基于荷重传感器的料仓物位测量装置的研制与开发

　　物位检测是参数检测技术中的重要部分之一,基于荷重传感器的料仓物位测量装置利用了电子秤的原理,将物料的重量转化成高度,系统采用了性能稳定的应变电阻片作为传感器,将位移信号转化为电阻信号,再通过精确度极高的锰铜电阻和精密电压源转化为电压信号,送入单片机进行处理后得到料仓中物料的准确高度。具体设计如下:①采用三个荷重传感器,进行三路采样输入,以保证较高的测量精度。②采用专用键盘设定报警值、密度值,以及查看当前参数。③设置上、下限报警、域值、料仓物料的密度值,运行中通过键盘进行设定和修改、查看等操作。④料位测量范围为0~5 m,对应的重量变化范围为0~5 000 kg之间。

　　1　系统硬件设计

　　系统硬件部分主要包括荷重传感器检测电路、A/D转换采样电路、数据显示电路、E2PROM掉电保护电路、LED状态指示及声光报警电路、D/A转换电路、键盘电路等。系统组成框图如图1所示。

　　系统单片机采用89C51,该芯片内含4 K的程序存储器,不需再进行程序存储器的扩展;A/D转换器采用ADC7933,它是ANALOG DEVICE公司制造的四通道并行10 bit A/D转换器,具有转换速度快,运算精度高、功耗小,噪声低等优点,比较适合多路采样系统;系统中有一些参数需要通过键盘来输入和保存,如:上、下限报警值、料仓物料密度值、标定值等,这些参数都需要提供掉电保护,用以保证再次开机时使用相同的参数,因此就需要有掉电保护电路,可选用常见的93C46芯片来保存参数;系统的D/A转换器采用美国国家半导体公司生产的10位D/A转换芯片DAC1020 ,因其内部没有输入寄存器,所以须增设锁存器才能与89C51接口,由于89C51字长为8位,所以必须分两次操作才能把一个10位数据送入DAC1020内进行转换。DAC1020的输出经运算放大器和复合三级管放大转换成4~20 mA.DC输出;串行输出采用RS232C串口通信标准,由于89C51的串行通讯接口TXD(P3.1)输出电平为TTL电平,所以必须通过1488电平转换芯片进行TTL—RS232标准电压转换,才能直接与串口设备相连,波特率选择为9 600/s,单片机工作于工作方式2,1位起始位,8位数据位,1位奇偶校验位,1位停止位,每包2个物位数据,高位在前,低位在后,其它电路的设计比较常见,读者可参考相关资料。

　　2　物位检测原理与数据处理系统

　　2.1　荷重传感器

　　荷重传感器由电阻应变片组成,当应变电阻片受力时,其电阻值在一定范围之间变化,且位移随着电阻值的变化而变化,表1为一组实测的应变电阻片位移与应变电阻之间的特性参数,对应的特性曲线见图2,由图可见,应变电阻片为非线性特性。为了提高测量精度,该装置中使用了三个传感器,分别安装在料仓同一平面上的三个对称位置,料仓由承重弹簧支撑,传感器安装在承重弹簧中间,料仓的物位变化时承重弹簧产生相应的位移,传感器的电阻发生变化,这样在料仓中每一侧的物料重量都可均匀计算在整个料仓的物料重量中。