ARM皮带秤控制器的高精度测速技术研究

　　1 引言

　　随着微计算机技术、传感器、电子技术和通讯技术的发展,称重技术迅速发展,其称重装置在数字化、智能化和网络化等方面有长足的进步。快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表,而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分,推进了工业生产的自动化和管理的现代化。皮带秤是一种重要的称重仪表, 由于其具有动态测量和自动在线测量等优点,被广泛地应用。它可以起到减员增效、节支创收、减少误差的作用,还可以提高管理、提高劳动生产率、降低劳动强度,从而大大提高了生产的自动化程度。原有的皮带秤控制器大多采用8 位单片机, 在数据的采集和处理上,速度和精度都不是很高。虽然8 位单片机的技术应用在国内已经很成熟, 但随着微处理器技术的发展必将逐渐被性能更先进、功耗更低的16 位或32 位单片机所取代。本系统使用了32 位ARM7 核的嵌入式微控制器,提高了测速精度,改进了皮带秤的性能。

　　2 系统组

　　皮带秤控制系统结构上主要由三个主要部分组成:动态秤、静态秤和控制器。动态秤主要完成了单位时间内给定流量的配料;静态秤缓冲由动态秤送到其斗中的配料,在规定时间内打开斗门将给定流量的配料送出,实现了二次校准,提高了皮带秤配料的精度;控制器实现了荷重与速度采集、算法实现和对动态秤电机以及静态秤斗门的控制。如图 1 所示:

　　皮带秤误差产生的因素很多, 综合分析主要有以下几个方面:称量力误差;皮带速度误差;信号处理误差;校准误差;环境影响误差。为了提高皮带秤的计量精度,减少误差,针对使用现场环境状况,选择相应的设备,提高安装技术水平,正确的维护以及有效的校准。环境、机械制造、安装等因素造成的误差是不可避免的,而且在这些方面计量精度的改进不大,但是采用微计算机控制皮带秤可以最大限度的减小皮带测速误差和信号处理误差,进而也减小了其他因素对皮带秤计量精度的影响。

　　3 高精度测速技术研究

　　3.1 嵌入式微控制器

　　系统核心控制器选型是整个系统设计的重点, 也是测速精度改进的关键。皮带秤控制器需要实现复杂的功能,其外围设备比较多,内部需要执行大量的数据处理、控制和通讯等,而且计算精度要求高、计算量大,因此软件较庞大,要求执行速度比较快;另外,所选用微控制器必须考虑到实用、可靠、性价比高等优点。考虑到以上因素,我们选用 Philips 公司的嵌入式微控制器LPC2132。LPC2132 以32 位的ARM7TDMI- S 为内核,2 个32 位定时器 、2 个UART、1个10 位8 路的ADC、10 位DAC、IIC、PWM 通道、47 个GPIO 以及多达9 个边沿或电平触发的外部中断使其非常适合本系统的开发; 内置了宽范围的串行通信接口和 16kB 的片内 SRAM,提供大规模的缓冲区和强大的处理功能,非常适合于通信;内部嵌入 64k 的高速 Flash 存储器,128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行;内部 PLL 时钟调整,可以达到最高60MHz 的工作频率;支持实时仿真和嵌入式跟踪,使系统开发更加有效;较小的封装,功耗很低。