摘要：双管智能型螺旋电子称是一种以单片机为核心的智能化的调速螺旋电子称，它能对各种非粘结性粉状物料的流量进行自动检测，并能进行流量控制，实现定量给料，是一个机电一体化的计算机检测、控制系统。它主要由调速螺旋输送机、恒速称体和单片机检测、控制器等部分组成。本设计主要包括该装置的机械部分设计、单片机检测和控制部分的硬件、软件设计和抗干扰措施等。设计的该装置计量精密，控制精确，流量调节性能稳定，系统功能丰富，操作方便，智能化、自动化程度高，运行可靠，抗干扰能力强。可广泛用于建材、化工、冶金、粮食加工、发电等各行业。

关键词：螺旋电子称 ；单片机应用系统 ；流量检测 ；智能仪表

中图分类号：TH7文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

Design of double-tube intelligent screw electronic scale

Wu Xiang

Department of Mechanical Engineering，Yancheng institute of technology， Yancheng ，224051，

Abstract：Double-tube intelligent electronic scale is a kind of intelligent instrument taking the single-chip microcontroller as the core， it can not only convey the cohesiveness powder which is measured automatically to various kinds， but also can carry on the flow control ， and realize the ration for the material. This device is integrated of a piece of electromechanics， control system which make up mainly of the transfer speed spiral conveyer ， constant speed balance body and single-chip microcontroller measuring ， controller ，etc. The design includes the installation of the mechanical part of the design， testing and control of part of the microcontroller hardware， software design and anti-jamming measures. The designed result indicate that this device precision is relatively high， flow adjusting function is steady， the systematic function is abundant ，easy to operate， intelligent， highly automated， reliable， strong anti-interference. It can be widely used in building materials， chemical industry， metallurgy， food processing， power generation and other industries.

Key words： electronic scale of the spiral application system ； the single-chip micro controller ；the flow measuring ； intelligence instrument

1 前言

在水泥生产过程中，配料是重要的组成部分，为了提高生产效率和自动化程度，一般均采用自动配料。多年来我国科技人员研制了一些以单片机或工业控制计算机为主控机的自动配料装置。但目前市面上的产品较少、功能不全，远不能适应生产和科技进步的需要，为此，需要开发一种能自动对各种非粘结性粉状物料的流量进行自动测量和定量控制的智能化称重装置。本设计的内容是设计一种双管智能型螺旋电子称，所设计的螺旋电子称的特点是计量精密，控制精确，智能化、自动化程度高，运行可靠，抗干扰能力强。可广泛用于建材、化工、冶金、粮食加工、发电等各行业。

2 螺旋电子称的工作原理与结构

螺旋电子秤是根据科氏力与物料质量流量之间成线性关系的原理设计的。其结构示意图如图1 所示。物料从入料口进入装在筒内的螺旋，螺旋的转速由电磁调速电机控制，物料随着螺旋的转动向前移动，物料在向前移动过程中要经过装在螺杆下面的压力传感器，压力传感器将物料的质量转换成毫伏级的电压信号，并通过前置放大器转换为0～+5V 的直流电压信号，再经滤波和A/D 转换器转换，将得到的数字信号传送给单片机。单片机对数据进行实时处理得到物料重量，一方面将物料重量送给数码显示管显示；另一方面对物料重量作PI 调节，所得控制量经过D/A 转换后输出电压信号给变频器，变频器控制调速电机的转速，从而自动调节螺旋的转速，也就自动控制了物料的流量，达到精确控制固体物料流量的目的。

3 机械部分设计

双管智能型螺旋电子称是由调速螺旋输送机、恒速螺旋输送机、称架、底座、传感器、支撑架等部件组成。

3.1调速螺旋输送机的设计

调速螺旋输送机通过调速电机控制螺旋绞刀的转速，进而控制物料流量。

调速螺旋输送机的构造：螺旋输送机由螺旋体、进出料口及驱动装置三大部分组成；螺旋输送机本体包括头部、尾部轴承、螺旋料槽、盖板、底座等组成。驱动装置由电动机、摆线针轮减速机、联轴器及底座等组成。头部有进料口，尾部设有出料口。

3.2恒速螺旋输送机的设计

恒速螺旋输送机由一恒速电机通过减速机减速到设定的转速，以一恒定的转速均匀稳定地输送物料。恒速螺旋输送机设计的方法和思路与调速螺旋输送机的设计基本相同。为简化设计，一些零部件的设计中采取相同的结构

3.3称体的设计

称体是料槽、电磁调速电机、减速器等三大部件的载体。在螺旋输送机工作时，同时承担着物料的重量。所以，它的强度、刚度要求比较高。

称体选用热轧槽钢（GB707-88）。由调速电机、联轴器、减速器、联轴器及料槽长度可得：称架的长度为2408mm，宽度为1104mm。称体的外围所选槽钢为：热轧槽钢 。为增加强度，节省材料，在电机和减速机的底座下面采用框架式结构，选用热轧槽钢 。

3.4 支撑架的设计

支撑架用于支撑调速螺旋输送机，并承担物料的重量，需要设计一加强筋，用来增加其结构强度。支撑架的长度由调速螺旋输送机、恒速螺旋输送机的大小以及它们的空间相对位置而定。支撑架的上端用螺栓固定在称架上，螺栓的直径为12mm，两螺栓相间94mm。下部用螺栓固定在整机的底座上，用四个M10×80mm螺栓进行固定。

3.5砝码盘的设计

砝码盘是用来装或卸砝码，与配重配合使用来调整零点和满值.砝码盘的底部为一圆块，直径为φ160mm，高为20mm，在砝码安装处，刨去厚为8mm，故此处高为12mm。在砝码盘的底盘上焊有一挂钩，钩的内径为12mm，外径为20mm。钩的高度根据恒速螺旋输送机的管径而定。

4 单片机控制系统设计

单片机控制系统包括硬件和软件。硬件是指单片机本身及其外围设备，软件则为管理计算机的程序。硬件是单片机控制系统的基础，软件是单片机控制的灵魂。单片机本身是通过各种接口及外围设备与生产过程发生关系，并对生产过程进行数据处理及控制的。

4.1单片机应用系统硬件设计

单片机应用系统的硬件设计包括两大部分内容：一是单片机系统扩展部分设计。它包括存储器扩展和接口扩展。存储器的扩展是指EPROM和RAM的扩展，接口扩展是指8255、8155、8279以及其他功能器件的扩展。二是各功能模块的设计。如信号测量模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。

4.1.1前向通道

前向通道由传感器，前置放大电路，A/D转换电路组成。

传感器选用BHR-8M密封型电阻应变式传感器，为减小传感器特性起始端的非线性误差的影响，工作时要加预载荷，大小一般为传感器满量程载荷的10%，传感器供桥电压选用10VDC。

由于荷重传感器输出的电压信号很微弱，所以采用二级精密放大作为前置放大电路。前置放大的第一级采用CMOS动态校零集成运放ICL7650，此级将输入电压0—0.5V放大到0—2V，第二级采用高输入阻抗集成运放LF356，将0—2V电压放大到0—5V。

单片机只接受和输出数字量，而所测压力是模拟量，在单片机的输入端还需用到A/D转换器，在单片机的输出端还需用到D /A转换器由于流量信号的变化频率较低，故选用双积分型3又1/2位A/D转换器5G14433。

4.1.2单片机及系统扩展及人机通道

本设计选用8031系列单片机，扩展一片EPROM27256作为程序存贮器，扩展一片SRAM6116作为数据存贮器，扩展一片8155作为键盘，扩展一片8279显示器和打印机，A/D转换器的接口。带有各备电池的掉电保护电路可防止单片机内的RAM和6116中的数据丢失。

4.1.3 后向通道

后向通道由D/A转换和I/V转换电路和SCR控制器组成。

选用DAC0832芯片作为D/A转换器，参考电压由MCI1403提供，D/A 转换后的电流信号由集成运放4558构成的I/V转换器转换0～5V的电压信号送SCR调速控制器。

SCR调速控制器的基本电路是一单晶体管移相触发控制器，由输入电压信号的大小来控制可控硅的导通角，从而控制调速电机的转速。

4.2单片机应用系统软件设计

系统采用模块化设计方法，包括管理程序和应用程序两大部分。管理程序主要有系统初始化，自检、键盘管理、显示、打印控制、参数设定修改，故障诊断报警等模块。应用程序主要有采样、数字滤波、零点自动跟踪、数据处理，PID调节运算、定时控制、实时控制、实时日历时钟等模块。

4.2.1 主程序

主程序由准备程序和键盘处理程序进行键盘扫描，区分数字键与功能键，并作相应的处理。准备程序完成系统初始化、自检、提示符显示等功能。键盘控制处理程序进行键盘扫描，区分数字键与功能键，并作相应处理。判断其是否是功能键还是数字键。如为数字键，则送缓冲显示区，以便显示；如为功能键，既转到相应的功能键中断服务程序，完成相应的操作。

4.2.2 定时器To中断服务程序

为保证系统运行后对流量的检测、控制工作间断，用8031单片机内的定时器To和软件计数器配合确定采样数据处理和流量控制的时间。将定时器To一次定时的时间作为基本采样时间，内部RAM和30H、2FH单元分别作为采样和控制的时间计数器，这些计数器中的初值可由键盘设计和修改。定时器To的溢出中断设置为高优先级中断。

4.2.3采样和数据处理子程序

该模块主要完成数据采样、数字滤波、零点自动跟踪、数据处理、瞬时量显示等工作。数字滤波程序采用中值滤波方法，连续输入3个采样值，取中间值作为有效信号。零位自动跟踪程序能自动跟踪零点的漂移，减小误差。数据处理程序完成零位补偿、标度转换，计算瞬时量值、累计流量值等工作。

5 结论

双管智能型螺旋电子称是一个机电一体化产品。在机械结构上运用了双管输送机的结构，使得检测的参数大大简化，不仅节省了电子元件，而且使控制方式大大简化，方便了程序的编制。控制系统采用8031单片机为核心，运行可靠，抗干扰能力强。通过外接各种扩展，能够显示瞬时流量值、累计流量值，并对速度进行调控，实现定量给料。其技术要求、性能指标均达到预期目标。

主 要 参 考 文 献

[1] 史新. 建筑材料机械设计（二）[M]. 武汉：武汉工业大学出版社，1990.

[2] 闫瑞敏等. 水泥工业自动控制预加水成球技术及装备[M]. 南京：江苏科技出版社，1994.

[3] 胡奎芳.400*9600mm螺旋输送机[J].有色冶金节能.1995，（4）：11-13.

[4] P.J. Owen ， P.W. Cleary. Prediction of screw conveyor performance using the Discrete Element Method （DEM）[J]. Powder Technology ， 2009，193：274-288

作者通讯地址：

江苏省盐城市亭湖区迎宾花苑18栋705室，13851349556，吴祥收

作者联系邮箱：ycwux@163.com