本文介紹電子重力式給煤機稱重係統的傳感器和相關電路的設計，包括：應變片式重力傳感器，自跟蹤橋路電源，重力信號的采集、調理、放大及A/D轉換電路，ADC7705與微機的硬件接口及軟件。稱重係統設計的目標為確保給煤的稱重計量精度達到3‰。

電子重力式給煤機主要用於火力發電廠的供煤係統中,承擔向鍋爐連續、定量、均勻供煤的任務，給煤機稱重控製係統實現在運行過程中對燃煤進行精確計量，並根據人工設定值和燃燒控製係統的反饋信息控製給煤率，使輸送入鍋爐的燃煤與所需燃料相適應，從而達到理想的管理效果和經濟效益。控製器工作的基本原理是測量皮帶上單位長度的煤重q（公斤/米）和皮帶的行進速度V（米/秒），兩者相乘得出實際的給煤率。控製器不斷將實際的給煤率與設定的給煤率相比較後經PID運算，自動調節輸送皮帶速度，達到精確的給煤率。

由此可見，燃煤的精確計量對本稱重係統的精度起著關鍵作用，所以，在給煤機稱重儀表係統中，不但對稱重傳感器本身進行精心選擇，而且還對傳感器的橋電源和A/D轉換器進行了精心設計。

1.重力式給煤機中的應變片式稱重傳感器

稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置，它的性能在很大程度上決定了給煤機控製器的準確性和穩定性。由於應變片式傳感器具有結構簡單、輸出精度較高、線性和穩定性好等優點，所以本係統采用此類型號的傳感器。

金屬電阻應變片是利用金屬電阻絲在張力作用下伸長變細、電阻增加的原理製成的。將該片貼在被測物體上，當被測物體受外力作用伸縮時，其電阻值也作相應變化。應變片被接成橋式電路後，應變片電阻的變化就轉換成電壓的變化。為了增加電橋的輸出，本傳感器橋路設計成4枚應變片都受力作用的形式。假如電橋平衡時R1=R2=R3=R4＝R時，那麽橋的輸出電壓與輸入電壓關係為：

ΔUo＝ΔR×Ui/R

由於電阻應變片式傳感器受溫度影響較大，為了改善其溫度特性，傳感器中除采用本身溫度自補償應變片外，還在不受力方向上各貼二片零點補償Rw1、Rw2和靈敏度補償片R01、R02。零點補償是在橋中接入電阻溫度係數和電橋中應變片溫度係數相反的電阻元件，使橋路電阻溫度影響相互抵消，減少電橋零點隨溫度的變化。靈敏度補償是在對橋中串接兩個與電橋溫度係數相同的電阻，減少橋輸出電壓隨溫度的變化。

2.自跟蹤式傳感器電橋電源

由於應變片式傳感器電橋輸出信號電壓非常小，因而要求供橋的電壓也要很穩定，為此稱重係統采用對稱型，並且有良好跟蹤性能的電源。

IC1為同相放大器，把高精度穩壓集成電路LM431輸出的2.5V基準電壓放大2倍，經N2驅動，N1限流輸出穩定的+5V電壓，作為橋的正電源。IC2為反相1倍放大器，把IC1輸出的+5V電壓反相，再經P2驅動，P1限流輸出-5V電壓，作為橋的負電源。橋的正負電源電壓絕對值相等、符號相反，所以該電路有效地抑製電橋中點電壓的漂移，為傳感器提供穩定的電源，提高了傳感器輸出信號的精度。

3．重力式給煤機稱重係統中的A/D轉換器

電阻應變片式傳感器其輸出電壓一般為毫伏級，傳統的電路設計方法是在A/D轉換前增加一級高精度的測量放大器，這樣就增加了成本，稱重係統也較為複雜。本係統采用AD7705作為橋路信號的調理、放大和A/D轉換電路，AD7705的2個全差分輸入通道正好滿足稱重控製係統使用兩個稱重傳感器測量皮帶上的重量的需要。

AD7705是ADI出品的適用於低頻測量儀器的A/D轉換器。它具有完整的模擬前端，能將從傳感器接收到的很弱的輸入信號經信號調理、放大和A/D轉換，直接轉換成串行數字信號輸出，而無需外部儀表放大器。AD7705采用的∑-Δ的ADC，實現16位無誤碼的良好性能，器件還包括自校準和係統校準選項，以消除器件本身或稱重控製係統中的增益和偏移誤差。AD7705采用串行總線與微控製器或DSP係統連接，通過軟件編程可以對增益、信號極性、輸入通道、數據輸出更新率、數字濾波器的第一個凹口作出設置。

AD7705片內主要包括五個寄存器它們是：通信寄存器、設置寄存器、時鍾寄存器、數據寄存器、測試寄存器。

通信寄存器，8位，管理通道選擇，決定下一個操作是讀操作還是寫操作，以及下一次讀或寫那一個寄存器。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。

設置寄存器，8位，決定校準模式、增益設置、單/雙極性輸入以及緩衝模式。

時鍾寄存器，8位，包括濾波器選擇位和時鍾控製位。

數據寄存器，16位，儲存了最近一次A/D采樣的轉換結果，器件輸出的數據從這個寄存器讀出。

AD7705的串行接口包括5個信號：即/CS、SCLK、DIN、DOUT和/DRDY。DIN線用來向片內寄存器傳輸數據，而DOUT線用來訪問寄存器裏的數據。SCLK是串行時鍾輸入，所有的數據傳輸都和SCLK信號有關。/DRDY線作為狀態信號，以提示數據是否準備好，數據輸出寄存器中有新的數據字時，/DRDY變為低電平。在數據輸出寄存器數據更新前，若/SRDY變為高電平，則提示這個時候不讀數據，以免在寄存器更新過程中讀數據。/CS用來選擇器件。

由於7705是串行A/D，與微處理器接口十分方便。89C51集成度高、速度快，其布爾操作和對I/O口的位操作功能可以良好地和7705配合使用。給煤機稱重控製係統中AD7705與單片機89C51的接口電路。7705串行時鍾信號SCLK由單片機產生，通過P20輸出，因隻用一片AD7705，使片選CS接地。同時將7705的輸出狀態/DRDY線與89C51的外中斷輸入口INT0相連，用中斷方法對/DRDY線的監控，當數據寄存器何時被更新後，/DRDY線的下降沿產生中斷，在中斷服務程序中讀取采樣值。

AD7705串行接口輸入/輸出還便於光電隔離，最簡單情況下，單片機可隻用三個I/0口和三個光電耦合器可方便解決兩通道A/D轉換接口。

89C51與AD7705的接口

89C51單片機應用位操作指令對A/D轉換AD7705的操作，89C51讀AD7705數據寄存器（兩字節）匯編程序如下：

RDDAT:SETBSCLK;讀AD7705數據-->DATH,DATL

RAD11:MOVR3,#10H

RAD10:CLRSCLK

SETBSCLK

MOVC,DOUT

ACALLRLD2BT;DATH,DATL兩字節左移一位

DJNZR3,RAD10

SETBSCLK

RET

RLD2BT:MOVA,DATL;DATH,DATL兩字節左移一位

RLCA

MOVDATL,A

MOVA,DATH

RLCA

MOVDATH,A

RET

89C51向AD7705寫寄存器（一字節）匯編程序如下：

WRITE:SETBSCLK;寫AD7705寄存器

MOVR1,#08H;A-->AD7705

WRTER:CLRSCLK

RLCA

MOVDIN,C

SETBSCLK

DJNZR1,WRTER

RET

對AD7705的設置寄存器、時鍾寄存器、數據寄存器的讀/寫操作，必須首先對通信寄存器寫入相應的代碼，指明操作對象和操作類型，然後才能對其進行操作。

係統上電後，CPU先通過寫入32BIT的“1”對AD7705進行軟件複位；然後對AD7705兩個通道初始化，本稱重係統包括：根據設計要求，寫時鍾寄存器時指明AD7705的主頻為2.4576MHZ、設置輸出更新率為50HZ；寫設置寄存器時設置增益為64，雙極性工作方式，緩衝模式及濾波同步,啟動某通道自校正後進行數據轉換。由於兩個通道初始化程序完全一樣，隻寫一個通道的初始化子程序框圖。

在INT0中斷服務程序中，讀取正在轉換通道的A/D值，多次測量數據處理後，切換啟動另一通道A/D轉換。為了增加稱重係統的可靠性，防止AD7705接口迷失而造成係統不能正常工作，程序中定時檢測是有否A/D轉換標誌，如果一秒內沒有新的A/D轉換，就軟件複位AD7705，重新初始化AD7705。

精心設計的給煤機控製器稱重係統已經得到成功地應用，保證燃煤的精確計量，使重力式給煤機在火力發電廠的供煤係統中,承擔向鍋爐連續、定量、均勻供煤的任務。

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