2024年10月12日发(作者：隗齐)
２０１０芷
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１０
Ｎｏ．１
第１期
基于ＡＤ７７１８的超硬材料粉末自动配料系统设计
梁万用，胡智宏，江泳
４５０００２） （郑州轻工业学院电气信息工程学院，河南郑州
摘要：为了解决超硬材料粉末人工配料的缺陷，设计了一种基于ＡＤ７７１８的金属粉末自动配料系统。该系统使用螺
旋机构配料，用 一△结构２４位的ＡＤ７７１８实时采集物料的重量，根据不同粉末材料下料速度的不同，实时调整下料电机
的速度及电机停止的提前量，从而达到对不同粉末的精确配料。实验及实际运行表明，该系统配料精度高，运行可靠，在
金刚石、石墨等加工行业有很大的实用价值。
关键词：ＡＤ７７１８；自动配料；电机控制；超硬材料
中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２０１０）０ｌ—ＯＯ６４—０２
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂａｔｃｈｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｈａｒｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｏｗｄｅｒ Ｂａｓｅｄ ０１１ ＡＤ７７１８
ＬＩＡＮＧ Ｗａｎ—ｙｏｎｇ，ＨＵ Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ，ＪＩＡＮＣ Ｙｏｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｅｔ￣ｃＲｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅ￣ｎｇ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｌｖｅｒｓｌｔｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａ￣：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｅ￣ｃｔ ｏｆ ａｎ洒ｃｊａ１ ｈａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ｈａｒｄ ｍａｔｅｆｉ￣ｐｏｗｄｅｒ。ａｎ ａｕｔｏ—ｈａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ
ｈａｒｄ ｍａｔｅｆｉ￣ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤ７７１８．Ｉｔ ｕｓｅｄ ｓｃｒｅｗ ｍａｅｈａｎｉｓｍ ｔｏ ｂａｔｃｈ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ＡＤ７７１８ ｔｏ ｇ￣ｈｅｒ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ
ｏｆ ｍａｔｅｒｉａ１．Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｅｇｍａ—Ｄｅｌｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ２４ ｂｉｔｓ．ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ眦－
ｔｅｉｆ￣．ｉｔ ｃａｎ ａ￣ｕｓｔ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌＨｅ ｏｆ ｗｅｉｇｈｔ ｆ０ｒ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｒｕｎｎｉｎｇ ８０ ｔｈａｔ ｉｔ ｒｅ￣ｉｚｅ ｔｏ ｂａｔｃｈ ｍａｔｅｒｉａｌ
ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｉｓ ｅＣＯ・
ｎｏｍｉｃ ｆｏｆ ｔｌｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ．ｇｒａｐｈｉｔｅ．ｅｔｃ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＤ７７１８；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｈａｔｃｈｉｎｇ；ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏ］；ｓｕｐｅｒ ｈａｒｄ ｍａｔｅｆｉ￣
０引言
键盘数码显示 下料电机控制器
刀头、锯片等超硬材料制品在加工前的原料配料称重精度
对于质量有很大的关系。目前，针对生产刀头、锯片等超硬材
料制品前的称重配料，国内还没有专门的自动称重配料控制仪
●
料位光电开关
Ｉ
Ｌ
——
ｆ
Ｉ放大电踌
处
光
电
器，主要采用人工测量或通过固定模具量取。人工测量不仅浪
光
■ 电
费人力物力，而且称量不精确，效率低；固定模具量取，对于不
同密度材料或要求不同不同质量的物料均需制作不同的模具，
这样增高成本，且误差也很大。文中介绍了一种基于ＡＤ７７１８
的金属粉末自动配料系统，该系统以ＬＭ３Ｓ３０１嵌入式处理器为
Ｄ转换ｈ－ 隔 离 ．一Ｈ．． 理 器 —＿．－ 隔 离 ＿一驱动电路
▲ ＋
信号调理｝
▲
｝继电器』
物料搅拌电机
核心，使用螺旋机构配料，利用ＡＤ７７１８采集压力传感器信号，
实现了超硬材料粉末的精确称重配料。
１ 自动配料系统结构及功能介绍
压力传感嚣
图１系统结构框图
自动配料系统结构框图如图１所示。
２系统硬件电路设计
２．１处理器电路设计
该系统主要包括３部分：键盘及数码显示模块、数据采集
模块和下料电机控制模块。键盘和显示主要用来设置配料参
数、传感器标定、运行控制及重量显示；数据采集部分主要用来
检测物料的重量。
系统核心选用ＬＭ３Ｓ３０１，该处理器支持最大主频为２５ ＭＨｚ
的ＡＲＭ Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３内核，具有３２位运算能力、１６ ＫＢｙｔｅ
ＦＬＡＳＨ，４ ＫＢｙｔｅ ＳＲＡＭ、ＵＡＲＴ、通用定时器，Ｉ２Ｃ、ＣＣＰ等外设。
２．２数据采集电路设计
２．２．１数据采集电路原理
该系统主要完成２方面功能：一方面能够实现物料的精确
称重；另一方面是利用控制算法实时计算并更新下料电机停止
的提前量，实现精确配料。通过下料电机带动螺旋机构将物料
采集电路原理图如图２所示。
２．２．２ ＡＤ７７１８介绍
粉末下至放在压力传感器的上的料盘中，控制程序实时检测料
盘重量，根据根据系统设定物料的多少来控制下料电机的启停
及转动速度。
收稿日期：２００９—０５—３０ 收修改稿日期：２００９—１１—０３
ＡＤ７７１８具有低噪声、高分辨率、高可靠性及线性度好等优
点，采用∑一△转换技术的２４位Ａ／Ｄ转换器件，其灵活的串
行接口使ＡＤ７７１８可以很方便地与微处理器或移位寄存器相连
第１期 梁万用等：基于ＡＤ７７１８的超硬材料粉末自动配料系统设计
图２数据采集电路原理图
接，可以利用ＳＰＩ总线完成与微处理器的通信，可广泛应用于工 转换芯片ＴＬＣ５６１５。
业过程控制、测量仪表、便携式测试仪器、智能变送器、应变测
量等领域 。
２．２．３信号放大电路设计
虽然ＡＤ７７１８具有内部放大功能，可以直接转换压力传感
器的微弱信号，但传感器输出信号的范围与ＡＤ７７１８的输入范
围不可能完全一致，从而不能达到ＡＤ的最高转换分辨率，因
此，该系统种采用了ＡＤ６２０设计了信号放大电路，该片专用于
仪表放大的一款集成运放电路，可以通过调整第一引脚和第八
引脚间的电阻调整放大倍数，从而使传感器输出信号与ＡＤ输
入范围一致，达到最高的转换分辨率。具体实现如图２所示。
２．２．３信号放大电路设计
图３电机转速控制电路
虽然ＡＤ７７１８具有内部放大功能，可以直接转换压力传感
２．４抗干扰设计
器的微弱信号，但传感器输出信号的范围与ＡＤ７７１８的输入范
该系统对于干扰设计主要采取如下措施：ＡＤ转换使用差
围不可能完全一致，从而不能达到ＡＤ的最高转换分辨率，因
分输入；采用了合理的接地技术；对所有输入输出信号均进行
此，该系统采用ＡＤ６２０设计了信号放大电路，该片专用于仪表
光电隔离，同时对传感器信号滤波；软件上采用数字滤波对输
放大的一款集成运放电路，可以通过调整第一引脚和第八引脚
入信号数据处理；在系统布线上尽可能强电弱电分离，同时在
间的电阻调整放大倍数，从而使传感器输出信号与ＡＤ输入范
变压器前端使用滤波器有效滤除电机启停引起的电网电压波
围一致，达到最高的转换分辨率。具体实现如图２所示。
动。
２．２．４传感器激励电源处理
３系统软件设计
压力称重传感器的激励电源的稳定性对于传感器重量检
自动配料系统在软件设计中采用模块化程序设计技术，根
测的精度是至关重要的，但高精度的电源模块成本高，增加系
据系统的功能，分成若干个功能相对独立的模块，包括键盘扫
统成本。该系统中利用７８０５和７９０５稳压模块得到的正负电源
描及数码显示、命令处理模块、传感器标定模块、Ａ／Ｄ转换模
作为传感器的激励电源，通过ＡＤ差分输入检测传感器激励电
块、数据处理模块和配料控制模块等。
源电压的变化（图２中ＡＤ的ＡＩＮ３和ＡＩＮ４引脚构成电压检测
３．１ ＡＤ采集程序设计
的差分输人），用软件补偿的方法抵消激励电源波动引起的传
ＡＤ采集程序包含两部分：ＡＤ７７１８的初始化配置和ＡＤ中
感器信号的波动，有效地避免了激励电源波动带来的误差，节
断数据读取。ＡＤ初始化流程图如图４所示。
约了系统成本。
３．２控制算法设计
２．２．５光电隔离电路设计
自动配料系统主要控制下料电机的转速和启停，当实际下
由于数据和时钟端口信号频率较高，采用了高速光电隔离 料与设定值差值较大时，采用快速下料模式，当已下料值接近
器件６Ｎ１３７；对于片选、复位等信号频率较低的选用了ＴＬＰ５２１。
于设定值时，逐渐减速；考虑再下料口与料盘问的空中滞留物
２．３电机控制电路设计
料，达到小于设定值某一点时，电机停止转动。由于物料密度
其电路原理图如图３所示，图中ＤＡ选用了１０位串行ＤＡ 差异，当电机停止转动后滞空的物料质量不同，（下转第６９页）
第１期 刘强等：基于ＤＳＰ的无轴承永磁同步电机检测系统设计
Ａ／Ｄ转换子程序
的测试试验，试验证明该检测系统能满足要求，精度好。
Ｎ
Ｙ转换结束？
＼丫
读ＲＥＳ［ＪＬＴＩ
读ＲＥＳＵＬＴＯ
数字滤波子程序
数字滤波子程序
结果标度转换
结果标度转换
位置环调节子程序
（ｂ）位移检测子程序
图６检测系统子程序流程图
图８转矩绕组给定电流及反馈电流波形
参考文献：
［１］ Ｓａｌａｚａｒ Ａ Ｏ，Ｃｈｉｂａ Ａ，Ｆｕｋａｏ Ｔ．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｂｅａｒｉｎｇ—
ｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒｓ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍａｇ—
ｎｅｔｉｃ Ｂｅａｒｉｎｇｓ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ：Ｚｕｒｉｃｈ，２０００：３３５—４００．
１
［２］ Ｏｏｓｈｉｍａ Ｍ，Ｃｈｉｂａ Ａ，Ｆｕｋａｏ Ｔ，ｅｔ １ａ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ
ｏ
ｍａｇｎｅｔ—ｔｙｐｅ ｂｅａｒｉｎｇｌｅｓｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎ ｂｅａｒｉｎｇｌｅｓｓ ｍｏｔｏｒｓ．Ｉｎ：Ｍｏ－
、＿１
ｔｏｒｓ．ＩＥＥＥ ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９６．４３（２）：２９２—
２
２９９．
ｏ
［３］王德明，陈保进，鞠平．无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生机理
ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６ｆ】７０ ８０ ９０ １００
ｔ／ｍｓ
研究．江苏大学学报（自然科学版），２００４，２５（５）：４３４—４３７．
［４］ 仇志坚，邓智泉，严仰光．无轴承永磁同步电动机的原理及实现．
图７无轴承永磁同步电机位移检测波形
电工技术学报，２００４，１９（１１）：７—１３．
４结束语
［５］ 李永东．交流电机数字控制系统．北京：机械工业出版社，２００２．
采用转子磁场定向控制策论设计了无轴承永磁同步电机
作者简介：刘强（１９７７一），硕士研究生，讲师，研究方向为电机与电器新
矢量控制系统，基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７设计了ＤＳＰ数字控制系统
技术的应用。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｈａｑｉａｎｇ＠１６３．ｃｏｎ
硬件电路，重点介绍了检测系统的软硬件设计，并进行了相关
（上接第６５页）
所以系统应能根据实际运行判断电机停止的提前量。该系统
ＡＤ初始化人口
采用记忆功能，根据最近几次称量的误差情况，通过智能运算
实时更新提前量的设定值，从而达到对不同物料的自适应能
复位Ａ／Ｄ
力。控制算法程序流程图如图５所示。
设置片选有效
４结束语
该系统主要针对烧结机、烧结炉在烧结生产超硬材料刀
设置滤波寄存器
头、锯片前的配料设计，在冶金行业有很大的实用价值，目前已
经投入实际使用。根据系统的实验及实际运行数据表明，该系
设置为差分输入
统配料精确，在１００ ｇ配料范围内，配料精度达到０．０２ ｇ，工作
零点校正
效率高、运行稳定。
参考文献：
满量程校正
［１］Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．８一／１０一Ｃｈａｎｎｅｌ，Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ，Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ，∑
一
Ａ ＡＤＣｓ ＡＤ７７０８／ＡＤ７７１８．Ｄａｌｌａｓ：Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ，２００１．
［２］ Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ，Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｍｐｌｉｉｆｅｒ
ＡＤ６２０．Ｄａｌｌａｓ：Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ，２００４．
［３］Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｉｎｃ．ＬＭ３￥３０１ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＤＡＴＡ ＳＨＥＥＴ．Ｔｅｘａｓ：
设置为连续转换模式
Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｉｎｃ．２００６．
初始化完成
［４］ 栾桂冬．传感器及其应用．西安：西安电子科技大学出版社，２００２．
作者简介：梁万用（１９７８一），讲师，硕士，主要从事研究方向为测试计量
图４ ＡＤ初始化流程图 图５控制算法程序流程图
技术及仪器。Ｅ—ｍａｉｌ：１ｗｙ３０７＠１２６．ｃｏｎ
2024年10月12日发(作者：隗齐)
２０１０芷
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１０
Ｎｏ．１
第１期
基于ＡＤ７７１８的超硬材料粉末自动配料系统设计
梁万用，胡智宏，江泳
４５０００２） （郑州轻工业学院电气信息工程学院，河南郑州
摘要：为了解决超硬材料粉末人工配料的缺陷，设计了一种基于ＡＤ７７１８的金属粉末自动配料系统。该系统使用螺
旋机构配料，用 一△结构２４位的ＡＤ７７１８实时采集物料的重量，根据不同粉末材料下料速度的不同，实时调整下料电机
的速度及电机停止的提前量，从而达到对不同粉末的精确配料。实验及实际运行表明，该系统配料精度高，运行可靠，在
金刚石、石墨等加工行业有很大的实用价值。
关键词：ＡＤ７７１８；自动配料；电机控制；超硬材料
中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２０１０）０ｌ—ＯＯ６４—０２
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂａｔｃｈｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｈａｒｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｏｗｄｅｒ Ｂａｓｅｄ ０１１ ＡＤ７７１８
ＬＩＡＮＧ Ｗａｎ—ｙｏｎｇ，ＨＵ Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ，ＪＩＡＮＣ Ｙｏｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｅｔ￣ｃＲｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅ￣ｎｇ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｌｖｅｒｓｌｔｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａ￣：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｅ￣ｃｔ ｏｆ ａｎ洒ｃｊａ１ ｈａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ｈａｒｄ ｍａｔｅｆｉ￣ｐｏｗｄｅｒ。ａｎ ａｕｔｏ—ｈａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ
ｈａｒｄ ｍａｔｅｆｉ￣ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤ７７１８．Ｉｔ ｕｓｅｄ ｓｃｒｅｗ ｍａｅｈａｎｉｓｍ ｔｏ ｂａｔｃｈ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ＡＤ７７１８ ｔｏ ｇ￣ｈｅｒ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ
ｏｆ ｍａｔｅｒｉａ１．Ｉｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｅｇｍａ—Ｄｅｌｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ２４ ｂｉｔｓ．ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ眦－
ｔｅｉｆ￣．ｉｔ ｃａｎ ａ￣ｕｓｔ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌＨｅ ｏｆ ｗｅｉｇｈｔ ｆ０ｒ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｒｕｎｎｉｎｇ ８０ ｔｈａｔ ｉｔ ｒｅ￣ｉｚｅ ｔｏ ｂａｔｃｈ ｍａｔｅｒｉａｌ
ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｉｓ ｅＣＯ・
ｎｏｍｉｃ ｆｏｆ ｔｌｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ．ｇｒａｐｈｉｔｅ．ｅｔｃ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＤ７７１８；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｈａｔｃｈｉｎｇ；ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏ］；ｓｕｐｅｒ ｈａｒｄ ｍａｔｅｆｉ￣
０引言
键盘数码显示 下料电机控制器
刀头、锯片等超硬材料制品在加工前的原料配料称重精度
对于质量有很大的关系。目前，针对生产刀头、锯片等超硬材
料制品前的称重配料，国内还没有专门的自动称重配料控制仪
●
料位光电开关
Ｉ
Ｌ
——
ｆ
Ｉ放大电踌
处
光
电
器，主要采用人工测量或通过固定模具量取。人工测量不仅浪
光
■ 电
费人力物力，而且称量不精确，效率低；固定模具量取，对于不
同密度材料或要求不同不同质量的物料均需制作不同的模具，
这样增高成本，且误差也很大。文中介绍了一种基于ＡＤ７７１８
的金属粉末自动配料系统，该系统以ＬＭ３Ｓ３０１嵌入式处理器为
Ｄ转换ｈ－ 隔 离 ．一Ｈ．． 理 器 —＿．－ 隔 离 ＿一驱动电路
▲ ＋
信号调理｝
▲
｝继电器』
物料搅拌电机
核心，使用螺旋机构配料，利用ＡＤ７７１８采集压力传感器信号，
实现了超硬材料粉末的精确称重配料。
１ 自动配料系统结构及功能介绍
压力传感嚣
图１系统结构框图
自动配料系统结构框图如图１所示。
２系统硬件电路设计
２．１处理器电路设计
该系统主要包括３部分：键盘及数码显示模块、数据采集
模块和下料电机控制模块。键盘和显示主要用来设置配料参
数、传感器标定、运行控制及重量显示；数据采集部分主要用来
检测物料的重量。
系统核心选用ＬＭ３Ｓ３０１，该处理器支持最大主频为２５ ＭＨｚ
的ＡＲＭ Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３内核，具有３２位运算能力、１６ ＫＢｙｔｅ
ＦＬＡＳＨ，４ ＫＢｙｔｅ ＳＲＡＭ、ＵＡＲＴ、通用定时器，Ｉ２Ｃ、ＣＣＰ等外设。
２．２数据采集电路设计
２．２．１数据采集电路原理
该系统主要完成２方面功能：一方面能够实现物料的精确
称重；另一方面是利用控制算法实时计算并更新下料电机停止
的提前量，实现精确配料。通过下料电机带动螺旋机构将物料
采集电路原理图如图２所示。
２．２．２ ＡＤ７７１８介绍
粉末下至放在压力传感器的上的料盘中，控制程序实时检测料
盘重量，根据根据系统设定物料的多少来控制下料电机的启停
及转动速度。
收稿日期：２００９—０５—３０ 收修改稿日期：２００９—１１—０３
ＡＤ７７１８具有低噪声、高分辨率、高可靠性及线性度好等优
点，采用∑一△转换技术的２４位Ａ／Ｄ转换器件，其灵活的串
行接口使ＡＤ７７１８可以很方便地与微处理器或移位寄存器相连
第１期 梁万用等：基于ＡＤ７７１８的超硬材料粉末自动配料系统设计
图２数据采集电路原理图
接，可以利用ＳＰＩ总线完成与微处理器的通信，可广泛应用于工 转换芯片ＴＬＣ５６１５。
业过程控制、测量仪表、便携式测试仪器、智能变送器、应变测
量等领域 。
２．２．３信号放大电路设计
虽然ＡＤ７７１８具有内部放大功能，可以直接转换压力传感
器的微弱信号，但传感器输出信号的范围与ＡＤ７７１８的输入范
围不可能完全一致，从而不能达到ＡＤ的最高转换分辨率，因
此，该系统种采用了ＡＤ６２０设计了信号放大电路，该片专用于
仪表放大的一款集成运放电路，可以通过调整第一引脚和第八
引脚间的电阻调整放大倍数，从而使传感器输出信号与ＡＤ输
入范围一致，达到最高的转换分辨率。具体实现如图２所示。
２．２．３信号放大电路设计
图３电机转速控制电路
虽然ＡＤ７７１８具有内部放大功能，可以直接转换压力传感
２．４抗干扰设计
器的微弱信号，但传感器输出信号的范围与ＡＤ７７１８的输入范
该系统对于干扰设计主要采取如下措施：ＡＤ转换使用差
围不可能完全一致，从而不能达到ＡＤ的最高转换分辨率，因
分输入；采用了合理的接地技术；对所有输入输出信号均进行
此，该系统采用ＡＤ６２０设计了信号放大电路，该片专用于仪表
光电隔离，同时对传感器信号滤波；软件上采用数字滤波对输
放大的一款集成运放电路，可以通过调整第一引脚和第八引脚
入信号数据处理；在系统布线上尽可能强电弱电分离，同时在
间的电阻调整放大倍数，从而使传感器输出信号与ＡＤ输入范
变压器前端使用滤波器有效滤除电机启停引起的电网电压波
围一致，达到最高的转换分辨率。具体实现如图２所示。
动。
２．２．４传感器激励电源处理
３系统软件设计
压力称重传感器的激励电源的稳定性对于传感器重量检
自动配料系统在软件设计中采用模块化程序设计技术，根
测的精度是至关重要的，但高精度的电源模块成本高，增加系
据系统的功能，分成若干个功能相对独立的模块，包括键盘扫
统成本。该系统中利用７８０５和７９０５稳压模块得到的正负电源
描及数码显示、命令处理模块、传感器标定模块、Ａ／Ｄ转换模
作为传感器的激励电源，通过ＡＤ差分输入检测传感器激励电
块、数据处理模块和配料控制模块等。
源电压的变化（图２中ＡＤ的ＡＩＮ３和ＡＩＮ４引脚构成电压检测
３．１ ＡＤ采集程序设计
的差分输人），用软件补偿的方法抵消激励电源波动引起的传
ＡＤ采集程序包含两部分：ＡＤ７７１８的初始化配置和ＡＤ中
感器信号的波动，有效地避免了激励电源波动带来的误差，节
断数据读取。ＡＤ初始化流程图如图４所示。
约了系统成本。
３．２控制算法设计
２．２．５光电隔离电路设计
自动配料系统主要控制下料电机的转速和启停，当实际下
由于数据和时钟端口信号频率较高，采用了高速光电隔离 料与设定值差值较大时，采用快速下料模式，当已下料值接近
器件６Ｎ１３７；对于片选、复位等信号频率较低的选用了ＴＬＰ５２１。
于设定值时，逐渐减速；考虑再下料口与料盘问的空中滞留物
２．３电机控制电路设计
料，达到小于设定值某一点时，电机停止转动。由于物料密度
其电路原理图如图３所示，图中ＤＡ选用了１０位串行ＤＡ 差异，当电机停止转动后滞空的物料质量不同，（下转第６９页）
第１期 刘强等：基于ＤＳＰ的无轴承永磁同步电机检测系统设计
Ａ／Ｄ转换子程序
的测试试验，试验证明该检测系统能满足要求，精度好。
Ｎ
Ｙ转换结束？
＼丫
读ＲＥＳ［ＪＬＴＩ
读ＲＥＳＵＬＴＯ
数字滤波子程序
数字滤波子程序
结果标度转换
结果标度转换
位置环调节子程序
（ｂ）位移检测子程序
图６检测系统子程序流程图
图８转矩绕组给定电流及反馈电流波形
参考文献：
［１］ Ｓａｌａｚａｒ Ａ Ｏ，Ｃｈｉｂａ Ａ，Ｆｕｋａｏ Ｔ．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｂｅａｒｉｎｇ—
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ｏ
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ｏ
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ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６ｆ】７０ ８０ ９０ １００
ｔ／ｍｓ
研究．江苏大学学报（自然科学版），２００４，２５（５）：４３４—４３７．
［４］ 仇志坚，邓智泉，严仰光．无轴承永磁同步电动机的原理及实现．
图７无轴承永磁同步电机位移检测波形
电工技术学报，２００４，１９（１１）：７—１３．
４结束语
［５］ 李永东．交流电机数字控制系统．北京：机械工业出版社，２００２．
采用转子磁场定向控制策论设计了无轴承永磁同步电机
作者简介：刘强（１９７７一），硕士研究生，讲师，研究方向为电机与电器新
矢量控制系统，基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７设计了ＤＳＰ数字控制系统
技术的应用。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｈａｑｉａｎｇ＠１６３．ｃｏｎ
硬件电路，重点介绍了检测系统的软硬件设计，并进行了相关
（上接第６５页）
所以系统应能根据实际运行判断电机停止的提前量。该系统
ＡＤ初始化人口
采用记忆功能，根据最近几次称量的误差情况，通过智能运算
实时更新提前量的设定值，从而达到对不同物料的自适应能
复位Ａ／Ｄ
力。控制算法程序流程图如图５所示。
设置片选有效
４结束语
该系统主要针对烧结机、烧结炉在烧结生产超硬材料刀
设置滤波寄存器
头、锯片前的配料设计，在冶金行业有很大的实用价值，目前已
经投入实际使用。根据系统的实验及实际运行数据表明，该系
设置为差分输入
统配料精确，在１００ ｇ配料范围内，配料精度达到０．０２ ｇ，工作
零点校正
效率高、运行稳定。
参考文献：
满量程校正
［１］Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．８一／１０一Ｃｈａｎｎｅｌ，Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ，Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ，∑
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［２］ Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ，Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ａｍｐｌｉｉｆｅｒ
ＡＤ６２０．Ｄａｌｌａｓ：Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ，２００４．
［３］Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｉｎｃ．ＬＭ３￥３０１ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＤＡＴＡ ＳＨＥＥＴ．Ｔｅｘａｓ：
设置为连续转换模式
Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｉｎｃ．２００６．
初始化完成
［４］ 栾桂冬．传感器及其应用．西安：西安电子科技大学出版社，２００２．
作者简介：梁万用（１９７８一），讲师，硕士，主要从事研究方向为测试计量
图４ ＡＤ初始化流程图 图５控制算法程序流程图
技术及仪器。Ｅ—ｍａｉｌ：１ｗｙ３０７＠１２６．ｃｏｎ