介绍以AT89C52为核心的螺旋电子秤的硬件设计和软件设计，利用PI控制算法实现物料的流量控制。

通过软件和硬件的合理配合，使系统实现动态称量的功能，且测量误差不大于±2%。

1.前言

在工业生产中，有很多需要对粉末状或小颗粒状 散状固体的流量进行准确测量和控制的情况，如水泥 厂、铁合金厂、铝厂等要对原料配料进行准确计量。 螺旋电子秤就是针对实时动态称量工业用原料的需要 而设计的，对完善工业部门物资计量体系具有一定意义。

2.螺旋电子秤的硬件设计

2.1螺旋电子秤的工作原理

螺旋电子秤是根据科氏力与物料质量流量之间成线性关系的原理设计的。其结构示意图如图1所示。

物料从入料口进入装在筒内的螺旋，螺旋的转速由电磁调速电机控制，物料随着螺旋的转动向前移动， 物料在向前移动过程中要经过装在螺杆下面的压力传 感器，压力传感器将物料的部分质量转换成毫伏级的 电压信号，并通过前置放大器转换为0?十10V的直流 电压信号，再经滤波和A/D转换器转化，将得到的数 字信号传送给单片机AT89C52。

单片机对数据进行实时处理得到物料重量，一方 面将物料重量送给数码显示管显示；另一方面对物料 重量作PI调节，所得控制量经过D/A转换后输出一 电压信号给变频器，变频器控制电磁调速电机的转速， 从而自动调节螺旋的转速，也就自动控制了物料的流 量，达到精确控制固体物料流量的目的。另外，单片 机与PC机的串口通过MAX232转换电平后，通过串 口通讯进行数据交换。

螺旋电子秤的硬件系统框图如图2所示。

2.2螺旋电子秤测量模块的设计

螺旋电子秤的测量模块主要包括传感器、信号采 集电路和A/D转换3部分。信号采集电路包括放大电 路和滤波电路，其电路图如图3所示。

A1起反向和满量程调整作用，调整W,使其输出 0~25mVo运放A2用作反向零点补偿和滤波，调整W2 使其输出为0?10V。为了防止工频串模干扰信号混入 测量仪器而产生测量误差，硬件上采用了性能良好的 双T滤波器。双T滤波器的参数选择应满足C1=C2=2C3, R1=R2=2R3,适当调整RW,、RW2消除50Hz工频干扰 可得到更好的滤波效果。

A/D转换器采用美国模拟数字公司（Analog)推 出的AD574。它是单片高速12位逐次比较型A/D转 换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具 有外接元件少、功耗低、精度高等特点，并且具有自 动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件 即可构成一个完整的A/D转换器。

2.3螺旋电子秤动态称量的实现

螺旋每旋转一圈，从出料口流出一定量的物料。 要实现动态称量且要使测量精度尽量提高，就要尽量 减少给料螺杆的震动以免压力传感器的测最值并非实 际值。要减少螺杆的震动保持螺旋内的物料稳定，就 要使螺杆的转速尽量固定在一个恒定值，也就是要通 过控制使电磁调速电机的转速恒定，这样压力传感器 的输出电压也就稳定在一个值上，得出每次从出料口 出来的物料重e相等，使得AD—0，这样从6时间段内总的物料重最直接采用累计积分的方法就可以得 到，即：

式中：

D?为T?时刻A/D转换器转换后输出的数字量；

K为标定系数。

K直接以数字的形式参加 运算，改变K可改变电子秤 的吨位,使现场实物标定变得 非常简单。

为此，系统中在硬件上采 用螺旋产生的转速脉冲作为中 断信号，对AD574的输出信 号进行采样。单片机对采样信 号进行数据处理后得到物料重 量，并将物料重量一路送累计显示，另一路与变频器 给定值对应的重量值作比较。由此产生一偏差信号， 通过软件P1调节后，与自动预置值相加后，调节螺旋 的转速，使螺旋内的物料保持稳定，也就使传感器上 的电压稳定在一个值上,从而实现较为准确的动态称量》

3.螺旋电子秤的软件设计

3.1 PI控制算法

从螺旋电子秤实现动态称量的过程可以看出，系 统中采用了 PID控制算法中的PI控制，通过软件调 节比例系数和采样时间的积分区间，使得给定变频器 的控制量为一个恒值，也就使得电磁调速电机的转速 为一个恒值，从而使螺旋里的物料稳定，使压力传感 器的输出电压保持恒定，实现动态称量。

3.2系统软件设计

系统软件采用模块化结构编制，主要分为主程序 模块、初始化模块、采控模块、数据处理模块。主程 序控制模块包括主监控程序、键盘扫描程序、显示子 程序等；初始化模块主要包括模拟电压、标定系数等 参数的设定子程序以及数字键处理子程序和提示符显 示子程序；采控模块包括数据采集中断服务子程序和 通讯中断响应子程序；数据处理模块包括数字滤波子程序、PI调节子程序、物料总量积分运算子程序等。 系统程序流程图如图4所示。

除了在硬件上采用滤波手段外，还采用了软件滤 波，以减少现场干扰。其中的数字滤波子程序就是实 现对A/D转换后的数据进行预处理的功能。A/D转换 完成后，由AT89C52读取AD574送出的12位二进制 数据。但由于现场干扰，可能会产生脉冲干扰，因此 必须对数据进行预处理。采用中值滤波的方法，即将 采集到的每4个数据去掉1个最大值和1个最小值， 其余2个取平均作为测量数据，以减少尖峰干扰。

4.结束语

本文介绍的螺旋电子秤以AT89C52为核心，运用 PI控制算法，实现了工作过程的自动化。实验表明， 系统工作稳定，测量误差不大于±2%，具有可靠性高、 操作简单的特点，达到了设计目的。