| ARM稱重配料系統設計 | 2020-01-18 |
| 摘要：針對工業電子秤進行稱重配料系統智能控制，為了降低成本，該文設計了一種基于ARM CORTEX m0的智能稱重配料系統。自動配料系統采用低成本ARM 處理器stm32f051作為核心控制器，通過霍爾稱重配料系統計作為監測裝置，采用TFT觸摸屏設計人機控制界面，sdio進行信息存儲。本裝置用戶體驗良好，成本低廉且控制方便，適用于對長時間兌料工程中的原料稱重配料系統監控與調整。用戶能夠方便的進行控制，同時提高了自動配料系統的穩定性與可靠性，具有提高效率、節省成本的良好前景。 1 概述 目前工業上有需要對化工原料、食用油、添加劑等高粘稠液體進行動態定量和計量，尤其是在車間配料時需要動態跟蹤原料配制狀態以及被測介質溫度。配料系統根據用料需求以及溫度數據快速轉換，計算出需要的補償介質量。并且能夠實時計算出出料量、日累計、總累計量等數據，方便了生產管理以及成本統計。能夠使所計算的介質質量避免受到溫度變化的影響，確保了配料的精度，杜絕人工配料產生的誤差和滴漏等現象，操作簡單快捷，比人工操作省時省力，提高工作效率，有效的降低了生產成本，整個操作更加清潔衛生，使生產環境更加規范。 2 總體方案設計 自動配料系統采用arm作為核心處理器，通過測溫鉑電阻進行溫度信息采集，設計稱重配料系統監測電路對霍爾配料計進行信息采集，最后根據用料需求結合溫度信息來控制電磁閥門的通斷。 霍爾稱重配料系統計是一種基于霍爾稱重模塊的金屬傳感器稱重配料系統計，通過計算產生的脈沖頻率來監控液體稱重配料系統大小。鉑電阻是工業中常用的溫度檢測稱重模塊，但是其溫度和阻值存在比較明顯的非線性性，它的靈敏度會隨著溫度的升高而變小。設計中采用利用A/ D 轉換器的轉換特性來實現鉑電阻的非線性校正。 電磁閥門采用直動式電磁閥，閥門中心為關閉件，兩端為電磁線圈。通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉，這種控制方式較為簡單可靠，易于處理器控制多個閥門。 整體自動配料系統結被測溫度為液體原料溫度，通過霍爾稱重配料系統計監測液體稱重配料系統。采集后的稱重配料系統信息和溫度信息送入ARM芯片內進行處理，實時計算出出料量、日累計、總累計量等數據，并且存儲于sd卡中，按設定的溫度要求來換算溫度變化對介質量的影響，并且根據配料量的要求綜合控制各個兌料口電磁閥門的通斷。稱重儀表通過觸摸屏TFT顯示實時溫度狀態，并且用于設定相關控制參數。 3 自動配料系統硬件設計 3.1 核心處理器的選擇 本自動配料系統在核心處理器的選擇上，在滿足設計需求的情況下，選擇性價比的處理器來實現整個自動配料系統的核心控制。Stm32f051系列arm是st公司基于arm cortex m0 內核推出的高性能實時處理器。該內核具有32位精簡指令集，并且可以運行在48MHZ頻率。該芯片具有64K字節Flash，8k字節的sram，并且具有12位的ADC轉換器，16位定時器，SPI通信接口，并且多達55個高速I/O口，非常適合用于本自動配料系統中。自動配料系統核心硬件示意圖如圖2所示： 自動配料系統電源通過24v供電，24v電源分兩路，一路輸出電磁閥門供電。一路進行降壓，通過LM2596T和asm1117分別降壓為5v和3，3v，其中5v通向霍爾稱重配料系統的稱重模塊，3.3v給主控制arm供電。8M晶振提供給主芯片作為時鐘晶振，同時由于要使用到內部rtc，同時連接低速32.768khz晶振。調試通過jtag標準20腳進行程序的下載與仿真。外部留下rs232串口模塊用于ISP程序的燒寫與更新。 同時對于各液體通道的電磁閥門的控制采用繼電器通斷電源的方式進行，通過IO管腳控制繼電器的通斷： 3.2 溫度檢測部分設計 對液體溫度的監測采用測溫鉑電阻來實現，該方案能夠用于高溫情況下的溫度監測，但是當溫度范圍越大，鉑電阻檢測溫度的非線性越強，因此為了減小在高溫情況下非線性對檢測精度的影響，通過動態反饋的方式來調整通過測溫鉑電阻的激勵電流，從而實現電壓輸出的非線性補償。電路設計如圖4所示： 3.3 TFT觸摸屏控制設計 觸摸屏觸摸控制采用觸摸感應芯片xpt2046，其內部結構能夠快速完成電極電壓的切換，從而實現A/D信號的快速轉換。硬件電路如圖5所示。 上圖中x+，y+，x-，y-分別連接觸摸屏的正電極和負電極兩端，轉換后的信號通過spi接口和stm32f051相連接，由arm處理器判斷液晶屏的觸摸感應點。 3.4 信息存儲模塊設計 為了便于之后的查詢需要，對于出料量、日累計、總累計量等數據需要進行存儲，存儲方式采用安全數字輸入輸出卡（Secure Digital Input and Output Card），SDIO在SD標準上定義了一種外設接口，具有容量大，便于修改等特點。自動配料系統中軟件采用FATFS文件自動配料系統進行SD卡的讀寫。 4 軟件設計 4.1 信號采集與處理 信號采集主要包括溫度采集和稱重配料系統信號的采集。 溫度采集程序流程：首先對用于溫度采集的arm的AD端口進行初始化，之后通過tft觸摸屏選擇發送溫度采集命令，等待命令接收后進行數據接收，接收后的模擬信號通過處理器的a/d模塊轉換成數字信號，然后對比預設溫度值，進行液體體積變化的計算。并且把實時溫度在TFT液晶屏上進行顯示。 稱重配料系統監控信號采集流程：首先自動配料系統初始化，tft觸摸屏選擇發送定時采樣命令，對霍爾稱重配料系統計輸出的脈沖信號進行計數，然后根據轉換公式計算出對應的液體稱重配料系統，結合溫度對液體體積的影響，統計出料量，對比是否超過預設值。進而更加設計要求控制不同的電磁閥門的開關閉合，進而精確控制配料量。 4.2 人機交互界面設計 為了方便用戶控制和設置預定參數，設計了采用觸摸屏TFT做為基礎的GUI界面，GUI為 Graphical User Interface 的簡稱，為了提高工業用戶的可操作性，并且可以省掉機械按鍵，避免環境腐蝕，提高了可操作性。本項目中設計GUI脫離處理器和液晶硬件的圖像用戶接口，并在設計軟件時形成獨立應用控件，比如觸摸按鍵顯示，中文顯示，窗口，text文本顯示等。 5 結束語 隨著自動控制的發展，原料配制越來越朝著高精度與自動化方向發展。為了能夠更加方便的進行控制，該文采用了設計GUI控件用于TFT觸摸屏用作人機操作界面，采用鉑電阻作為溫度稱重模塊進行溫度采集，霍爾稱重配料系統稱重模塊進行配料監測，采樣后的信號經轉arm處理器處理換成出料量后與預設值進行比較，進而按照設計要求控制電磁閥門的開與閉，精確控制每種不同配料的流入 量，并且通過arm的spi接口外接sd存儲器進行信息存儲。本方案具有操作方便，用戶界面友好，自動化程度高，精度高，并且成本低廉等特點，特別適合用于各種工業場合。 | |
