專利名稱：配料控制器及其配料控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種稱重計量儀表，尤其涉及一種配料控制器及其配料控制方法。
背景技術：
在食品加工、煙草加工、化工產品加工、飼料加工等工業(yè)生產過程中，一些散裝物料的配料需要稱重測量配料控制。目前的配料系統(tǒng)一般包括物料斗，其上設有若干個用于不同物料投放的投料口，每種物料的投料口都設有粗投口和細頭口，物料斗下方設有重量傳感器，還包括用于物料投放控制的配料控制器。使用時，將配料控制器與重量傳感器和每種物料的投料口控制閥相連，通過配料控制器設置好待配料中每種物料(假設有三種物料)的總投放量、每種物料的粗投閾值以及所有物料的投放順序，然后同時啟動第一種物料的粗投頭口和細頭投口進行投料，此后配料控制器判斷重量傳感器傳回的瞬時重量信號是否達到第一種物料的粗投閾值，如果達到則關閉其粗投頭口，然后判斷重量傳感器傳回的瞬時重量信號是否達到第一種物料的總投放量，如果達到則關閉其細頭投口，從而完成第一種物料的投放，依此類推，根據(jù)投放順序進行第二種物料和第三種物料的投放，此后， 配料控制器發(fā)送卸料信號至物料斗，使其進行物料自動卸載，從而完成一次物料配料過程。 專利號為03143256. 5的中國專利也公開一種連續(xù)自動配料機及其配料控制方法，其是通過PLC加步進電機構成的散料自動控制系統(tǒng)。然而該連續(xù)自動配料機對外界溫度敏感、抗干擾能力差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種性能穩(wěn)定可靠的配料控制器及其配料控制方法。為達到上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種配料控制器，包括傳感器輸入端子，用于接收重量傳感器輸出的瞬時重量信號；濾波電路，用于濾除所述瞬時重量信號中的高頻干擾；放大電路，用于將所述濾波電路處理后的瞬時重量信號進行放大；MCU，預存有待配料中每種物料的總投放量、每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序，用于在投放過程中獲取所述瞬時重量信號和所述MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號，根據(jù)內置的AD轉換模塊將所述瞬時重量信號和所述外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號，在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并根據(jù)當前累加重量、對應物料的粗投閾值、對應物料的總投放量和投放順序進行投放控制；顯示驅動電路，用于實時將所述MCU計算出的累加重量發(fā)送至數(shù)碼管顯示；光耦及驅動電路，用于將所述MCU輸出的控制信號進行抗干擾隔離后驅動輸出；鍵盤電路，用于設置儀表參數(shù)，所述儀表參數(shù)包括待配料中每種物料的總投放量、 每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序。
本發(fā)明的配料控制器，所述根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，具體包括根據(jù)公式y(tǒng) = y_k*At對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，其中，y 為瞬時重量，k為溫度補償系數(shù)，At當前時間。本發(fā)明的配料控制器，還包括用于所述MCU與上位機通訊的RS232通訊模塊和RS485通訊模塊，以及用于所述 RS232通訊模塊和所述RS485通訊模塊之間模式切換的通信切換電路，所述通信切換電路分別與所述RS232通訊模塊的一端和所述RS485通訊模塊的一端相連，并通過串口與所述 MCU相連。本發(fā)明的配料控制器，還包括保護電路，用于對輸入或輸出所述RS485通訊模塊或所述RS485通訊模塊的信號進行抗干擾處理，所述保護電路分別與所述RS232通訊模塊的另一端和所述RS485通訊模塊的另一端相連。本發(fā)明的配料控制器，還包括端子排，其上集成有所述光耦及驅動電路、所述保護電路的輸入或輸出端子。再一方面，本發(fā)明還提供了一種上述配料控制器的配料控制方法包括以下步驟同時打開待配料中第一種物料的粗投口和細投口進行所述第一種物料的投放；在投放過程中獲取重量傳感器輸出的瞬時重量信號和所述MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號；根據(jù)內置的AD轉換模塊將所述瞬時重量信號和所述外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號；在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償；對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并判斷當前累加重量是否達到所述第一種物料的粗投閾值，如果達到，則關閉所述第一種物料的粗投口 ；判斷當前累加重量是否達到所述第一種物料的總投放量，如果達到，則關閉所述第一種物料的細投口；根據(jù)投放順序并依照上述方式進行所述待配料中其他物料的投放。本發(fā)明的配料控制方法，所述根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，具體包括根據(jù)公式y(tǒng) = y_k*At對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，其中，y 為瞬時重量，k為溫度補償系數(shù)，At當前時間。本發(fā)明的配料控制方法，所述配料控制器還包括用于所述MCU與上位機通訊的RS232通訊模塊和RS485通訊模塊，以及用于所述 RS232通訊模塊和所述RS485通訊模塊之間模式切換的通信切換電路，所述通信切換電路分別與所述RS232通訊模塊的一端和所述RS485通訊模塊的一端相連，并通過串口與所述 MCU相連。本發(fā)明的配料控制方法，所述配料控制器還包括保護電路，用于對輸入或輸出所述RS485通訊模塊或所述RS485通訊模塊的信號進行抗干擾處理，所述保護電路分別與所述RS232通訊模塊的另一端和所述RS485通訊模塊的另一端相連。本發(fā)明的配料控制方法，所述配料控制器還包括端子排，其上集成有所述光耦及驅動電路、所述保護電路的輸入或輸出端子。本發(fā)明的配料控制器包括用于濾除重量傳感器輸出的瞬時重量信號中的高頻干擾的濾波電路，并且MCU內預存有待配料中每種物料的總投放量、每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序，在投放過程中MCU獲取瞬時重量信號和MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號，根據(jù)內置的AD轉換模塊將瞬時重量信號和外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號，在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并根據(jù)當前累加重量、對應物料的粗投閾值、對應物料的總投放量和投放順序進行投放控制，因此，本發(fā)明的配料控制器降低了其對外界溫度變化的敏感性，其抗干擾能力亦得到了提高，從而整體提升了整個配料控制器的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1為本發(fā)明一個實施例的配料控制器的電路框圖；圖2為圖1中配料控制器的MCU部分的電路原理圖；圖3為圖1中配料控制器的傳感器接線端子及濾波電路部分的電路原理圖；圖4為圖1中配料控制器的放大電路部分的電路原理圖；圖5為圖1中配料控制器的鍵盤電路部分的電路原理圖；圖6為圖1中配料控制器的顯示驅動電路部分的電路原理圖；圖7為圖1中配料控制器的通信切換電路及保護電路部分的電路原理圖；圖8為圖1中配料控制器的RS485通訊模塊及RS232通訊模塊部分的電路原理圖；圖9為圖1中配料控制器的光耦及驅動電路部分的電路原理圖；圖10為圖1中配料控制器的端子排部分的接口結構示意圖；圖11為圖1中配料控制器的電源電路部分的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述參考圖1所示，本實施例的配料控制器包括傳感器輸入端子、濾波電路、放大電路、MCU、顯示驅動電路、光耦及驅動電路、鍵盤電路、RS232通訊模塊、RS485通訊模塊、通信切換電路、保護電路、端子排和電源電路等。其中，傳感器輸入端子用于接收重量傳感器輸出的瞬時重量信號。濾波電路用于濾除瞬時重量信號中的高頻干擾。放大電路用于將濾波電路處理后的瞬時重量信號進行放大。MCU預存有待配料中每種物料的總投放量、每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序，用于在投放過程中獲取瞬時重量信號和MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號，根據(jù)內置的AD轉換模塊將瞬時重量信號和外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號，在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并根據(jù)當前累加重量、對應物料的粗投閾值、對應物料的總投放量和投放順序進行投放控制。顯示驅動電路用于實時將MCU計算出的累加重量發(fā)送至數(shù)碼管顯示。光耦及驅動電路用于將MCU輸出的控制信號進行抗干擾隔離后驅動輸出。 鍵盤電路用于設置儀表參數(shù)，如待配料中每種物料的總投放量、每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序等。而電源電路用于向設備供電。結合圖2所示，MCU可以選擇型號為AduC847的單片機及其外圍電路，其外圍電路包括與其相連的型號為74HCM5D的驅動芯片。結合圖3所示，傳感器輸入端子第2、第3端子與濾波電路的輸入端相連。傳感器輸入端子第6端子與濾波電路的ST端相連。濾波電路的SN-端和SN+端分別對應與上述單片機的第7和第8管腳相連。結合圖4所示，放大電路可以選擇型號為AD8552的放大芯片及其外圍電路，其中， 該放大芯片的第3、第5管腳分別對應與濾波電路的+INA、+INB輸出端相連。而該放大電路的SIG+、SIG-端子分別對應與上述單片機的第9和第10管腳相連。結合圖5所示，鍵盤電路的四個按鍵SW1、SW2、SW3和SW4分別與上述單片機的第 52 第49管腳相連。結合圖6所示，顯示驅動電路可以選擇兩個型號為Max7219的集成化的串行輸入 /輸出共陰極顯示驅動器U2和U3，顯示驅動器U2的第1、第13和第12管腳分別對應與上述單片機的第22、第23和第M管腳相連。顯示驅動器U3的第1、第13和第12管腳分別對應與上述單片機的第22、第23和第25管腳相連。結合圖8所示，RS232通訊模塊包括型號為MAX232芯片及其外圍電路，RS485通訊模塊包括型號為MAX485芯片及其外圍電路，其中，MAX232芯片的第11管腳和MAX485芯片的第4管腳分別與選擇開關SW7的兩個選擇端對應相連，選擇開關SW7的公共端與上述單片機的第17管腳相連。MAX232芯片的第12管腳和MAX485芯片的第1管腳分別與選擇開關SW8的兩個選擇端對應相連，選擇開關SW8的公共端與上述單片機的第16管腳相連。結合圖7所示，選擇開關SW5與電阻Ll之間、選擇開關SW6與電阻L2之間分別接有一個由TVS 二極管和電容并聯(lián)構成的保護電路，用于保護通信芯片及MCU不受外部突發(fā)干擾傷害。其中，選擇開關SW5的兩個選擇端分別對應與RS485通訊模塊的JL+端子以及 MAX232芯片的第14管腳相連，選擇開關SW6的兩個選擇端分別對應與RS485通訊模塊的 JL-端子以及MAX232芯片的第13管腳相連。結合圖9所示，光耦及驅動電路包括兩個型號為TLP521-4的光耦芯片U7a和光耦芯片U7b及其外圍電路，以及兩個型號為ULN2003的達林頓管Ulh和達林頓管U12b及其外圍電路。其中，光耦芯片U7a的第2、第4、第6和第8管腳分別對應與上述型號為74HCM5D 的驅動芯片的第11、第18、第17和第16管腳相連，該光耦芯片U7a的第13、第11、第9和第15管腳分別對應與達林頓管Ulh的第1 第3管腳以及達林頓管U12b的第1管腳相連。光耦芯片U7b的第2、第4、第6和第8管腳分別對應與上述型號為74HCM5D的驅動芯片的第15、第14、第13和第12管腳相連，該光耦芯片U7b的第15、第13、第11和第9管腳分別對應與達林頓管Ulh的第4 第7管腳相連。結合圖10 所示，端子排的 POW、OUTl、0UT2、0UT3、0UT4、0UT5、0UT6、0UT7、0UT8、 COMl為輸出接口接外部24V電源和作用控制繼電器線圈預留口。T)(D、R)(D和SG為485和232通信接口。EA、SIG-、SIG+、E-、E+為傳感器線接口。ST和COM2為1路I/O輸入信號接口，用于啟動配料控制器。L、PE和L為AC220V電源接口。結合圖11所示，電源電路主要由濾波器、變壓器、橋式整流電路、濾波電路和若干穩(wěn)壓電路等構成，從而為配料控制器提供+12V、+5V等所需電源。上述配料控制器的工作過程如下1)、在設置好參數(shù)后啟動配料過程。2)、同時打開待配料中第一種物料的粗投口和細投口進行第一種物料的投放。3)、在投放過程中獲取重量傳感器輸出的瞬時重量信號和MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號。4)、根據(jù)內置的AD轉換模塊將瞬時重量信號和外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號。5)、在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償。具體可以根據(jù)公式y(tǒng) = y_k*At 對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，其中，y為瞬時重量，k為溫度補償系數(shù) (可根據(jù)大量實驗得出)，△ t當前時間。6)、對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并判斷當前累加重量是否達到第一種物料的粗投閾值，如果達到，則關閉第一種物料的粗投口。7)、判斷當前累加重量是否達到第一種物料的總投放量，如果達到，則關閉第一種物料的細投口。8)、根據(jù)投放順序并依照上述方式進行待配料中其他物料的投放。9)、輸出卸料信號至物料斗，使其卸料，完成一次配料過程。本發(fā)明的配料控制器特別適合于混凝土攪拌及浙青混合料設備的配料控制過程， 同時也適用于轉爐以及化工、飼料等需要配料控制的場合。以上的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種配料控制器，其特征在于，包括傳感器輸入端子，用于接收重量傳感器輸出的瞬時重量信號； 濾波電路，用于濾除所述瞬時重量信號中的高頻干擾； 放大電路，用于將所述濾波電路處理后的瞬時重量信號進行放大； MCU，預存有待配料中每種物料的總投放量、每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序，用于在投放過程中獲取所述瞬時重量信號和所述MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號，根據(jù)內置的AD轉換模塊將所述瞬時重量信號和所述外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號，在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并根據(jù)當前累加重量、對應物料的粗投閾值、對應物料的總投放量和投放順序進行投放控制；顯示驅動電路，用于實時將所述MCU計算出的累加重量發(fā)送至數(shù)碼管顯示； 光耦及驅動電路，用于將所述MCU輸出的控制信號進行抗干擾隔離后驅動輸出； 鍵盤電路，用于設置儀表參數(shù)，所述儀表參數(shù)包括待配料中每種物料的總投放量、每種物料的粗投閾值、以及所有物料的投放順序。
2.根據(jù)權利要求1所述的配料控制器，其特征在于，所述根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，具體包括根據(jù)公式y(tǒng) = y_k*At對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，其中，y為瞬時重量，k為溫度補償系數(shù)，At當前時間。
3.根據(jù)權利要求2所述的配料控制器，其特征在于，還包括用于所述MCU與上位機通訊的RS232通訊模塊和RS485通訊模塊，以及用于所述RS232 通訊模塊和所述RS485通訊模塊之間模式切換的通信切換電路，所述通信切換電路分別與所述RS232通訊模塊的一端和所述RS485通訊模塊的一端相連，并通過串口與所述MCU相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的配料控制器，其特征在于，還包括保護電路，用于對輸入或輸出所述RS485通訊模塊或所述RS485通訊模塊的信號進行抗干擾處理，所述保護電路分別與所述RS232通訊模塊的另一端和所述RS485通訊模塊的另一端相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的配料控制器，其特征在于，還包括端子排，其上集成有所述光耦及驅動電路、所述保護電路的輸入或輸出端子。
6.一種權利要求1所述配料控制器的配料控制方法，其特征在于，包括以下步驟 同時打開待配料中第一種物料的粗投口和細投口進行所述第一種物料的投放；在投放過程中獲取重量傳感器輸出的瞬時重量信號和所述MCU內置的測溫模塊輸出的當前外界溫度信號；根據(jù)內置的AD轉換模塊將所述瞬時重量信號和所述外界溫度信號轉變成對應的數(shù)字信號；在對數(shù)字化后的瞬時重量信號進行滑動平均濾波后，根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償；對溫度補償后的瞬時重量信號進行累加計算，并判斷當前累加重量是否達到所述第一種物料的粗投閾值，如果達到，則關閉所述第一種物料的粗投口 ；判斷當前累加重量是否達到所述第一種物料的總投放量，如果達到，則關閉所述第一種物料的細投口；根據(jù)投放順序并依照上述方式進行所述待配料中其他物料的投放。
7.根據(jù)權利要求6所述的配料控制方法，其特征在于，所述根據(jù)數(shù)字化后的外界溫度信號對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，具體包括根據(jù)公式y(tǒng) = y_k* Δ t對滑動平均濾波后的瞬時重量信號進行溫度補償，其中，y為瞬時重量，k為溫度補償系數(shù)，At當前時間。
8.根據(jù)權利要求6所述的配料控制方法，其特征在于，所述配料控制器還包括用于所述MCU與上位機通訊的RS232通訊模塊和RS485通訊模塊，以及用于所述RS232 通訊模塊和所述RS485通訊模塊之間模式切換的通信切換電路，所述通信切換電路分別與所述RS232通訊模塊的一端和所述RS485通訊模塊的一端相連，并通過串口與所述MCU相連。
9.根據(jù)權利要求6所述的配料控制方法，其特征在于，所述配料控制器還包括 保護電路，用于對輸入或輸出所述RS485通訊模塊或所述RS485通訊模塊的信號進行抗干擾處理，所述保護電路分別與所述RS232通訊模塊的另一端和所述RS485通訊模塊的另一端相連。
10.根據(jù)權利要求6所述的配料控制方法，其特征在于，所述配料控制器還包括 端子排，其上集成有所述光耦及驅動電路、所述保護電路的輸入或輸出端子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種配料控制器及其配料控制方法，該配料控制器包括傳感器輸入端子、消除干擾信號的濾波電路、放大電路、內置有測溫模塊并能根據(jù)外接溫度對配料控制器進行溫度補償?shù)腗CU、顯示驅動電路、光耦及驅動電路、鍵盤電路等。由于進行了溫度補償和抗干擾濾波處理，該配料控制器降低了其對外界溫度變化的敏感性，其抗干擾能力亦得到了提高，從而整體提升了整個配料控制器的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G01G19/38GK102410868SQ20111021488
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2011年7月29日
發(fā)明者丁宏 申請人:魯東大學