混凝土配料设备是混凝土搅拌站的主要组成部分，主要用于混凝土生产中原料的称量，是保证混凝土质量的重要前提。由于自动化的混凝土搅拌站具有产品质量优质稳定、生产成本低、效率高、节能环保等优点，现有混凝土生产设备多采用微机控制系统。控制系统可以设定各种原材料的配比和流量，控制各输人物料的瞬时流量，从而达到控制混凝土质量和产量的目的。同时，自动控制系统也是实现自动化、智能化、科学管理、安全生产和节能降耗的重要技术手段。

    现有混凝土配料控制器采用专用模块，价格较高、维修性能差、可扩展能力有限、通讯功能弱，因此对控制器进行改进，开发新型配料控制器具有实际意义。

1控制芯片的选择

    采用通用控制芯片代替专用芯片，可降低成本、方便控制程序开发。使用AT89C52单片机自带大量ROM和RAM的微处理器直接构成最小系统，这种方案的优点是实现了结构最简、输入／输出能力强、无需附加译码电路、所需外部器件较少[1]，同时具有以下功能：(1)可以和任何总线型单片机接口，具有良好的通用性；(2)I／O口线可按位任意配置，系统调试极为方便；(3)具有加密功能；(4)高集成度、高可靠性；(5)可并联或级联，扩展方便。可见，最小系统具有良好的通用性、灵活性和可靠性，并且大大减少外围电路。
 

2信号转换电路的选择

由于混凝土配料设备的工作环境恶劣，振动、烟尘、电磁、高温、高湿等对电路构成严重威胁，故采用V/F转换器代替A/D转换器。V/F变换过程是对输入信号的积分过程，能对噪声或变化的输入信号进行平滑处理，因而抗干扰能力较强；其次是与微处理器的接口简单，频率信号输入灵活，只占用一根接口线，便于与接口进行光电隔离，进一步提高了抗干扰能力和可靠性。
 

V/F转换芯片有LM331、LM231、AD654、AD650、TC9400、VFQ -1C、ADVFC32等多种类型，其中性价比较高的有LM231、AD654两种。

    通过对比可以看出，AD654具有功耗小、输出频率范围大、输出功率大等优点。通过图2和图3对比可知，AD654外围电路较为简单，因此采用AD654作为模数转换器。

3控制电路的设计

    控制电路除控制芯片和模数转换芯片外还需要一些外围电路的支持，如键盘扫描电路、显示电路、接口电路、光电耦合电路、复位电路等。
 

传感器的信号通过调理电路能得到0～1V输出电压，从而满足V/F变换电路输入要求。AD654外围电路主要有：6、7脚接人1000pF电容，为保证线性度，减少介电吸收和温度系数，应采用聚苯乙烯、聚丙烯或特氟纶等材料的电容；3、4脚各接1kΩ电阻，为了使输入信号可调，3脚可采用1个精密电阻和1个可调电阻；8脚接+5V电压，1、8脚间接390Ω电阻与光电隔离器件相连；2、5脚接地。
 

通信接口采用USB总线接口芯片CH372，实现USB口通信。CH372是一个USB总线的通用设备接口芯片，完全兼容USB V2.0规范，具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可方便地连接至单片机。通过USB与上位机的数据交换，实现生产过程的在线监测与实时控制。CH372外部器件只需晶振和电容，电路简单。
  

4控制软件设计

    系统软件采用Keli C51软件开发环境，针对汇编语言的特点采用模块化编程方法。程序主要包括5个模块：主程序模块、参数设定模块、数据处理模块、显示模块、通信模块。

4.1主程序模块

    该模块主要控制电路的初始化、各芯片的选择、系统复位等。系统的复位可分为硬件复位和软件复位，软件复位的主要方法有软件陷阱、指令冗余、软件WATCHDOG等。需要注意的是软件复位和硬件复位的区别，硬件复位指开机复位与看门狗复位，硬件复位对寄存器有影响，如复位后PC=000H、SP=07H、PSW=00H等，而软件复位则对SP、SPW无影响。故对于微机测控系统，当程序正常运行时，将SP设置地址大于07H，或者将PSW的第5位用户标志位在系统正常运行时设为1。那么系统复位时只需检测PSW..5标志位或SP值便可判定是否为硬件复位。

4.2数据处理模块

    该模块的主要任务是将V/F变换形成的脉冲信号变为实际称重数据。AD654经过光电耦合后形成脉冲方波，其频率要转化为数值必须通过计数器实现，计数器可以采用单独的计数芯片如8253可编程计数器等，也可以采用单片机自带的计数器即单片机的P3.4或P3.5口。通过计数器，AD654的输出频率变成读数R_k，微处理器每隔一段时间Ts读取一次计数值Rk，并同保存于RAM存储器中的计数值R_k-n相减，得到的D_k即为模数转换的结果[2]。

4.3通信模块

    通信模式为USB方式，可以通过USB口和上位机连接，实现数据的双向传输。单片机通过8位并口对CH372芯片进行读写，所有操作均由1个命令码、若干个输入数据和若干个输出数据组成。CH372芯片占用2个地址位，当A0引脚为高电平时选择命令端口，可以写入命令；当A0为低电平时选择数据端口，可以读写数据。在接收到数据或发送完数据后，CH372以中断方式通知单片机进行处理。

4.4其他模块

    参数设定模块主要对传感器进行调零、设定系统工作状态、输入混凝土配比等。显示模块用于输出各种参数，如配方数据、传感器测量数据、工作状态指示、参数设定菜单、操作提示等。

5结束语

    本文介绍了基于通用微控制芯片的混凝土配料控制器的软硬件设计，用AT89C52控制芯片代替专用控制芯片，用电压一频率转换代替模拟量一数字量转换，用USB通信方式代替RS - 232通信方式，使系统电路具有线路简单、易于维护、抗干扰能力强、性价比高等优点。

[参考文献]

[1]陈炳和，计算机控制系统基础[M]．北京：北京航空    航天大学出版社，2001．

[2]模／数转换器AD654及其在数据采集系统中的应用[J]．集成电路应用，2002，(6)：46 - 48

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