配料工序是水泥、化工、食品、建材等工农业生产中的一个重要环节，也是生产的源头工序，同时定量称重配料系统也广泛应用于各种成袋包装计量的生产过程中。传统的定量称重方式已不能满足许多领域的计量精度及工作效率的要求。本文介绍的定量称重配料系统，是基于单片机开发的智能化装置，不仅可用于工业定量称重还可用于工业配料。

1系统工作原理

本系统上位机采用称重仪表设置各种配料的重量，通过串口通迅传送至单片机。一次配料过程开始时，单片机打开一号电动阀，开始一号料仓下料，同时采集料斗秤上称量模块信号，与相应配料预设重量比较，当达到预设重量时，关闭电动阀。下一通道重复相同操作，直至所有通道下料完毕，将该次配料转移，开始下一次配料。系统的结构及工作原理分别如图1、图2所示。

2.1单片机

本系统单片机选用串口转换器，为Freescale的08系列产品之一，该产品因其稳定性高、开发周期短、成本低、型号多、兼容性好而被广泛应用。同时的高可靠电磁兼容性EMC与EDC让其可在各类恶劣环境中使用，适用温度范围很广，适用于各种工作环境

2.2料斗秤

料斗安装位置采用料斗称专用悬臂梁式计量模块，是将箔式应变片贴在合金钢做的弹性体上，其具有精度高、温漂小等特点，可用于电子皮带秤、料仓等的载荷力检测。多个传感器对称安装，电压输出端采用并联接法，所以称重弹性受力元件在料斗上的安装位置对测量精度有很大影响，为尽量减少总输出电压的附加误差，称重模块安装位置应使每只元件受力相同，才能保证测量的精度，即必需使所有传感器构成的多边形的形心与称重料斗的重心在同一垂直轴线上。同时，多个传感器的灵敏度、内阻、线性等性能应基本一致，才能保证称重结果准确!。同时为保证顺利下料，料仓和料斗秤及所有管道都应采用光洁度极高的塑料材料制作。

传感器4为四组并联的电阻应变式称重模块，由于应变片式传感器输出为mV信号，经仪表放大器放大后，输入AD转换芯片。

A/D转换芯片采用12位模数转换器TCL2543，与具有SPI接口能力的MC908GP32可直接连接(如图5所示)。TCL2543是美国德州仪器公司TI推出的一种性价比较优的芯片，具有转换快、稳定性好、与微处理器接口简捷、编程价格低等优点。

料斗秤在生产中将有两种形式的误差：静态误差和动态误差。静态误差指自动配料系统中的称重部分在非生产状态下的称重精度。取决于料斗称的设计、称重传感器的精度、线性、同一个料斗称上所有传感器的一致性以及传感器安装是否合理等因素。动态误差是指整个配料生产系统运作起来后实际产生的配料误差。在实际生产过程中，配料精度受到诸多因素的影响。例如，料仓与料斗称之间有一段距离(或称落差)，所以物料投入料斗称时总是需要一段时间，同时会对料斗称产生一定的冲击力，由于物料重力的冲击和骤停，料斗称会产生抖动振荡，这时仪表检测到的重量数据会大于实际重量，产生误差。另外在卸料时由于物料的粘附而残留一部分，也会产生误差。所以当开始向料斗称投料或结束投料时，应避开这一段不稳定时间，可设计一个起始禁止比较时间和结束禁止比较时间，在这段时间里不进行测量值与预设值的比较，以避免发生错误判断。把进料门关闭时一瞬间还在空中的那部分物料叫做过冲量。在配料生产中，控制精度的最主要的参数是过冲量，它受物料的湿度、粘附性、块状大小等因素影响，随机性很大，所以过冲量一般通过试验设定。

2.3电动阀驱动电路

本系统选用电动阀作为料斗放料电控装置，工作电压24VDC，工作方式为电流调节型，输入信号4~20mADC，该电动阀适合粉末介质。如图6采用DAC8571作为DA转换芯片，该芯片为IIC总线，16位转换，SCL用于与微处理器之间的通讯同步，SDA用于数据的传送，5V参考电压由REFO2产生提供。V/I转换芯片采用AnalogDevices公司生产的高性能转换器AD694，产生的电流满足电动阀4~20mADC的要求。

2.4步进电机驱动电路

当所有配料均按要求放料完毕，料斗秤电动阀打开，放料到皮带轮上，由单片机控制步进电机将物料转移，继续下一步工序。本系统步进电机驱动芯片采用L6208，该芯片集成了由8个功率DMOS晶体管组成的两个全桥、一个执行相位生成功能的集中式逻辑电路和关断时间恒定的脉宽调制电流控制器，该控制器内部采用斩波电路的原理，解决了步进电机频繁换相时电流剧烈波动而引起转矩变化的问题。

该芯片ENABLE为L6208的使能信号，高电平时使能工作。CW/CCW用来控制步进电机的转向，高电平时，电机正转，低电平时，电机反转。CLOCK上升沿触发有效，可以通过调整CLOCK脉冲的频率来控制相位序列发生器产生的步进序列的频率，以实现对步进电机速度的控制。RST为低电平时，相位序列发生器初始化。HALF/FULL用来设置步进序列的模式，可设置为半步模式、单相全步模式及两相全步模式等。COMTROL信号用来设置衰减模式，高电平时为慢速衰减模式，低电平时为快速衰减模式。

2.5TTL/RS232电平转换电路

为方便配料预设重量的设置，本设计采用PC机与单片机串行通迅的方式，将配料预设重量从PC机通过称重仪表传送给单片机，由于PC机RS232串口的电平标准和单片机的TTL电平不一致，因此单片机和PC机之间的串口通讯必须采用RS232/TTL电平转换电路

3软件系统设计

3.1单片机控制流程

当一次配料过程完毕，单片机扫描接口上的物料重置按钮是否按下，如有物料重置命令，则启动物料重置子程，当物料重置全部完成后，由工人按动单片机接口上的物料重置完毕确认按钮，此时单片机与上位机通讯，上位机将新的配料预置值发送到单片机。单片机将控制配料系统实施全新的配料流程。

3.2基于称重仪表的串口数据传送

称重仪表是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，是一种标准的数据采集和仪器控制软件。称重仪表集成了GPIB、VXIRS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。

本文中单片机与称重仪表进行串口通信，采用通用的仪器驱动器VISA标准编程，VISA即虚拟仪器体系结构是一种标准，确保不同厂商、不同接口标准的仪器能相互兼容、通讯和数据交换，并且提供给用户方便易用的驱动程序。如VISA配置串口函数、VISA写入函数VISA读取函数等。通迅对串口进行初始化，设置串口波特率、数据位、停止位等参数。VISA读取单片机发送的控制字，分析是否为配料重置完毕，如配料重置完毕，通过VISA写入，将配料1~8数据，发送到单片机。

4小结

本文采用单片机控制一个自动配料过程，上位机将预设配料值通过称重仪表从串口传送至单片机。该系统可提高配料工艺的准确性工作效率，具有良好的实用价值。