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基于电磁平衡传感器的微小重量动态称重系统的设计

曲志明  
【摘要】:目前,随着人们生活水平的不断提高,人们对自身安全也越来越关注,特别是食品、药品领域。这些领域的可能存在的安全隐患较多,比如药品的剂量安全。因此,在药品出厂前对其进行剂量检测是十分必要的。相应的,各种胶囊称重机应运而生。 胶囊称重机利用称重传感器进行称重,为了实现快速精确称重,称重传感器一般采用电磁平衡传感器,主要利用电磁平衡原理对信号采集处理。目前,国内的胶囊称重机以及电磁平衡传感器市场大部分被国外产品占领。因此,胶囊称重机以及电磁平衡传感器的研究不但具有广阔的市场前景,还具有一定的社会意义。 本文设计了以STM32F103ZET6芯片为核心的电磁平衡传感器系统,系统包括光电检测部分,AD、DA转换电路,并利用PID控制使其对胶囊进行称重。其中光电检测部分利用线阵CCD实现,设计了线阵CCD的驱动电路以及驱动程序。 本文针对胶囊称重系统分别从机械结构设计、控制系统设计、硬件电路以及软件四个方面展开了详细分析与设计。机械结构设计部分,设计了胶囊称重系统的结构,包括传送单元、称重单元等。其中重点介绍了利用杠杆原理设计的电磁平衡传感器的结构。控制系统方面,通过对电磁平衡传感器进行动力学建模,利用拉格朗日方程得到了电磁平衡传感器的传递函数,采用PID控制系统平衡,并利用Adams和MatlAB联合仿真确定了PID控制参数。硬件电路方面,以STM32芯片为核心,设计了最小系统外围电路以及电源电路,并设计了AD、 DA转换电路。软件方面,介绍了开发板以及开发环境,给出了主程序流程图,实现对电磁平衡传感器的信号采集和处理,AD.DA转换,电机、舵机控制等功能。 文章最后对完成的胶囊称重系统的设计过程进行了分析总结,提出了有待完善和加强的地方。同时,提出了胶囊称重系统的几个发展方向,对未来的发展前景进行了展望。


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