混凝土配料設備是混凝土攪拌站的主要組成部分，主要用於混凝土生產中原料的稱量，是保證混凝土質量的重要前提。由於自動化的混凝土攪拌站具有產品質量優質穩定、生產成本低、效率高、節能環保等優點，現有混凝土生產設備多采用微機控製係統。控製係統可以設定各種原材料的配比和K8凯发登录入口，控製各輸人物料的瞬時K8凯发登录入口，從而達到控製混凝土質量和產量的目的。同時，自動控製係統也是實現自動化、智能化、科學管理、安全生產和節能降耗的重要技術手段。

    現有混凝土配料控製器采用專用模塊，價格較高、維修性能差、可擴展能力有限、通訊功能弱，因此對控製器進行改進，開發新型配料控製器具有實際意義。

1控製芯片的選擇

    采用通用控製芯片代替專用芯片，可降低成本、方便控製程序開發。使用AT89C52單片機自帶大量ROM和RAM的微處理器直接構成最小係統，這種方案的優點是實現了結構最簡、輸入／輸出能力強、無需附加譯碼電路、所需外部器件較少[1]，同時具有以下功能：(1)可以和任何總線型單片機接口，具有良好的通用性；(2)I／O口線可按位任意配置，係統調試極為方便；(3)具有加密功能；(4)高集成度、高可靠性；(5)可並聯或級聯，擴展方便。可見，最小係統具有良好的通用性、靈活性和可靠性，並且大大減少外圍電路。
 

2信號轉換電路的選擇

由於混凝土配料設備的工作環境惡劣，振動、煙塵、電磁、高溫、高濕等對電路構成嚴重威脅，故采用V/F轉換器代替A/D轉換器。V/F變換過程是對輸入信號的積分過程，能對噪聲或變化的輸入信號進行平滑處理，因而抗幹擾能力較強；其次是與微處理器的接口簡單，頻率信號輸入靈活，隻占用一根接口線，便於與接口進行光電隔離，進一步提高了抗幹擾能力和可靠性。
 

V/F轉換芯片有LM331、LM231、AD654、AD650、TC9400、VFQ -1C、ADVFC32等多種類型，其中性價比較高的有LM231、AD654兩種。

    通過對比可以看出，AD654具有功耗小、輸出頻率範圍大、輸出功率大等優點。通過圖2和圖3對比可知，AD654外圍電路較為簡單，因此采用AD654作為模數轉換器。

3控製電路的設計

    控製電路除控製芯片和模數轉換芯片外還需要一些外圍電路的支持，如鍵盤掃描電路、顯示電路、接口電路、光電耦合電路、複位電路等。
 

傳感器的信號通過調理電路能得到0～1V輸出電壓，從而滿足V/F變換電路輸入要求。AD654外圍電路主要有：6、7腳接人1000pF電容，為保證線性度，減少介電吸收和溫度係數，應采用聚苯乙烯、聚丙烯或特氟綸等材料的電容；3、4腳各接1kΩ電阻，為了使輸入信號可調，3腳可采用1個精密電阻和1個可調電阻；8腳接+5V電壓，1、8腳間接390Ω電阻與光電隔離器件相連；2、5腳接地。
 

通信接口采用USB總線接口芯片CH372，實現USB口通信。CH372是一個USB總線的通用設備接口芯片，完全兼容USB V2.0規範，具有8位數據總線和讀、寫、片選控製線以及中斷輸出，可方便地連接至單片機。通過USB與上位機的數據交換，實現生產過程的在線監測與實時控製。CH372外部器件隻需晶振和電容，電路簡單。
  

4控製軟件設計

    係統軟件采用Keli C51軟件開發環境，針對匯編語言的特點采用模塊化編程方法。程序主要包括5個模塊：主程序模塊、參數設定模塊、數據處理模塊、顯示模塊、通信模塊。

4.1主程序模塊

    該模塊主要控製電路的初始化、各芯片的選擇、係統複位等。係統的複位可分為硬件複位和軟件複位，軟件複位的主要方法有軟件陷阱、指令冗餘、軟件WATCHDOG等。需要注意的是軟件複位和硬件複位的區別，硬件複位指開機複位與看門狗複位，硬件複位對寄存器有影響，如複位後PC=000H、SP=07H、PSW=00H等，而軟件複位則對SP、SPW無影響。故對於微機測控係統，當程序正常運行時，將SP設置地址大於07H，或者將PSW的第5位用戶標誌位在係統正常運行時設為1。那麽係統複位時隻需檢測PSW..5標誌位或SP值便可判定是否為硬件複位。

4.2數據處理模塊

    該模塊的主要任務是將V/F變換形成的脈衝信號變為實際稱重數據。AD654經過光電耦合後形成脈衝方波，其頻率要轉化為數值必須通過計數器實現，計數器可以采用單獨的計數芯片如8253可編程計數器等，也可以采用單片機自帶的計數器即單片機的P3.4或P3.5口。通過計數器，AD654的輸出頻率變成讀數R_k，微處理器每隔一段時間Ts讀取一次計數值Rk，並同保存於RAM存儲器中的計數值R_k-n相減，得到的D_k即為模數轉換的結果[2]。

4.3通信模塊

    通信模式為USB方式，可以通過USB口和上位機連接，實現數據的雙向傳輸。單片機通過8位並口對CH372芯片進行讀寫，所有操作均由1個命令碼、若幹個輸入數據和若幹個輸出數據組成。CH372芯片占用2個地址位，當A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令；當A0為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據。在接收到數據或發送完數據後，CH372以中斷方式通知單片機進行處理。

4.4其他模塊

    參數設定模塊主要對傳感器進行調零、設定係統工作狀態、輸入混凝土配比等。顯示模塊用於輸出各種參數，如配方數據、傳感器測量數據、工作狀態指示、參數設定菜單、操作提示等。

5結束語

    本文介紹了基於通用微控製芯片的混凝土配料控製器的軟硬件設計，用AT89C52控製芯片代替專用控製芯片，用電壓一頻率轉換代替模擬量一數字量轉換，用USB通信方式代替RS - 232通信方式，使係統電路具有線路簡單、易於維護、抗幹擾能力強、性價比高等優點。

[參考文獻]

[1]陳炳和，計算機控製係統基礎[M]．北京：北京航空    航天大學出版社，2001．

[2]模／數轉換器AD654及其在數據采集係統中的應用[J]．集成電路應用，2002，(6)：46 - 48

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