本文介绍了一种采用3个cpu实现定量称重控制的方案。给出了3个微控制器的连接方式和相应的软件流程,实践证明它可满足定量称重仪表技术的要求。

1　引言

定量称重控制技术越来越成熟,它追求快速、准确、可靠。快速性和准确性是一对矛盾,为解决这一对矛盾,我们研制过双CPU的定量称重控制器,较好地解决了这一矛盾,但是由于存在软件组合异常,可靠性指标不高。目前单片微控器的集程度越来越高,功能越来越完善,且价格日趋降低,采用多单片微控制器组成系统,成本可以接受。我们在定量称重控制器中,采用了一种3个CPU的方案,既解决了快速性和准确性的矛盾,又提高了系统的可靠性,防止了双CPU方案可能产生的软件组合异常问题。

2　控制器硬件设计
主机的作用:接收夹袋状态信号,输出关.合袋夹动作,从甲、乙机的到秤信号,读取各秤的累计袋数和累计重量,并将总累计袋数和重量值送给上位机。

甲、乙机的作用:读取各缓冲料斗的料位状态,根据传感器变换的重量值往秤斗中进行快、中、慢加料,根据主机给的信号进行放料。

单片微控制器的选择:主机主要完成协调功能,程序量不大,可选择片内程序存储器小,且引脚较少的的单片微控制器,这种微控制器必须有全双工串行口和一定的外中断识别能力。我们选择了AT90S2313,它内部还具有串行EEPROM和WDT,体现了真正的单片特性,较以往的单片微控器省去了相应的扩展电路。甲、乙机的程序量相对主机的大,要配置显示和键盘电路,需要较强的外扩展能力,我们选择了与主机同系列的单片微控制器AT90S4414,它的内部同样具备串行EEPROM和WDT,也省去了这部分扩展电路。累计袋数和累计重量值是通过主机和甲、乙机的串行口进行的,涉及放料部分的信息处理是由它们的并行口和外中断协调的。

3　相应系统软件的设计

称重控制系统的主要工作流程如下:开机后,甲、乙机根据各自缓冲料斗的料位状态,往各自秤斗中加料,并不断判断到秤状态,到秤后,进行落差补偿,向主机申请放料。主机不断判断袋夹按钮是否按下,按下后主机控制袋夹关闭,袋夹关闭到位后,判断甲、乙机是否有到秤的,若有,则通知甲、乙机可以放料,延时一定时间后,主机控制打开袋夹,放下装满料的袋子,甲或乙机又进行装料循环,主机又进入袋夹按钮是否按下和甲、乙机是否到秤的判断。在这种硬件条件下,就不怕甲、乙机同时放料冲突。由于主机的两个外中断优先级不一样,即使它们同时申请中断,主机也不会同时中断,也就不会同时放料。甲、乙机可以从容地装料,仿佛对方不存在。主机的软件工作流程:

(1)初始化,包括中断和定时器的初始化,与甲、乙机联络信号的初始化。
(2)判断按纽按下状态,若未按下,等待,否则,到(3)。
(3)判断甲、乙机是否到秤,若不到秤,等待,否则,到(4)。
(4)清到秤标志,给甲或乙机发出放料信号。
(5)延时到一定时间后,打开袋夹,同时清除给甲或乙机的放料信号,返回(2)。

外中断服务程序0:
(1)禁止外中断1中断。
(2)设定甲机到秤标志。
(3)返回。
外中断服务程序1:
(1)禁止外中断0中断。
(2)设定乙机到秤标志。
(3)返回。
定时器0中断服务程序:
(1)判断按钮按下状态,为高,到(4),为低,到(2)。
(2)延时一段时间,判断按钮按下状态,为高,到(4),为低,到(3)。
(3)设定按纽按下标志。
(4)重装定时器初值,返回。
甲或乙机到秤后,向主机发出放料申请,然后分别进入等待放料状态,判断主机给出的放料信号,直到可以放料。在放料的同时,清除送给主机的到秤信号。

4　进一步的讨论

一些较大称重控制系统中采用并进行处理技术是为了提高系统的速度,完成实时性很强的任务。它将一个单机串行处理有时很难在一定约束条件下解决的问题,简化为相对简单且时间上可同时进行的子问题,满足了诸如实时性等约束条件。由于集成电路的集成度越来越高,价格不断下降,这种并行处理技术可以在一些小系统中采用,解决单机串行处理所无法解决的问题。就我们所设计的这个测控系统,如果用一个CPU控制两个模拟通道和两个功率输出通道,并进行必要的显示控制,同时解决快速性和准确性的问题,这是不可能的。即使采用速度很快的CPU,由于A.D转换器的速度匹配不上,还要进行数字滤波计算、重量判断,在快速装料过程中不能达到同时准确到秤判断,也解决不了问题。但是,我们采用双CPU或3CPU,这一问题的的解决变得简单了。它的成功就在于利用了并行处理的思想。因此,在今后类似的小系统中,可以移植或简化一些以往由于成本的原因仅在大系统中使用的技术,在硬件条件的允许下,可以使问题的解决变得简单。

5　结束语

本文给出了一种可以解决定量称重控制的快速性、准确性和可靠性的方案。它采用了较新的单片微控制器,使称重控制器设计更为简单、可靠。它所采用的技术思想,可以为其他类似系统所借鉴。

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