摘要：現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展帶動了檢測與控制技術(shù)的日益更新，同時對重量檢測控制儀的安全性和可靠性也提出了更高的要求，為此設(shè)計了一套新型的重量檢測控制儀。該檢測控制儀主要由信號采集和顯示控制兩部分組成，其中信號采集部分用于采集、傳輸物體重量信息，顯示控制部分則主要顯示重量數(shù)據(jù)，并輸出相應(yīng)的狀態(tài)控制信號，超重時能夠自動地實現(xiàn)自我保護(hù)。文中對新型重量檢測控制儀的檢測原理和控制方法進(jìn)行了研究，設(shè)計了檢測控制電路模型和程序流程圖，并進(jìn)行了相關(guān)實驗。結(jié)果表明：新型重量檢測控制儀能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)重量檢測和超重保護(hù)功能，且具有較好的性能指標(biāo)。
　　
　　引言
　　
　　重量檢測控制儀是一種能夠準(zhǔn)確地顯示起吊物件重量，超負(fù)荷作業(yè)時能夠自動實現(xiàn)自我保護(hù)的電子裝置。起重檢測控制儀的zui大特點是：有效地同起重機(jī)械的具體結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合，確保壓力傳感器和顯示控制儀表的使用不影響起重機(jī)械的安全性。隨著自動化控制技術(shù)的日益發(fā)展，重量檢測控制儀已由單一的稱量工具逐步演變成自動化生產(chǎn)中重要的組成部分，向著自動化、智能化、集成化和信息化方向發(fā)展。新的起重檢測控制儀不僅要求具有起重顯示功能，更需要有超重報警和控制功能，能夠自動地實現(xiàn)自我保護(hù)。
　　
　　1、重量檢測控制儀硬件系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　1．1總體結(jié)構(gòu)框圖
　　
　　重量檢測控制儀包括信號采集和顯示控制兩部分。
　　
　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。　　
　　1．2系統(tǒng)功能設(shè)計
　　
　　在圖1中，系統(tǒng)各部分功能設(shè)計如下：
　　
　　（1）信號采集部分。起重機(jī)的載荷通過電阻應(yīng)變式負(fù)荷傳感器進(jìn)行檢測，當(dāng)起重機(jī)械吊起重物后，傳感器受壓產(chǎn)生與載荷成正比例的毫伏級電壓，經(jīng)放大后變成伏特級的電壓信號，再通過四芯電纜送入后級電路進(jìn)行處理。為了減小信號在傳輸環(huán)境中受到干擾，把電壓傳輸信號改為電流傳輸信號。在對電阻橋輸出的毫伏級電壓進(jìn)行放大之后，變成伏特級的電壓，再將其轉(zhuǎn)交成0～20mA的電流，通過電纜傳輸。同時增加二級穩(wěn)壓電路，將通過電纜傳送過來的±15V電壓變成±6V電壓，供給電阻應(yīng)變式傳感器橋，以保證傳感器橋供電的平穩(wěn)性。
　　
　　（2）A／D轉(zhuǎn)換模塊。將信號采集部分傳送過來的電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。
　　
　　（3）顯示驅(qū)動模塊。5個LED數(shù)碼管實現(xiàn)5位顯示（分別顯示重鼉的百、十、個、十分位和百分位（單位：噸）；使用1片MC14489作為顯示驅(qū)動電路，驅(qū)動5個LED數(shù)碼管（采用動態(tài)掃描方式驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管）。
　　
　　（4）額定重量設(shè)置。用3個四位的撥碼開關(guān)分別表示額定重量的百、十、個位，理論上可以設(shè)置的額定重量（量程）范圍：0～999（單位：噸）。同時，在繼電器上外加一個檢測開關(guān)，用于對150％額定重量的檢測，以判斷系統(tǒng)功能是否正常。
　　
　　（5）起吊提示。重物被吊起有專門的指示燈提示。
　　
　　（6）報警功能設(shè)置。預(yù)報警：當(dāng)重物到達(dá)額定重量的90％時，儀表發(fā)出預(yù)報警聲響，預(yù)報警指示燈（黃燈）閃爍提示，以提醒操作人員注意。超重報警：當(dāng)重物達(dá)到額定重量的105％時，儀表發(fā)出與預(yù)報警聲響不同的超重報警聲響，超重報警指示燈（紅燈）閃爍提示。同時控制繼電器切斷起升電源，阻止起重機(jī)繼續(xù)上升，起到保護(hù)設(shè)備的作用。
　　
　　（7）清零。按“清零鍵”，數(shù)碼管顯示為“000．00”。
　　
　　（8）復(fù)位。按“復(fù)位鍵”，恢復(fù)通電啟動狀態(tài)，即顯示額定值。
　　
　　2、重量檢測控制儀程序設(shè)計
　　
　　2．1程序流程框圖
　　
　　要實現(xiàn)新型熏量檢測控制儀的功能，除了進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計外，還需要進(jìn)行必要的程序設(shè)計。主程序流程框圖如圖2所示。　　
　　2．2程序設(shè)計與說明
　　
　　針對圖2，程序設(shè)計與說明如下：
　　
　　（1）顯示自檢與初始化。系統(tǒng)上電時五個數(shù)碼管從0～9顯示一遍，檢測MC14489顯示驅(qū)動芯片和顯示數(shù)碼管是否工作正常，同時初始化定時器、串口通信各寄存器的狀態(tài)值，并顯示其量程值。
　　
　　（2）檢測撥碼開關(guān)狀態(tài)。額定量程和量程范圍采用撥碼開關(guān)設(shè)定，額定量程和量程范圍在程序中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，以方便修改。
　　
　　（3）預(yù)置毛重。當(dāng)清零鍵被按下時，需檢測按鍵按下狀態(tài)是否持續(xù)2s以上，否則不做處理，防止誤操作觸發(fā)清零。
　　
　　（4）A／D轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換將物重模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送至CPU進(jìn)行判斷處理。實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換的12bit高速轉(zhuǎn)換芯片采用SPI接口與CPU連接。
　　
　　（5）軟件濾波。在A／D轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行18次模數(shù)轉(zhuǎn)換，去除zui大值和zui小值之后，再求平均值。濾除跳躍較大的模擬值。
　　
　　（6）模擬值與物重之間的換算。模擬值與物重之間的換算公式為：G=Km+b，其中，G為模擬量，K為比例系數(shù)，m為物重，b為毛重，其中K根據(jù)設(shè)定的量程范圍不同而不同。在程序中K為參數(shù)化設(shè)置，確定好量程范圍后，選取對應(yīng)的K直即可求得對應(yīng)的物重。
　　
　　（7）物重預(yù)報警和超重處理設(shè)置。預(yù)報警處理采用蜂鳴器報警和指示燈（黃色）閃爍提示。超重報警處理除采用蜂鳴器報警和指示燈（紅色）閃爍提示外，還采用了繼電器輸出控制。當(dāng)重物超重時，繼電器動作切斷吊鉤電源，阻止繼續(xù)起吊。
　　
　　（8）物重輸出。將物體的重量值通過串口通信的方式傳輸出去。
　　
　　（9）物重顯示。實時顯示物料的重量。
　　
　　3、重量檢測控制儀檢測實驗
　　
　　實驗方法：額定量程設(shè)置成18T（3個四位的撥碼開關(guān)設(shè)置成000000011000），反復(fù)調(diào)節(jié)電路參數(shù)，使得系統(tǒng)處在*工作狀態(tài)。在不同重物作用下，測得相關(guān)數(shù)據(jù)和指標(biāo)參數(shù)如表1所示。　　
　　實驗結(jié)果說明：1）數(shù)碼管顯示值與物件重量實際值偏差較小；2）重量檢測精度高，分辨率可達(dá)到0．01T；3）預(yù)報警和超重報警功能正常；4）能實現(xiàn)系統(tǒng)自我保護(hù)。為了減小誤差，實際應(yīng)用中將多次實驗的數(shù)據(jù)制成表格，并進(jìn)行修正。
　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　新型重量檢測控制儀采用電流傳輸信號，極大地減小了信號傳輸過程中受干擾，提高了器件的穩(wěn)定性和抗*力；運用編程進(jìn)行時間濾波來有效地消除周期性的干擾；使用雙重報警（預(yù)報警和超重報警），加強了對起重機(jī)的保護(hù)能力。因此，文中設(shè)計的新型重量檢測控制儀不僅具有較高的研究價值，而且具有較好的工業(yè)應(yīng)用價值。