié)束可以讀取數(shù)據(jù)，讀出16位的轉(zhuǎn)換值，由CPU進(jìn)行再次的數(shù)字濾波。使結(jié)果穩(wěn)定、可信。最后向主機(jī)傳送結(jié)果。
3數(shù)字濾波
  模擬信號(hào)被AD7705內(nèi)的△2∑調(diào)制器變換為占空比被模擬電壓調(diào)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(jìn)制形式輸出最終值
  其中N為調(diào)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(jī)械振動(dòng)、意外沖擊引起的虛假信號(hào)會(huì)引起系統(tǒng)的誤動(dòng)作，這些信號(hào)必須由微控制器用軟件濾除，是本系統(tǒng)的第二級(jí)數(shù)字濾波，微控制器得到一個(gè)轉(zhuǎn)換值后，首先應(yīng)判斷其真實(shí)性。對(duì)于明顯偏離以前平均值的數(shù)據(jù)應(yīng)剔除，因?yàn)橛锌赡苁且馔鉀_擊引起的干擾。喂毛斗喂入的速度較慢，而AD7705的轉(zhuǎn)換速度較高，意味著多次轉(zhuǎn)換期間重量值變化不大，所以可用”拉依達(dá)準(zhǔn)則”作為好壞值的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(xì)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(dá)到令人滿意的測(cè)量效果，本設(shè)計(jì)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(jī)的智能性實(shí)現(xiàn)了軟件數(shù)字濾波，極大提高了測(cè)量的精確性。在天津、內(nèi)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(guó)產(chǎn)BC272等多種型號(hào)的梳毛機(jī)。實(shí)踐證明，本設(shè)計(jì)有效的減弱了墻板震動(dòng)、變頻器等強(qiáng)干擾對(duì)稱重精度的影響。配合無(wú)級(jí)變速喂入系統(tǒng)，很好地控制了喂入的精度，提高了出機(jī)毛條的質(zhì)量。
4結(jié)束語(yǔ)（環(huán)球衡器網(wǎng)技術(shù)頻道收集整理）
  在喂毛斗電子稱重的變送器設(shè)計(jì)中，為了保證稱重精度，應(yīng)使用15位以上的AD轉(zhuǎn)換器，配以良好的信號(hào)濾波電路，在此基礎(chǔ)上變送器中的微處理器還應(yīng)該對(duì)稱重信號(hào)進(jìn)行二次數(shù)字濾波，以消除工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)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(guān)系，重量變送器與主機(jī)之間傳送數(shù)字信號(hào)，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(chǎng)的使用驗(yàn)證，設(shè)計(jì)完全達(dá)到了預(yù)期的性能指標(biāo)，抗干擾能力強(qiáng)，徹底解決了長(zhǎng)線傳輸模擬信號(hào)易受干擾的問(wèn)題，有效地提高了毛斗的稱重精度。
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