基于單片機的模擬智能傳送裝置設計

郭海麗

（衡水學院 電子信息工程學院，河北 衡水 053000）

0 引 言

隨著傳感器制作工藝技術的提升、微電子技術的不斷發展、計算機技術的成熟以及傳送裝置系統的不斷完善，稱重技術在傳送裝置系統中實現了智能化、數字化和測量精度方面的重大突破[1]。雖然目前傳送裝置系統功能實現了智能化、數字化，但隨著企業工業生產管理自動化程度的不斷提升，迫切需要進一步提高生產效率，而這就需要研發性能更加完善的傳輸傳送稱重設備[2]。

本設計采用模擬方式，對于研究和完善新一代傳送裝置系統功能控制平臺具有現實意義，實現功能的同時，可大大節省研究傳送裝置系統的成本。

1 系統設計方案

以單片機為控制核心，以C51為編程工具，設計了一種模擬智能傳送裝置。設計中，通過繼電器驅動傳送裝置的直流電機，流水燈模擬傳送帶的運動狀態，按鍵控制傳送帶的啟動、停止、正轉、反轉以及設置稱重限制值。設計的重點是應用重力傳感器精確測量載物并采集數據[3]。系統主要由控制模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、按鍵模塊、報警模塊、電機驅動模塊和顯示模塊等組成，設計總體方案如圖1所示。

載體傳送情況下，通過傳感器的壓力檢測可獲得電信號。即使電信號比較微弱，用電路采集數據的電信號，處理后傳送至A/D轉換器，通過A/D轉換器將虛擬信號轉變為數字信號輸出。運用MCU控制器技術收納數字信號，經A/D轉換器處理顯示在顯示器上，然后經計算處理，把數字信號轉換為通俗易懂的實際信號。同時，單片機控制器定期掃描鍵盤，通過鍵盤程序控制整個系統，包括一系列動作行為功能。此外，水燈是否超重，反映了相反的流動狀態；繼電器不超重時可驅動傳送帶馬達，超重時則發出警報[4]。

圖1 系統設計總體方案

2 系統主要硬件電路設計

2.1 信號放大電路

由于應變片橋路輸出信號一般較弱，大多數電阻應變片傳感器的橋路輸出與直流放大器連接。本文設計的放大器由三個集成運算放大器組成，如圖2所示。

運算放大器A1和A2為相同的相位差輸入模式。采用同相輸入模式不僅可以有效提高放大器電路的輸入抵抗，還能減少弱輸入信號的衰減。差分放大不僅放大了差模信號，而且跟隨共模輸入信號提高了差模信號的幅度和共模信號的比值[5]。

2.2 電機驅動電路

本設計采用繼電器驅動直流電機，電路如圖3所示。當三極管從導通變為截止時，繼電器的繞組產生較大的自感電壓，與控制繼電器線圈三極管的E極和C極的電源電壓疊加，導致發射極結可能被擊穿。為了避免感應電磁場造成的不利因素，可在繼電器線圈的兩端并聯一個二極管，以抵制電磁場產生的有害影響。自感應電壓與電源電壓之和為二極管的正偏置電壓，導致二極管導通并產生循環電流。另外，感應高電壓通過回路釋放，以確保晶體管的安全。

圖2 三運放高共模抑制比放大電路

圖3 電機驅動電路

3 軟件設計思路

單片機上電復位后，首先進行初始化，顯示器顯示當前載體重量和上限值重量，流水燈處于熄滅狀態。按下啟動鍵后，如果按下前進鍵，直流電機將向前旋轉，流燈將向前流動；如果按下反向鍵，直流電機將向后旋轉，流燈將向后流動。按下停止按鈕后，系統停止工作。通過設置鍵、號碼+鍵和數字鍵設定載重的上限值。按下設置鍵后，將指示燈設定為打開狀態，通過數字+鍵和數字鍵改變上限值。設定上限值后，設定指示燈熄滅。當載體重量小于上限閾值時，電機正常運行，指示燈正常運行；當載體重量大于上限閾值時，直流電機停止工作，指示燈熄滅，報警器發出警示；當載體重量減少到上限閾值以下時，直流電機恢復正常轉動，指示燈恢復正常工作，報警器停止報警[6]。

4 結 論

本文設計了一種以單片機為開發平臺的模擬智能傳送裝置，提出了系統硬件各個模塊電路的具體設計方法和軟件的設計思路。采用經過改進的三運放高共模抑制比放大電路，提高了測量精確度。從整體看，本系統穩定性良好、測量精度高、功能相對完善，但由于多方面客觀因素，此次設計仍需改進，尤其高共模抑制比放大電路部分的設計并不理想，需進一步調試。