无测速传感器电子皮带秤的研究与实现

论文摘要

本文是以太原某自动化仪表有限公司的研发项目“无测速传感器电子皮带秤系统的实现”为研究背景撰写而成的。电子皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续称重的一种计量设备,是工业生产过程中应用最为广泛的设备之一。在称重精度要求较高的现代化流水线作业环境中,电子皮带秤性能的优劣对于工业生产的效率和质量有着很重要的作用。传统的电子皮带秤中都包含有测速传感器。由于测速传感器属于精密易损器件,而电子皮带秤的使用环境一般比较恶劣,极易造成传感器损坏。另外,测速传感器可由于人为作弊等因素导致称量失真,给国家、企业造成严重损失。而且,当电子皮带秤用于配料系统时,称量失真还会严重影响配料后产品的质量。所以,测速传感器的选择和替代问题成为近年来相关学科和专家关注和研究的课题。本文设计的无测速传感器电子皮带秤是在双通道电子皮带秤基础上研发实现的。其基本原理是去掉皮带秤中的测速传感器,而在两个托辊上分别安装两组重量传感器,按照皮带运转方向确定前通道和后通道。通过对两个通道采集回来的重量信号进行比较分析,应用数字信号处理理论中互相关函数的理论,采用相关卷积及快速傅立叶变换等计算方法,直接从重量信号中提取出速度信号,再根据皮带秤的有效称量长度、托辊间距等一些参数,计算出皮带运转的速度,进一步得到皮带秤上物料的流量及累计量。文中分析了无测速传感器电子皮带秤实现的理论基础,给出了理论实现的算法并进行了仿真分析。详细介绍了系统的硬、软件设计,包括:主控芯片的选型及电路设计;电源电路、数据采集模块及上位机管理软件的设计;称重显示控制器与上位机的通讯及控制面板的设计等。在理论设计的基础上,绘制了PCB板图,进行了整机调试。实验研究表明:本文设计的无测速传感器电子皮带秤,可以省掉皮带秤中的测速传感器,从而减少皮带秤的损坏机率,提高皮带秤的称量精度和运行的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无测速传感器电子皮带秤的选题意义
• 1.3 设计的技术指标
• 1.4 设计的关键技术
• 1.4.1 数据采集方式的选择
• 1.4.2 测量速度方式的选择
• 1.5 国内外发展现状
• 1.6 论文的主要内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 无测速传感器电子皮带秤的理论基础
• 2.1 无测速传感器电子皮带秤的承重结构及问题的提出
• 2.2 算法推导
• 2.2.1 互相关函数的定义
• 2.2.2 互相关函数与线性卷积的关系
• 2.2.3 利用循环卷积求解线性卷积
• 2.2.4 循环卷积与傅里叶变换之间的关系
• 2.2.5 利用快速傅里叶变换求解傅里叶变换
• 2.2.6 滤波器的选择
• 2.2.7 算法流程
• 2.3 算法仿真
• 2.3.1 利用VB 进行理论数据的仿真
• 2.3.2 利用VB 对样机采样的实际数据仿真
• 2.3.3 存在的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 无测速传感器电子皮带秤系统的整体设计
• 3.1 无测速传感器电子皮带秤设计需遵循的原则
• 3.2 无测速传感器电子皮带秤的总体概述
• 3.3 无测速传感器电子皮带秤的整体结构
• 3.3.1 秤架
• 3.3.2 上位机管理系统
• 3.3.3 称重显示控制器
• 3.4 本章小结
• 第四章 称重显示控制器的硬件设计
• 4.1 称重显示控制器的总体设计
• 4.2 硬件平台的设计
• 4.2.1 CPU 的选型及电路设计
• 4.2.2 电源电路的设计
• 4.2.3 数据采集模块的设计
• 4.2.4 通讯部分的设计
• 4.2.5 扩展功能部分
• 4.3 控制面板的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 称重显示控制器的软件设计
• 5.1 软件设计的思想
• 5.2 有关算法的设计
• 5.2.1 主程序的设计
• 5.2.2 数据采集部分程序的设计
• 5.2.3 速度测量子程序的设计
• 5.2.4 流量及累计量测量子程序的设计
• 5.2.5 通讯部分的设计
• 5.3 控制面板部分的设计
• 5.3.1 键处理部分程序的设计
• 5.3.2 显示部分的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 无测速传感器电子皮带秤上位机管理系统的设计
• 6.1 上位机管理系统的功能
• 6.2 上位机管理系统的设计方案
• 6.3 系统运行平台和开发工具
• 6.4 系统模块的介绍
• 6.6 本章小结
• 第七章 系统的可靠性和抗干扰性设计
• 7.1 系统硬件设计采取的措施
• 7.2 系统软件设计采取的措施
• 7.3 印刷电路板设计采取的措施
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 论文主要完成的工作
• 8.2 存在的不足及尚待解决的问题
• 8.3 展望
• 参考文献
• 附录一 部分程序代码
• 附录二 AT91SAM7X256 的信号描述清单
• 附录三 无测速传感器电子皮带秤硬件平台的PCB 板图和实物图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文