自主开发的基于CAN现场总线的智能混凝土搅拌站称重仪表由显示控制模块和传感器数据采集模块组成，模块之间由CAN总线连接，为增强CAN总线节点的抗干扰能力，CAN总线控制器ＳＪＡ１０００并不是直接和CAN收发器Ａ８２Ｃ２５０相连，而是通过高速光耦６Ｎ１３７后与之相连，使总线上各CAN节点间电气隔离；同时，在电源部分采用了ＤＣ－ＤＣ模块Ｂ０５０５ＬＳ给光耦６Ｎ１３７右边模拟电路供电，采用不同的电源供电，光耦６Ｎ１３７两边电路完全隔离，提高了模块的稳定性。新型称重仪表的软件包括数据采集程序和显示控制程序两部分，分别安装在传感器数据采集模块和显示控制模块内。基于CAN现场总线的智能混凝土搅拌站称重仪表的准确度达到国家Ⅲ级标准，CAN通讯波特率可达２５０ｋＢ／ｓ；该新型仪表已取得了国家相关技术专利和器量型具批量生产许可证书，目前已经批量应用于三一集团的混凝土搅拌站。

在混凝土搅拌站的混凝土生产中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水和添加剂等多种配料，物料称重、水泥配料控制是影响商品混凝土质量的重要因素。混凝土搅拌站的配料控制一般使用分布式控制系统，一套传统的典型的搅拌站分布式控制系统如图１所示，它包括多个称重显示控制终端。称重显示控制终端的功能主要是采集相应料斗传感器信号，换算成重量，同时根据混凝土的配方进行配料的过程控制［１］。这种显示控制和传感器信息采集一体化的称重显示控制终端在远距离模拟信号的传输中，外部干扰的串入以及传输过程中信号的衰减都会直接影响到检测和控制的精度，同时由于采用串口和上位的工控机进行通信，对工控机串口的数量要求苛刻，系统布线复杂，不便于安装和维护，当物料种类增加时往往难以灵活配置。图２为采用了CAN总线的新型称重显示控制终端的搅拌站控制系统。ＣＡＮ总线技术是国际上前沿的现场总线技术，它布线简单，只需两根双绞线就可连接多个传输节点，节点增删灵活，传输距离长，抗干扰能力强，在工业现场运用极其广泛［２］。由图２可以看到，其布线大为简化，只需要一根４芯ＣＡＮ总线电缆就可实现显示控制模块，传感器数据采集模块以及工控机之间的相互通信。同时由于CAN总线采用了数字传输方式，解决了搅拌站控制系统中模拟信号远距离传输干扰串入和信号衰减问题。

１新型称重仪表的硬件构成及工作原理

采用CAN总线的新型称重显示控制器由显示控制模块和传感器数据采集模块组成，模块之间由CAN总线连接，工作原理如图４所示。传感器数据采集模块不断地采集传感器模拟电压信号，通过内部放大、Ａ／Ｄ转换变成数字信号，并将数字信号经过通信子模块传到CAN总线上去，供CAN总线上的对应的显示控制模块接收处理，完成称重显示控制器主要功能，满足搅拌站称量系统的需要。

１．１基于CAN接口的传感器数据采集模块原理

传感器数据采集模块由信号采集处理子模块、通信子模块和电源电路组成，如图５所示。信号采集处理采用ＴＩ公司的ＭＳＣ１２１０单片机，ＭＳＣ１２１０集成一个增强型的８０５１内核、具有可编程增益（１￣１２８倍）放大器和８路２４位高精度Σ－Δ模数转换器（Ａ／Ｄ），可以容易地实现单片式低噪声高精度数据的采集。同时还具有温度传感器、３２ｋＢＦＬＡＳＨ存储器、１．２ｋＢ的ＳＲＡＭ和３２位累加器，可串行或并行编程，达１０万次擦除／写操作，工作电压２．７￣５．２５Ｖ，工作温度范围－４０￣＋８５℃。通信子模块由ＰＨＩＬＩＰＳ公司的独立CAN总线控制器ＳＪＡ１０００、高速光隔离收发器６Ｎ１３７和ＣＡＮ收发器Ａ８２Ｃ２５０组成。ＭＳＣ１２１０负责ＳＪＡ１０００的初始化，通过ＳＪＡ１０００实现数据的接收和发送等通信任务。为增强CAN总线节点的抗干扰能力，ＳＪＡ１０００并不是直接和Ａ８２Ｃ２５０相连，而是通过高速光耦６Ｎ１３７后与之相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离；同时，在电源部分采用了ＤＣ－ＤＣ模块Ｂ０５０５ＬＳ给光耦６Ｎ１３７右边模拟电路供电，采用不同的电源供电，光耦６Ｎ１３７两边电路完全隔离，提高了模块的稳定性。电源部分主要由ＴＶＳ、ＬＭ２９５６和ＤＣ－ＤＣ模块设计而成。ＬＭ２９５６是一款性能优越的低压差稳压器，可以使系统以较低的功耗工作，具有输入电压反接保护，使系统在不同的工作环境下更安全可靠，输出电压作为供电电源同时也作为ＡＤ转换的基准电压，无需精确稳定的基准电压源即可实现精确的测量，降低了对供电电源和基准电压源的要求，简化了电路，同时也有效的降低了成本。电路中各器件的电源输入端接有去耦电容，增强系统的抗干扰能力。

１．２称重显示控制模块原理

显示控制模块由信息处理子模块、通信子模块、显示子模块、键盘电路和电源电路组成，如图６所示。显示控制模块通过CAN总线接收传感器数据采集模块发送的信息，转换成重量值，经过主程序的处理，显示重量并发送相应的控制信息。信号处理部分采用Ｃｙｇｎａｌ公司的Ｃ８０５１Ｆ０４０单片机，它是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，２５ＭＩＰＳ高速流水线式ＣＩＰ－５１控制器内核，ＪＴＡＧ调试接口，６４ｋＢ的可编程ＦＬＡＳＨ存储器，ＲＡＭ可存储４３５２（４０９６＋２５６）ｋＢ，６４个Ｉ／Ｏ端口管脚，同时有一个ＣＡＮ２．０Ｂ集成控制器，可在工业温度范围－４５￣＋８５℃内采用２．７Ｖ到３．６Ｖ的工作电压。通信电路采用Ｃ８０５１Ｆ０４０上集成的CAN控制器，高速光耦隔离６Ｎ１３７和CAN收发器Ａ８２Ｃ２５０组成，为了提高抗干扰能力，达到完全隔离的目的，在电源电路部分也采用了ＤＣ－ＤＣ模块来对光耦右边的通信电路进行供电。显示电路采用ＨＤ７２７９驱动ＬＥＤ。该芯片具有串行接口，可以同时驱动８位共阴极数码管和连接６４键的键盘矩阵，单片即可以完成数码显示和键盘接口的全部功能，而且该芯片自带ＲＣ振荡电路，无需外接时钟，与单片机的接口电路简单，只需４条Ｉ／Ｏ线。

２新型称重仪表的软件组成

新型称重仪表的软件包括数据采集程序和显示控制程序两部分，分别安装在传感器数据采集模块和显示控制模块内。

２．１数据采集

程序数据采集程序包括Ａ／Ｄ转换中断子程序、数据处理子程序、发送数据子程序和接收处理子程序。

２．２显示控制程序

显示控制程序包括初始化子程序、开机自动置零子程序、菜单子程序、零点跟踪子程序、自动配料子程序、手动配料子程序和通信子程序，各程序互相配合实现搅拌站控制的主要功能。

３CAN总线智能节点设计

新型称重仪表的ＣＡＮＢＵＳ网络结构如图９所示，其中，ＰＣ为上位监控机、Ｃ１—Ｃ３２为显示控制模块、Ｓ１—Ｓ３２为传感器数据采集模块、ＭＣ为手持监控器（可选）。下面以显示控制器节点ＣＹＹ（ＹＹ：控制器节点编号１≤ＹＹ≤３２）为例说明ＣＡＮＢＵＳ的ＩＤ分配，ＰＣ（ＭＣ）和传感器数据采集模块节点ＳＹＹ的ＩＤ分配原理和ＣＹＹ是一样的，通过ＩＤ的互相匹配，就可以实现各个节点之间的相互通迅，传输不同的数据和命令。０ｘ００（广播ＩＤ）：用于接收系统同步控制和紧急控制命令；０ｘＹＹ：接收数据帧，用于ＰＣ参数设置、配方设置和参数查询；０ｘＹＹ＋０ｘ２０：接收数据帧，接收ＳＹＹ反馈的传感器信息；

０ｘＹＹ＋０ｘ４０：发送数据帧，向ＰＣ发送参数、配方应用与智能化数据；

０ｘＹＹ＋０ｘ６０：发送数据帧，向ＰＣ发送系统状态、任务进程数据；

０ｘ１００＋０ｘＹＹ＜＜４（即０ｘＹＹ左移４位再加０ｘ１００）：发送数据帧，用于向ＳＹＹ传送传感器参数。

４结束语

将CAN现场总线引入搅拌站称重仪表，在满足搅拌站称重系统要求的同时，与传统搅拌站称重仪表相比具有布线简单，现场组网方便灵活，信号传输可靠等优点。该新型称重仪表已取得国家专利，并批量应用于三一的混凝土搅拌站，具有广阔的市场前景。所达到的具体技术指标为：准确度Ⅲ级，ｎ＝３０００输入信号范围０．１￣２５ｍＶ非线性≤０．０１％Ｆ．Ｓ传感器供桥电源ＤＣ５Ｖ，３５０ｍＡ显示双排６位ＬＥＤ显示分度值０．００５／０．０１／０．０２／０．０５／０．１／０．２／０．５／１／２／５／可选键盘轻触式ＰＶＣ开关，共４个功能键通讯接口ＣＡＮ接口，波特率２５０ｋＢ／ｓ控制点输出容量场效应管输出最大６０Ｖ，３Ａ使用电源ＤＣ９￣３６Ｖ工作温度０￣４０℃

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