基于C8051F单片机的矿用电子皮带秤设计

　　0 引言

　　电子皮带秤是一种在输送带输送物料的过程中动态监测传输物料的质量的计量设备，其突出优点是不经过人工干预，能自动并且连续地进行称重操作，广泛地应用在煤矿、冶金、化工等领域[1]。电子皮带秤总体由秤架、称重传感器装置、测速传感器装置、二次累加显示仪表组成，其中称重传感器装置提供输送带的压力信息，测速传感器装置提供传送带的速度信息，秤架为皮带的支撑装置，二次累加显示仪表主要处理信息并且显示累加物料质量，整体结构如图1 所示。

　　1 电子皮带秤的称重原理

　　电子皮带秤的基本原理是当输送带上所载重物通过有效测量单元时，托辊及秤架将质量所产生的压力信号传递给称重传感器，称重传感器将得到正比于重物压力的电压信号，经过运算放大器放大后进入模数转换单元( A/D) 采样，再进入微处理单元进行数据处理[2]。同时，速度传感器也将皮带速度转换成脉冲信号进入处理单元处理，这样利用2 种处理方式得到的数据经过数据处理即可得到皮带上传输重物的质量，同时显示部分将皮带速度、重物累积及各种有效信息显示，也具备线性校准、远程通信、报警功能。

　　电子皮带秤对传送带传输质量[3]通过累加法计算重物质量。累加法则是把皮带秤在有效称重范围内不均匀分布的物料划分为很多称重小段，分别计算每小段的质量Ni( t) ，在把每段质量( N₁( t) ，N₂( t) ，N₃( t) ，N₄( t) ，…N_n( t) ) 累加，即可得到该有效称重范围内传输重物的质量，即:

式中K 为修正系数。

　　考虑到皮带秤要在矿井使用，要满足防爆特性，设计时主板部分由本安电源供电。同时，皮带秤的扩展功能包括远程通讯，输出控制电机信号，报警功能。

　　2 硬件部分设计

　　根据电子皮带秤的称重原理，同时考虑到矿用的使用安全条件，故矿用皮带秤总体结构包括防爆电源供电部分、本安型主体仪表部分，框架框图如图2 所示。

　　根据皮带秤动态称重原理，控制主芯片选择高性能C8051F040 单片机，完成皮带测速，称重累加，显示，远程通讯以及输出控制电机信号。本安型主体称重显示仪表主要由单片机系统、测速及称重传感器、A/D 转换电路、键盘扫描、显示部分组成，系统的原理框图如图3 所示。

　　2. 1 防爆本安电源

　　为了使皮带秤在矿井能够安全的工作，必须提供一款防爆兼本安型的电源。该电源由 AC/DC 电源模块、本安处理电路两部分组成，输出电压 12 V，电流 1 A.