采用红外遥控技术进行设定目标重量,以PIC16F877单片机为核心控制芯片,研制成功了六嘴回转式电子秤水泥包 装机的智能控制系统，实现了控制系统的髙精度测量和包装，具有完善的控制功能和抗干扰能力。

1.引 言

电子秤包装机控制器用于六嘴回转式颗粒状或粉 末状的物料(如水泥、化肥、粮食等)定量包装系统中， 自动化程度、计量零度要求越来越髙，要求插袋、喂料、 压袋、推包、破袋处理、设定目标重量等过程能够实现 自动控制。由于控制器安装在生产现场的回转部分的 六个下料嘴对应的6只电控箱中，控制器的安装位置 比较高，目标重量设定采用控制器的按键设定极为不 方便，也不利于控制室控制，只能作为目标重量的辅助 设定方式。考虑采用遥控设定或有线通信设定，若采 用有限通信方式设定，根据现场的包装机设备中央控 制单元发送的设定信号要通过滑环传送，并进行串并 转换为并行信号，完成与控制器的通信设定。由于回 转部分的380 V动力电源和220 V控制电源还有检测 部分，都通过滑环与控制器相连，滑环之间的相互干扰 比较大，这样会使得采用通信方式的设定不准确，造成 生产的不可靠。因此，本系统以PIC16F877单片机为 控制芯片设计实现了红外遥控作为设定目标重量主要 方式的电子秤包装机控制系统。做好软件的处理，即 可完成方便灵活、可靠的、准确的实现生产的自动 控制。

2.控制系统总述

电子秤是包装机的一个独立的控制部件，安装在 包装机电控箱内，从包装箱观察窗可以看到电子秤的 重量显示和状态LED指示。其控制器由单片机、检测 电路、控制电路、人机接口电路和遥控设定电路等组 成，如图1所示。

选用美国Microship公司的PIC16F877单片机为 控制系统的CPU，对各部电路进行检测和控制。经过 调零调满后，CPU发出插袋控制信号；当检测到包准 备好信号时开始喂料，控制粗细阀一起打开，CPU将 荷重传感器检测的重量信号与目标重量的粗细流阈值 进行比较，判断是否关闭粗细阀，从而发出控制指令； 然后根据检测的推包位置到和皮带脉冲到信号，发出 推包控制信号。

3.提高重量测量精度的方法

用户要求装包重量精度比较高，即要求水泥重量 的测量具有很髙的精度，系统的多个环节都考虑髙精 度的要求而进行设计。

3.1下料方式采用粗细配合方式

单片机控制各嘴电磁阀的开关来控制物料下料， 控制电磁阀的开度来控制下料的速度。考虑到生产的 效率和物体的惯性，为了能够精确地控制喂料的重量, 系统的设计采用粗细阀配合使用的下料控制。开始下 料时，控制电磁阀开度最大，即粗阀和细阀一起打开， 快速下料;当接近目标重量(即达到粗流阈值)时，要控 制下料的速度控制将电子阀开度关小些，即粗阀关闭， 下料速度减慢;进一步接近目标重量（即达到细流阈 值)时,完全关闭电磁阀，即细流阀关闭。通过多次的 实验，获得较为合适的粗流、细流阈值，提高了包中物 料喂料的精度。

3.2 CPU的选择

为了提髙系统的重量测量精度要求，需要选择高 精度的A/D转换器;本系统选用的PIC16F877单片机 内含10位A/D转换器，满足系统的重量测量精度要 求;PIC16F877单片机具有256字节的EEPROM存储 器,内置看门狗电路,对粗流细流阈值的设定值具有掉 电保护作用，而且价格便宜，外围接口电路简单，转换 精度高，看门狗可以对软件运行出错提供保护功能，不 仅增加了重量测量精度,还提髙了系统可靠性。

3.3重量检测电路的设计

物料重量经过荷重传感器输出相应的0?5 mV 电压，再经过重量检测电路将其变化到0?5 V电压，送至单片机的AD转换输人口 RA5，如图2所示。 因为下料的过程是个动态的过程，为了保证测量的精 度，该电路做了相关的动态校正电路。

当测量的物料重量稳定不变时，荷重传感器收到 的力F即为物料的重力mg。由式(3)可知，由放大器 U3构成的放大电路为微分环节，则此环节不起作用, 即m<=0，根据式(1)?(3)、(5)得重量测量电路的输入 输出关系为比例放大的关系，如下所示：

根据u1和u6的关系设计需要的电路的参数，通 过调节RW2进行重量满刻度的校定。当包装机工作 时，物料重量是在变化的,而且落人包中的物料是有速 度和加速度的、根据动力学原理,荷重传感器收到的力 为：F= ma+mg ,此时重量的测量如果只是单纯地用 图3中的组成比例放大电路，在测 量中会存在误差，为了解决动态测量中的测量误差，加 人了放大器组成的微分环节。由式（3)和式（4)可 知，动态测量时，由于的微分环节和叫的减法环 节，合理地调节,即a系数，在动态测量中可以实 现对动态测量误差的补偿，从而提高测量的精度。

3.4可靠稳定的电源

在进行AD转换时,其数字量和模拟量的对应关 系为：

为了确保AD转换的精度，需要稳定、可靠且精度 比较高的参考电源，为此参考电源的设计如图3所示。 对常规的线性电源做了优化，为了模拟地AGND基准 的准确、不偏移，在输出士5 V之间利用两个相等的电 阻风、尺2进行电压取样。当AGND有偏移时，通过 Ue放大器，电容C8组成积分调节器对AGND的偏进 行反馈调节，自动实现AGND基准的准确。另外保证 电压测量电路中各放大器±5 V电源的对称性，利于 测量精度的提高。

4.目标重量的红外遥控设定

4.1红外遥控设定原理

本系统采用控制器上的按键设定和红外遥控无线 设定两种方式进行目标重量的设定。红外遥控是目前使用最为广泛的遥控手段，红外通信采用的光波波长 范围为850?900 nm的红外线。本系统的遥控器选 用PIC16C72单片机作为控制芯片，根据按键设定的信 息，将其进行编码和调制,经过放大驱动红外线发射二 极管发射红外信号。包装机控制器的红外接收装置将 接收的红外信号进行解调和解码，最终还原设定的信 息，实现遥控设定。其原理框图如图4所示。

由于采用单片机作为控制芯片，发射部分的编码、 调制和接收端的解调、解码均通过软件实现，简化了硬 件电路，提高发射可靠性。

4.2红外遥控设定倍号的编码及数据传输协议

根据实际情况制定了红外发送和接收的数据传输 协议，协议码为32位二进制数据，其中地址码8位、标 志码16位、校验码8位，各码的规定如表1所示。数 据码为设定重量的压缩BCD码;校验码采用的是和校 验的方法，由协议码的前3字节相加而得。然后采用 脉冲编码的方式，将“1”定义为1T的高电平和1T的 低电平;“0”定义为1了的髙电平和3丁的低电平(T为 延时周期），数据码就被编码成脉冲序列。

4.3红外遥控设定信号的调制

由于采用的是红外光发射，考虑到接收端的接收 能力，需将脉冲串进行调制，其编码和调制的软件设计 如图5所示。调制的载波为38 kHz脉冲波。采用 ASK调制方式,将由单片机软件方式实现的38 kHz 载波与编码信号进行调制，调制后的信号由红外发 光管发射，与包装机控制器端的接收电路以及相应的 解调和解码软件相配套就可实现远距离的准确遥控。

5.结束语

采用红外遥控设定包装机的粗、细流阈值，操作灵活方便，与包装机控制器相配合使整个包装机控制系 统运行准确可靠，具有较强的抗干扰能力，控制精度 髙，50 kg的包装，误差小于0. 05 kg，精度可达0.1%; PIC16F877的资源丰富，为以后的技术改进也留有一 定的资源，可继承性强。该系统现已投入使用，取得了 良好的控制效果;成本低廉，经用户试用，反应良好。