1、河南科技大学毕业设计（论文）I液体原料自动称重配料系统（软件设计）摘 要随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重配料系统已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重系统在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、人性化用在了称重配料的控制系统中。随着科学技术的不断发展，自动称重配料系统已经广泛应用于冶金、煤炭、化工、建材等行业中。自动称重配料系统可以按照设定配比和流量控制各输入物料的瞬时流量，从而达到控制各种产品的质量和产量的目的，是实现生产过程自动化和智能化、企业的科学管理、安全稳定生产和节能降耗的重要技术手段。微机配料控制+系统在生产中的应用不仅可以提高配料质量和产量，也大大减轻了岗位工人的劳动
2、强度，提高了生产效率。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及 A/D 转换器组成，加上显示单元，键盘设定值单元，具有功能多、性能价格比高、功耗低等优点。同时系统集响应速度快、测量准确、自动化程度高等特点于一身。我们设计的称重配料系统以 STC89C54 单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重配料系统的各种控制功能。经调试证明设计所完成的自动称重配料可满足实际生产应用需要。关键词：STC89C54，称重传感器，A/D 转换器，称重配料系统。河南科技大学毕业设计（论文）IIAn automatic weighin
3、g - burden system of liquid raw materials (software design)ABSTRACTWith the application of micro-electronics technology, tradition weighing - burden system used in market has been not satisfied with human requirements already. In order to make up for the traditional weighing system shortcoming, we i
4、mprove the weighing - burden system with intelligence and automation. Along with the development of science and technology, Automatic batching and weighing system has been widely used in metallurgy, coal, chemicals, building material industry, etc.Automatic batching and weighing system can be set ac
5、cording to the input ratio and flow control of material flow, thereby achieve control of product quality and yield of the objective is to realize the automatic production process, and intelligent, enterprises scientific management, safe and stable production and energy consumption is the important t
6、echnical means. Computer control system in the production of ingredients used not only can improve the yield and quality ingredients and greatly reduce the labor intensity, and post to improve production efficiency.This system is mainly controlled by microcontroller, the part of measurement accompli
7、sh consist of weighing sensor and A/D transformer. This apparatus have many characteristic such as having more function, consuming less energy, small and moving easily, low price, measuring precisely, rapid speed, high degree of automation and so on.The system we are designed consists of the circuit
8、 of measuring weight, the circuit of displaying and alarm. In a word, the automatic weighing - burden system we designed could meet the application requirements .KEYWORDS:STC89C54，weighing sensor，A / D converter，weighing burden system.河南科技大学毕业设计（论文）I目 录序 言 .1第一章 软件设计基础 .31.1 软件开发工具的选择 .31.2 编程语言的选择
9、.41.3 系统软件控制要求即功能模块划分 .5第二章 称重配料工艺分析 .72.1 称重配料工艺简介 .72.2 本设计称重配料工艺流程 .8第三章 系统总体设计 .103.1 系统总体流程图 .103.1.1 8 位共阴极数码管显示程序流程图 .123.2 系统各模块程序设计 .123.2.1 步进电机调速程序设计 .123.2.2 矩阵键盘扫描编程 .133.2.3 8 位共阴极数码管显示编程 .163.2.4 A/D 转换 .163.2.5 声光报警控制编程 .17第四章 PID 算法 .194.1 PID 算法概述 .194.2 PID 参数整定 .204.3 PID 电机调速控制应
10、用 .21第五章 程序调试和结果 .235.1 程序调试问题及其解决方法 .235.2 设计成果 .24结 论 .25河南科技大学毕业设计（论文）II参考文献 .26致 谢 .27河南科技大学毕业设计（论文）1序 言自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、塑料、冶金、建材、食品、饲料等行业。在氧化铝生产及其他工业生产中，经常会遇到多种物料配比控制的情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各种物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各套设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发
11、生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算个无聊的设设定值，再次分别设定。计算、操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。传统的配料系统不仅效率低而且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，所以物料自动配送系统研究意义重大而且具有十分广阔的应用前景。随着城市现代化建设的不断发展，以往那种自行称重配料的方式由于其用人工调整重量。这样，一方面效率十分低下，称量结果精度不高，另一方面，用手工在现场调节增加了工人的劳动强度，而其生产环境十分恶劣，粉尘大。因而必将为自动控制的称重系统所取代，此称重系统中运用稳定可靠、小而廉的单片机，
12、且单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较容易。随着计算机及微电子技术的发展，自动配料控制系统经历了人工手动控制、机械电气控制、单片机控制、工控机集中控制等发展阶段 。但在总体上，我国在配料控制系统上存在技术落后、企业平均规模小、综合生产水平较低等问题。因此，提高配料的自动化程度和产品的质量，设计出高精度的自动配料系统意义重大 近些年来，国内外自动配料系统发展迅速，特别是随着电工电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传 动技术面临着一场历史革命，即采用交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取 代模拟控制技术己成为发展趋势。电机交流变频
13、调速技术是当今节电、改善工艺流程 以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调 速和起制动性河南科技大学毕业设计（论文）2能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 河南科技大学毕业设计（论文）3第一章 软件设计基础1.1 软件开发工具的选择一：Keil uVision4 介绍2009 年 2 月发布 Keil Vision4，Keil Vision4 引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织
14、多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，还添加了一些其他新功能。2011 年 3 月 ARM 公司发布最新发布集成开发环境 Rearview MDK 开发工具中集成了最新版本的 Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与 ARM 器件的最完美匹配。二：Keil uVision4 应用最新的 Keil Vision4 IDE，旨在提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。Vision4 引入了灵活的窗口管理系统，能够拖放到视图内的任何地方，包括支持多显示器窗口。uVision4 在 Vision3 IDE 的基础上，增加了更多大众化
15、的功能，如下：1.多显示器和灵活的窗口管理系统2.系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息3.调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局4.多项目工作区简化与众多的项目 Keil uVision4 由国内 米尔科技 提供销售和技术支持服务，他们是 ARM 公司合作伙伴，也是国内领先的工控板以及嵌入式解决方案提供商。目前使用 Keil uVision4 的产品有 Keil MDK-ARM，Keil C51 和 Keil C166。河南科技大学毕业设计（论文）41.2 编程语言的选择一：C 语言C 语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的 D.M.
16、Ritchie 于 1972 年推出，1978 年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到 C 语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。C 语言是世界上最流行、使用最广泛的高级程序设计语言之一。在操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用 C 语言明显优于其它高级语言，许多大型应用软件都是用 C 语言编写的。C 语言绘图能力强，具有可移植性，并
17、具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算的高级语言。常用的编译软件有 Microsoft Visual C+,Borland C+,gcc, Borland C+, Borland C+, Westcon C+ 11.0 for DOS,GNUDJGPP C+, Lccwin32 C Compiler 3.1,Microsoft C, High C 等。二：汇编语言汇编语言（Assembly Language）是面向机器的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址，如此就
18、增强了程序的可读性和编写难度，像这样符号化的程序设计语言就是汇编语言，因此亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，还要由汇编程序或者叫汇编语言编译器转换成机器指令。汇编程序将符号化的操作代码组装成处理器可以识别的机器指令，这个组装的过程称为组合或者汇编。因此，有时候人们也把汇编语言称为组合语言。三：选择 C 语言1、简洁紧凑、灵活方便C 语言一共只有 32 个关键字，9 种控制语句，程序书写形式自由，区分大小河南科技大学毕业设计（论文）5写。把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单
19、元。2、运算符丰富C 语言的运算符包含的范围很广泛，共有 34 种运算符。C 语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使 C 语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。3、允许直接访问物理地址，对硬件进行操作由于 C 语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此它既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够像汇编语言一样对位（bit） 、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可用来写系统软件。4、生成目标代码质量高，程序执行效率高C 语言描述问题比汇编语言迅速，工作量小、可读性好，易于调试
20、、修改和移植，而代码质量与汇编语言相当。C 语言一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10%20%。1.3 系统软件控制要求即功能模块划分设计以单片机核心的液体原料自动称重配料系统的控制程序。利用称重传感器检测原料重量，将其与设定值经行对比，采用合法的算法根据其差值对电机进行调速。编程实现生产过程中的状态显示和超重报警。模块功能划分：步进电机调速控制，键盘扫描程序控制，八位共阴极数码管显示程序模块，电位器模拟信号 A/D 模块，PID 算法模块，声光报警程序控制。河南科技大学毕业设计（论文）6第二章 称重配料工艺分析2.1 称重配料工艺简介称重配料是一种用于石油、冶金、化工、食品、建材、粮油、饲
21、料、塑料、农业等产品生产过程中的配料方式，主要以重量的方式进行按照配比进行配料，一般这种配料过程叫做称重配料。如某草药生产企业，需配一种用于制备某种草药配方如下：水：800kg ，化学药品 A：250kg ，添加剂：50 kg ，其他100kg。分析：这种配方的比例是按照重量来计算的所以需要采用称重配料的方式。这种时候我们推荐采用多种物料（顺序配料）这种方式。而本设计就是研究这种称重配料的自动控制系统，具有很大的实际生产应用价值！称重配料的分类（按工艺要求和原理分）：台计量秤只配一种物料，若干个计量秤组成一个多种物理的配料系统。各计量秤配料工作同时进行，配料速度快。按照大料大秤小料小秤的原则灵活配置量程，配料准确本设计采用顺序配料方式：顺序配料若干种物理依次按照预先设定的顺序放入一个计量斗内进行配料。配料秤斗由一台配料控制器完成。制作成本低结构紧凑。生产过程中原料配比的主要环节在称重部分,过去上、下料全靠人工凭经验手动操作,称重用机械式来完成,系统极易出故障,而且配料精度低。用计算机和称重仪表相结合实现了配料自动化,提高配料精度自动称重配料系统是一种集输送、计量、配料于一体的在线测量动态自动衡器。该系统不仅能够显示瞬时流量和累计量，还可以根据实际液料的重量与设定值的偏差去调整电机带动水泵的转速使物料重量更加接近设定值，构成一个闭环控制系统，达到称重配料的目的。
