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《成都理工大学》 2009年
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基于电磁力平衡传感器的在线称量系统的研制

姜伶斌  
【摘要】: 目前有些流水化生产线上产品的称重或者配料还是采用人工控制的方式,这种方式不但耗用了大量的人力,也是高速生产和质量管理的瓶颈。为解决这个瓶颈问题,亟需要与之相适应的称重计量装置。本设计就是为解决高速生产中的质量控制问题而研制的实时在线的称重系统。 首先,在了解和分析在线动态称重技术国内外研究现状的基础上,引出了本次毕业设计的目的和意义,列出了本次设计的重点和难点。 其次,将目前常用的几种类型的称重传感器的特点及优缺点进行比较,分析了电磁力平衡传感器在本次设计中的优势及其特性,重点对电磁力平衡传感器的工作原理做了介绍,其工作原理是通电导线在磁场中受到的安培力和物体所受的重力平衡的原理,当磁场强度B、导线长度L为恒定值时,所需要的物体的重量就与电流的大小成正比。该传感器采用主动控制的测量方式,具有电阻应变片式传感器所无法比拟的优点,可达到更高的精度和更快的响应速度。在文中以系统方框图并建立力学数学模型的方式对开环系统和闭环系统进行了比较,电磁力平衡传感器基于闭环控制的工作方式,相比开环控制,精度高,对外部扰动和系统参数变化敏感度低。 系统的整体结构设计和软硬件设计在文中做了具体介绍。整个系统分为三个部分,即输送部分,称重部分和输出部分。输送装置将称重产品传送至称重台,在经过称重台的瞬间完成称重过程,在输出部分,根据预设信息判断产品是否合格及是否进行剔除动作。传感器输出数据的采集和控制电路中采用了PID调节的控制方法,大大改善了系统的动态特性,响应速度快而稳态误差小。模数转换方式上选用脉宽调制式的A/D转换方式,精度高。在电路中采用ALTERA的MAX II系列CPLD器件EPM570代替传统的74系列芯片进行信号处理,其硬件结构由软件完成,具较强的灵活性。主控芯片采用ATMEL的AVR单片机ATmega16L,采用中断方式读取经EPM570处理后输出的数据,根据得到的重量信息判断是否打开剔除装置及报警电路。MCU与上位机之间采用串口通讯,实现数据的实时传输。上先 ?涞耐ㄑ恫捎肦S-485方式得到,相比RS-232具有更高的可靠性。软件设计中,主要介绍了程序主体的编程思路和流程图的设计,对可编程逻辑器件EPM570的编程操作,还简单介绍了上位机软件设计中的一些关键问题。上位机软件对串口数据进行接收并处理,绘制出实时的重量折线图和直方图,并计算出平均值、标准差等,采用后台数据库保存信息,以便日后进行查询,统计等。 为得到一个可靠的、高性能的系统,文中还介绍了一些系统可靠性设计的软硬件措施及PCB布线注意事项。对信号的判别及处理在得到准确可靠的称重信息时尤为重要,本次设计在模拟滤波的基础上另外采用了数字滤波的方式来滤除杂波信号,用分段线性插值方式解决系统非线性问题,应用零点跟踪技术来解决系统存在的零点漂移问题。为降低温度、环境等干扰因素会对系统精度的影响,在设计考虑了一些补偿措施,如硬件电路的温度补偿,对磁钢、机械零部件的老化处理等。 最后,通过实验的数据分析,对系统进行了误差分析及不确定的评定,并提出了一些后期的改进措施和方案。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TH715.1

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【引证文献】
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