CN101476930A - 铁合金电炉专用配料电子秤 - Google Patents

Abstract

一种铁合金电炉专用配料电子秤，包括：依次连接的称重传感器、调零电路、放大器电路、A/D转换器、处理器、显示模块，与所述处理器相连接的输入模块，与所述放大器电路相连接的调增益模块。进一步地，所述显示模块包括本地显示屏和大屏幕的远程显示屏。本发明提供的铁合金电炉专用配料电子秤，能实现单种原料与多种原料的混合计量，计量准度高、误差小，并且实现本机显示和远程大屏幕显示。

Description

铁合金电炉专用配料电子秤

技术领域

本发明涉及一种铁合金电炉专用配料电子秤原料计量和显示控制的技术领域。

背景技术

目前，铁合金电炉配料的原料计量采用机械杠杆秤和普通电子秤，采用这种计量秤，不但劳动强度大，计量不易准确且自动化程度低，不能实现配料生产线的远程显示和监控，不能实现多原料多品种混合料的自动控制和计量。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前铁合金电炉配料秤的缺陷，提供一种新型铁合金配料专用电子秤。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种铁合金电炉专用配料电子秤，包括：依次连接的称重传感器、调零电路、放大器电路、A/D转换器、处理器、显示模块，与所述处理器相连接的输入模块，与所述放大器电路相连接的调增益模块。

进一步地，所述显示模块包括本地显示屏和大屏幕的远程显示屏。

进一步地，所述调零电路包括由高稳定的电阻R₀₁、R₀₂、R₀₃、R₀₄组成调零电桥、电位器W₁、直流稳压源E₂，所述调零电桥的输入端与称重传感器的一输出端相连接，所述调零电桥的输出端与电位器W₁的中脚相连接，所述调零电桥的供电端与所述电位器W₁并联后接入直流稳压源E₂。

进一步地，所述放大器电路包括运算放大器、连接于调零电路一输出端和运算放大器正极输入端的电阻R₄、连接于调零电路另一输出端和运算放大器正极输入端的电容C₁、所述运算放大器的输出端与运算放大器的负极输入端之间连接有串接的电阻R₅和电阻R₈，所述电阻R₅和电阻R₈之间导线及调零电路的另一输出端之间连接有并联的电阻R₇，所述电阻R₇的两端连接有串接的电阻R₄和滑线变阻器W₂，所述运算放大器的输出端上串接由电阻R₉和电容C₃组成的输出低通滤波电路。

进一步地，所述A/D转换器采用4位半双积分单片。

进一步地，所述单片机包括：微处理器、与微处理器相连接的存储器和可编程并行I/O接口芯片。

进一步地，所述显示模块包括与所述微处理器相连接的移位寄存器和与移位寄存器相连接的LED数码管。

进一步地，还包括连接于所述单片机与所述大屏幕的远程显示屏之间的显示模块接口电路。

进一步地，所述显示器接口电路包括三套以下器件：

与微处理器相连接的驱动电路、光耦、长线驱动器和史密特触发器，其中所述微处理器与所述驱动电路相连接，所述驱动电路输出端与光耦的输入端相连接，所述长线驱动器连接于所述光耦的输出端所述史密特触发器之间。

进一步地，还包括配料机构，所述配料机构包括多个料仓、设于每一所述料仓输送管道上的加料阀门、设于称重传感器上的秤斗，所述秤斗的输送管道上设有放料阀门，其中，所述加料阀门、放料阀门分别包括有继电器，该继电器的控制端与所述可编程并行I/O接口芯片相连接。

本发明提供的铁合金电炉专用配料电子秤，能实现单种原料与多种原料的混合计量，计量准度高、误差小，并且实现本机显示和远程大屏幕显示。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明铁合金电炉专用配料电子秤实施例构成框图；

图2为本发明实施例中调零电路和称重传感器的电路图；

图3为本发明实施例中放大器电路图；

图4为本发明实施例中所述A/D转换器图；

图5为本发明实施例中单片机的电路图；

图6为本发明实施例中显示模块接口电路图；

图7为本发明实施例中配料机构结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种铁合金电炉专用配料电子秤，包括依次连接的称重传感器、调零电路、放大器电路、A/D转换器、处理器、显示模块，与所述处理器相连接的输入模块，与所述放大器电路相连接的调增益模块。被称量的物料的重量经称重传感器输出电势信号，经电路调零、信号放大和A/D转换后，输入至所述单片机中，经所述单片机的运算，在显示模块中显示。

其中，所述显示模块包括本地显示屏和大屏幕的远程的显示屏。这样可以方便地在本地和远程实时显示称重状况。

进一步地，所述调零电路和称重传感器的电路如图2所示。

所述调零电路串接在传感器输出和放大器之间，所述调零电路包括由高稳定的电阻R₀₁、R₀₂、R₀₃、R₀₄组成调零电桥、电位器W₁、直流稳压源E₂，所述调零电桥的输入端与称重传感器的一输出端相连接，所述调零电桥的输出端与电位器W₁的中脚相连接，所述调零电桥的供电端与所述电位器W₁并联后接入直流稳压源E₂。通过调节可变电位器W₁，改变调零电桥的不平衡输出电压U₀₂，使之和传感器空载输出电压U₀₁大小相等，极性相反，这样就可以使电子秤在空载时总的输出电压U₀为零。

本实施例中，电位器W₁调零范围的计算如下：

当直流稳压源E₂＝12V，电位器W₁的滑动臂在极端位置时，其输出电压为△UW₁：

$\mathrm{\Δ}{U}_{W1}=E_2\·\frac{\mathrm{\Δ}{W}_1}{R_1+R_2+W_1}=12\×\frac{\±5K}{10K+10K+10K}=\±2V$

调零电桥的输出为△U₀₂：

$\mathrm{\Δ}{U}_{02}=\mathrm{\Δ}{U}_{W1}\·\frac{R_0}{R_1/(R_2+W_1)+R_3+R_0}=\±18.6\mathrm{mV}.$

进一步地，所述放大器电路如图3所示。

所述放大器电路包括运算放大器ICL7650、连接于调零电路一输出端和运算放大器正极输入端的电阻R₄、连接于调零电路另一输出端和运算放大器正极输入端的电容C₁、所述运算放大器的输出端与运算放大器的负极输入端之间连接有串接的电阻R₅和电阻R₈，所述电阻R₅和电阻R₈之间导线及调零电路的另一输出端之间连接有并联的电阻R₇，所述电阻R₇的两端连接有串接的电阻R₄和滑线变阻器W₂，所述运算放大器的输出端上串接由电阻R₉和电容C₃组成的输出低通滤波电路，以用去除所述运算放大器7650的调制尖峰泄漏。

其中，所述电阻R₄和电容C₁组成输入滤波电路，用以滤除一些高频干扰信号。电阻R₅、电阻R₆、滑线变阻器W₂、电阻R₇组成负反馈网络，用以决定增益量。其中，电阻R₇是一组电阻，通过由微动开关改变其阻值，其变化范围为15.2～960K欧母，作为增益的粗调。滑线变阻器W₂是增益的细调。

由于秤重传感器输出电压摆幅约为0～20mv，而A/D转换的输入电压要求为0～2V，因此放大环节的增益为100左右。因此放大环节的增益可调范围在70～150倍左右，并要求零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。按照输入电压20mV，分辨率20000个码的情况，漂移要小于1uV。本实施例中的运算放大器采用自动稳零的斩波式运算放大器ICL7650构成一个同相放大器。

下面计算增益粗调和细调的衔接和增益调节范围：

放大倍数为： $K=1+\frac{R_5}{R_X},$ 其中Rx＝R₇//(R₆+W₂)

增益粗调最小粗调量：W₂＝4.7K

△R₇＝960K～∞时，△K＝2

增益细调最大细调量：R₇＝15.2K

△W₂＝4.7K时，△K＝4.3

粗调和细调之间的衔接：

最大增益：R₇＝15.2K、W₂＝0时，K＝199

最小增益：R₇＝∞、W₂＝4.7K时，K＝62

增益可调范围62～199，对应配接传感器输出幅度为32～10mV。C₂作为交流负反馈，以抑制秤重信号以外的其他干扰信号。

进一步地，如图4所示，所述A/D转换器采用4位半双积分单片ICL7135，其分辨率达1/20000。并且为了降低对传感器供桥电压的要求，采用了比率型供桥电压，即A/D转换的基准电压与传感器供桥电压合用，这样可以大大减少供桥电压波动对测量结果的影响。

其中，4位半双积分单片ICL7135的A/D转换的输出量为：

$N_X=\frac{10000}{V_R}\·\stackrel{\‾}{V_X}$

其中，V_R为基准电压，

为输入模拟电压在一个积分周期内的平均值。

$V_R=E_1\·\frac{R_{13}}{R_{12}+R_{13}+R_{14}}=K_3\·E_1$

而称重传感器的输出：U₀＝K1·E1·W，其中，K1为传感器系数mV/V·kg，W为重量。

设放大环节的增益为K2，则4位半双积分单片ICL7135的A/D转换的输出量：

$N_X=\frac{10000}{V_R}\·\stackrel{\‾}{V_X}=\frac{10000}{K_3\·E_1}\·K_1\·E_1\·W\·K_2=\frac{10000}{K_3}\·K_1\·K_2\·W$

可见所得测量结果和供桥电压E1无关，仅和加载的重量W成正比。

其中，电阻R₁₀、R₁₁和电容C₄为组成输入滤波电路，以防止过高的输入电压损坏输入端。

其中，基准电压为：

$V_R=12V\·\frac{5K}{25K+5K+30K}=1V$

对应满量程20000个码的输入电压：

$\stackrel{\‾}{V_X}=N_X\·\frac{V_R}{10000}=2V$

进一步地，如图5所示，所述单片机包括：微处理器(CPU)、与微处理器相连接的存储器和可编程并行I/O接口芯片。本实施例中，微处理器型号为8031，存储器为E²PROM2864，存储器被用来记忆电子秤输入的各种数据，如配料种类、各种原料的设定重量、年月日分秒等等。所述可编程并行I/O接口芯片型号为8155，该可编程并行I/O接口芯片型号为8155中的8位用作打印机数据线，1位作打印机选通线，1位作蜂鸣器，10位经放大器驱动输出至继电器，作为原料的快加料、慢加料和卸料控制之用。

进一步地，如图5所示，所述显示模块包括7个移位寄存器74LS164和LED，所述微处理器8031的串行口被编程为方式0，即移位寄存器方式，带动所述7个移位寄存器74LS164，用作LED的显示。

进一步地，为了能直观地了解配料的工作情况，所述显示模块通常安装在配料工段的显眼之处。所述显示模块采用大型LED数码管组成七段码显示。由于所述显示模块和所述单片机之间距离较远，为防止长线引入干扰，本实施例中还包括连接于所述单片机与大屏幕的远程显示屏之间的显示模块接口电路，所述显示器接口电路有三套如图6所示的采用光隔离的方式进行信号输出的电路，分别用于传输从所述微处理器8031送出的消隐X、串行数据D、移位脉冲CP。所述显示器接口电路，包括与微处理器8031相连接的驱动电路74LS365、光耦、长线驱动器75452和史密特触发器，其中所述微处理器8031与所述驱动电路74LS365相连接，所述驱动电路74LS365输出端与光耦的输入端相连接，所述长线驱动器75452连接于所述光耦的输出端所述史密特触发器之间。其工作原理如下：

由所述微处理器8031送出的消隐X、串行数据D、移位脉冲CP经过驱动电路74LS365的缓冲，驱动光耦器件的发光二极管，使光耦的发光三极管带动长线驱动器75452。由电缆长线传送来的信号送进由电压比较器LM339组成的史密特触发器输入级，对信号进行整形、去干扰，还原成消隐X、串行数据D和移位脉冲CP，再送入7个移位寄存器74LS164锁存，经放大后驱动LED数码管。

进一步地，如图7所示，还包括配料机构，所述配料机构包括多个料仓10、设于每一所述料仓10输送管道上的加料阀门20、设于称重传感器40上的秤斗30，所述秤斗30的输送管道上设有放料阀门50，其中，所述加料阀门20、放料阀门50分别包括有继电器，该继电器的控制端与所述可编程并行I/O接口芯片相连接。其工作过程如下：由所述输入模块输入控制信号至所述单片机中的微处理器，再通过所述可编程并行I/O接口芯片控制所述继电器，实现原料的和卸料的控制，从而实现几种原料的自动加料、称量、放料。在所述秤斗30中放出的料可经过皮带输送机60等设备送出。

Claims (10)

1、一种铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于包括：依次连接的称重传感器、调零电路、放大器电路、A/D转换器、处理器、显示模块，与所述处理器相连接的输入模块，与所述放大器电路相连接的调增益模块。

2、根据权利要求1所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述显示模块包括本地显示屏和大屏幕的远程显示屏。

3、根据权利要求1或2所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述调零电路包括由高稳定的电阻R₀₁、R₀₂、R₀₃、R₀₄组成调零电桥、电位器W₁、直流稳压源E₂，所述调零电桥的输入端与称重传感器的一输出端相连接，所述调零电桥的输出端与电位器W₁的中脚相连接，所述调零电桥的供电端与所述电位器W₁并联后接入直流稳压源E₂。

4、根据权利要求3所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述放大器电路包括运算放大器、连接于调零电路一输出端和运算放大器正极输入端的电阻R₄、连接于调零电路另一输出端和运算放大器正极输入端的电容C₁、所述运算放大器的输出端与运算放大器的负极输入端之间连接有串接的电阻R₅和电阻R₈，所述电阻R₅和电阻R₈之间导线及调零电路的另一输出端之间连接有并联的电阻R₇，所述电阻R₇的两端连接有串接的电阻R₄和滑线变阻器W₂，所述运算放大器的输出端上串接由电阻R₉和电容C₃组成的输出低通滤波电路。

5、根据权利要求4所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述A/D转换器采用4位半双积分单片。

6、根据权利要求5所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述单片机包括：微处理器、与微处理器相连接的存储器和可编程并行I/O接口芯片。

7、根据权利要求6所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述显示模块包括与所述微处理器相连接的移位寄存器和与移位寄存器相连接的LED数码管。

8、根据权利要求7所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：还包括连接于所述单片机与所述大屏幕的远程显示屏之间的显示模块接口电路。

9、根据权利要求8所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：所述显示器接口电路包括三套以下器件：

与微处理器相连接的驱动电路、光耦、长线驱动器和史密特触发器，其中所述微处理器与所述驱动电路相连接，所述驱动电路输出端与光耦的输入端相连接，所述长线驱动器连接于所述光耦的输出端所述史密特触发器之间。

10、根据权利要求6至9中任一权利要求所述的铁合金电炉专用配料电子秤，其特征在于：还包括配料机构，所述配料机构包括多个料仓、设于每一所述料仓输送管道上的加料阀门、设于称重传感器上的秤斗，所述秤斗的输送管道上设有放料阀门，其中，所述加料阀门、放料阀门分别包括有继电器，该继电器的控制端与所述可编程并行I/O接口芯片相连接。

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