基于ARM的多功能电子皮带秤控制仪表设计

摘要

在当今这个科学技术日益发达的环境下，随着传感器、电子技术和微机技术等不断创新崛起，称重技术也得到了突飞猛进的发展，称重装置在数字化、智能化等方面有长足的进步，称重装置的研发也进入了一个崭新的阶段，电子皮带秤更是作为一种新兴的高技术产业而受到全世界的广泛关注。传统的电子皮带秤仪表只具有计量功能，随着系统控制智能化要求的提高，迫切需要具有自动流量控制功能和通讯功能，便于与其它系统一起构成更强功能的自动化系统。所以，进一步采用新技术，研发先进的电子皮带秤仪表势在必行，本课题就是针对电子皮带秤自动称重系统展开的。
　　 本文设计的控制仪表系统分为上位机和下位机两大部分:下位机采用MSC1210Y05单片机作为核心芯片来实现数据采集功能，主要包括了压力传感器、测速传感器、角度传感器等。其中，压力重传感器和测速传感器分别选用电阻应变式和光电脉冲式;角度传感器的使用是为了应对堆取料与皮带运行时存在倾角的变化而引起误差的情况，通过计算对称重传感器输出值进行补偿，克服了常规动态称重系统在某些场合不能使用的缺点，提高了整个称重系统的精确度;重量采集电路采用了四路压力传感器检测物料重量，其电路构成四传感器冗余检测电路，系统可以进行传感器自动故障诊断，该检测电路可以保证原始重量信号的准确采集，为之后整机系统提供可靠的数据。上位机采用ARM7芯片LPC2214作为主控单元，主要实现累积量计算、流量计算、通讯接口、显示和控制输出等功能。此外，将无模型自适应控制算法用于皮带流量的控制中，仿真结果表明该算法具有良好控制性能，且经过结构设计、算法分析以及相关仿真，证明了该种新型电子皮带秤较以往的传统电子皮带秤有着明显的优点。
　　 本课题设计的基于ARM的多功能电子皮带秤控制仪表系统具有以下六大功能:参数输入功能、显示功能、自动控制功能、输出功能、故障诊断功能和通信功能。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 皮带秤概述

1．2 皮带秤控制仪表的发展

1．3 本课题研究的目的和意义

1．4 本章小结

第二章 电子皮带秤控制仪表组成和原理

2．1 电子皮带秤结构组成

2．1．1 承重支架

2．1．2 称重传感器

2．1．3 测速传感器

2．1．4 积算仪器

2．2 电子皮带秤的称重原理

2．3 控制仪表工作原理及功能

2．3．1 系统结构组成

2．3．2 系统工作原理

2．3．3 控制仪表系统功能

2．4 本章小结

第三章 控制仪表系统硬件设计

3．1 上位机主控电路硬件设计

3．1．1 ARM7内核微处理器简介

3．1．2 ARM系统硬件框图及主控电路

3．2 上位机外围硬件电路

3．2．1 电源模块电路

3．2．2 复位与时钟电路

3．2．3 存储器电路

3．2．4 串行外围设备接口电路

3．2．5 串口通信电路

3．2．6 以太网接口电路

3．2．7 JTAG调试电路

3．3 下位机硬件设计

3．3．1 重量采集电路

3．3．2 转速测量电路

3．3．3 A／D转换电路设计

3．4 本章小结

第四章 控制仪表系统软件设计

4．1 概述

4．2 上位机软件设计

4．2．1 μC／OS_Ⅱ操作系统简介

4．2．2 开发工具选择

4．2．3 μC／OS_Ⅱ移植

4．2．4 上位机软件设计

4．3 下位机软件设计

4．3．1 开发工具Keil C51简介

4．3．2 数据采集模块设计

4．4 本章小结

第五章 无模型自适应控制器设计

5．1 无模型自适应控制器概述

5．2 MFAC原理

5．3 皮带称重系统控制器设计

5．3．1 控制律设计

5．3．2 伪偏导数的辨识

5．4 控制算法仿真研究

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

主要符号表

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间的科研成果

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