《工程綜合實(shí)踐》

《工程綜合實(shí)踐》項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告（項(xiàng)目：下料檢重裝置） 專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 班級(jí)13測控5班 組員周奕晨、張佳康 朱馨茗、陳濤 錢稔靈、吳筱 來琦鋒、譚軍 老師王棟、張新娜 中國計(jì)量學(xué)院2016年 5月 6日項(xiàng)目設(shè)計(jì)意義動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線定量包裝供送系統(tǒng)、在線質(zhì)檢系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量的在線限制。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)盒裝產(chǎn)品的重量信號(hào)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與單片機(jī)數(shù)據(jù)處理、顯示的功能，通過顯示器件實(shí)時(shí)顯示稱重結(jié)果，對(duì)于不符合重量要求的產(chǎn)品發(fā)出剔除信號(hào)。氣動(dòng)下料檢重和自動(dòng)剔除裝置將下料機(jī)構(gòu)、PLC與氣動(dòng)限制技術(shù)相結(jié)合，完成藥盒的自動(dòng)下放和剔除分選工作。選配試驗(yàn)箱可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手/自動(dòng)限制。通過該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的各類好用技術(shù)學(xué)問設(shè)計(jì)工業(yè)化機(jī)電裝置的綜合設(shè)計(jì)實(shí)力。項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容稱重信號(hào)采集及信號(hào)調(diào)理。單片機(jī)處理與稱重值顯示PLC選擇及氣動(dòng)下料裝置PLC手動(dòng)剔除與智能剔除不合格物品設(shè)計(jì)項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)（含創(chuàng)新點(diǎn)）稱重信號(hào)采集及信號(hào)調(diào)理1.1試驗(yàn)內(nèi)容將傳感器采集的信號(hào)通過三運(yùn)放儀表放大電路一級(jí)放大，再通過減法電路達(dá)到去皮調(diào)零的效果，最終再經(jīng)放大電路進(jìn)一步發(fā)大，以達(dá)到單片機(jī)所需的信號(hào)大小。1.2電路設(shè)計(jì)1.2.1三運(yùn)放儀表放大電路設(shè)計(jì)經(jīng)過三運(yùn)放儀表放大電路將3.5mV的電壓大至100mV，Kd1=1+(R1+R2)/R0Kd2=R5/R3；Kd=Kd1*Kd2；通過調(diào)整R0使U1輸出為100mV1.2.2減法電路U2=（U1-100mV）*（R11/R9）=0mVKd4=R11/R9=10;U3=(1+R15/R13)*U2Kd5通過調(diào)整R13,變更差模增益Kd5，使電路總增益： Kd=Kd1*Kd2*Kd4*Kd5=7000;先通過減法放大電路減去偏置并放大10倍， 再經(jīng)過同相放大電路經(jīng)過電位器調(diào)整放大10倍。1.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 1.4方案創(chuàng)新1.4.1三運(yùn)放電路具有良好的共模抑制實(shí)力，取R1=R2,可調(diào)整R0變更增益 而不影響電路的對(duì)稱性。1.4.2分壓電阻采納電位器，可敏捷調(diào)零。1.4.3成本低廉，精度較高。2、單片機(jī)處理與稱重值檢測2.1試驗(yàn)內(nèi)容將放大板處理以后的電壓信號(hào)經(jīng)過擬合后，通過單片機(jī)AD處理成質(zhì)量信號(hào)，并顯示出來。2.2參數(shù)擬合依據(jù)放上不同的砝碼質(zhì)量10g、20g……200g記錄相應(yīng)的A/D值，并用matlab的最小二乘法將其擬合成線性函數(shù)，以質(zhì)量為應(yīng)變量，A/D值為自變量。得到擬合曲線輸入到程序中以獲得更精確的稱重質(zhì)量。首先將全部數(shù)據(jù)用于擬合時(shí)，發(fā)覺擬合得到的曲線有一些不足之處：質(zhì)量小于60g時(shí)，稱重顯示數(shù)值波動(dòng)比較大，而其他范圍的質(zhì)量比較穩(wěn)定。因此我們實(shí)行分段擬合的方法——將0~60g和70~200g分別擬合得到兩個(gè)函數(shù)。其中，依據(jù)殘差圖（若顯示紅色則將其剔除）剔除一些數(shù)據(jù)。為減小零漂，設(shè)置程序在A/D值小于肯定值時(shí)質(zhì)量顯示皆為0.0~60g階段：無剔除數(shù)據(jù) 得到擬合曲線：擬合曲線：y1=73.2418*x1-3.607570~200g：依據(jù)殘差圖剔除到200g那個(gè)點(diǎn)，再得到殘差圖：擬合曲線：y2=69.43598*x2-0.03372.4邏輯框圖2.5創(chuàng)新部分：示數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，誤差小精度高，界面簡潔美觀。3、PLC選擇及氣動(dòng)下料裝置3.1PLC類型·采納PLC類型： 西門子S7-200硬件資源有：信號(hào)輸入：兩組14點(diǎn)（I0.0~I0.7、公共端是1M，I1.0~I1.5、公共端是2M）。輸出繼電器：三組10點(diǎn)（Q0.0~Q0.3、公共端是1L,Q0.4~Q0.6公共端是2L,Q0.7~Q1.1公共端是3L）。3.2PLC個(gè)模塊地址安排3.3邏輯圖3.4創(chuàng)新部分：3.4.1程序邏輯明確，有三個(gè)子程序，然后主程序簡明扼要、清楚。3.4.2為了平安起見汽缸每推動(dòng)一次都有2秒延時(shí)收回時(shí)間（時(shí)間可調(diào)整）。3.4.3稱重時(shí)也有2秒鐘延時(shí)確保足夠時(shí)間稱重反饋。（時(shí)間可調(diào)整）3.4.4可以限制皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)速度。（原理類似與PWM波限制LED亮暗。）3.4.5自動(dòng)下料時(shí)每稱重一次進(jìn)行一次下料。避開發(fā)生碰撞。4、手動(dòng)剔除與智能剔除不合格物品設(shè)計(jì)4.1地址安排：4.2邏輯圖 4.3觸摸屏限制界面設(shè)計(jì)4.4創(chuàng)新部分 可限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。項(xiàng)目實(shí)施記錄與總結(jié)1、電子組：（完整的電路圖與程序見附錄）張佳康：經(jīng)過本次課程，更深化的了解了放大電路的原理與功能，親自實(shí)踐提高了我的動(dòng)手實(shí)力。本次課程放大電路基本順當(dāng)完成，在調(diào)試儀表放大電路時(shí)，因?qū)⒉罘蛛娐氛?fù)端接反，導(dǎo)致測試結(jié)果始終失敗，但找出緣由后，測試基本順當(dāng)。陳濤：通過這次的實(shí)踐，我再次體會(huì)到理論與實(shí)際的差距。我們的放大版主要由三部分組成：三運(yùn)放電路、減法電路、放大電路。實(shí)際過程中，由于放大器本身的實(shí)際特性，以及電阻實(shí)際值與標(biāo)值的誤差，三運(yùn)放電路并不像理論那樣志向，減法電路也并沒有完全減到零（我想著應(yīng)當(dāng)與運(yùn)放內(nèi)部的失調(diào)電壓有關(guān)）。動(dòng)手實(shí)踐，能彌補(bǔ)我們的學(xué)問間隙，讓我們對(duì)其更加深刻。錢稔靈：把自己所學(xué)的運(yùn)用到實(shí)踐中，感覺還是很興奮的。與同學(xué)們探討設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中我學(xué)習(xí)到了團(tuán)結(jié)的重要性。吳筱：短短近十周的工程綜合實(shí)踐中，我和隊(duì)友負(fù)責(zé)單片機(jī)模塊，大三上修過單片機(jī)的課程但是詳細(xì)應(yīng)用并不熟識(shí)，和隊(duì)友寫代碼改程序的時(shí)候?qū)W到很多新的東西。當(dāng)然，改代碼的過程也很揪心，程序調(diào)試勝利的時(shí)候又無比喜悅。曲線擬合的部分我用上了參與數(shù)學(xué)建模競賽的學(xué)問，這部分還算輕松。其實(shí)很驚異通過合作能把最終的實(shí)物做出來，也對(duì)電子秤的原理有了更深一步的相識(shí)。這更像是一個(gè)學(xué)以致用的過程。2、PLC小組（程序觸摸屏見附錄）朱馨茗：在這次實(shí)踐中，加深了對(duì)梯形圖的理解，學(xué)會(huì)了簡潔的運(yùn)用，通過團(tuán)隊(duì)的合作學(xué)習(xí)，不斷提升發(fā)覺問題，解決問題的實(shí)力。這次實(shí)踐學(xué)習(xí)雖然時(shí)間不長但是收獲特別大。周奕晨：我覺得這次試驗(yàn)讓我對(duì)團(tuán)隊(duì)合作有了全新的相識(shí)，讓我收獲特別大，特殊是組長有各組協(xié)調(diào)，真的感慨頗多。來琦鋒：在編寫、調(diào)試剔除程序的過程出現(xiàn)了不少的失誤，比如：因?yàn)槭沁\(yùn)用定時(shí)器限制進(jìn)步電機(jī)單向剔除，但沒有限制好進(jìn)步點(diǎn)擊發(fā)送的脈沖數(shù)，導(dǎo)致自動(dòng)剔除時(shí)，反轉(zhuǎn)回不到初始位置；也有因遺忘添加限制Y軸進(jìn)行的Q0.3導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)步電機(jī)運(yùn)動(dòng)。然而在解決這些問題的過程中讓我更加深刻的理解了PLC程序的運(yùn)行，獲益匪淺。在完成了程序編寫、調(diào)試、驗(yàn)收后，我們松了口氣。雖然還有點(diǎn)瑕疵（程序的觸摸屏界面不夠美觀），但這仍是我心中小小的驕傲。譚軍：我覺得這門課程是一門特別好玩的課，讓我在PLC的制作體會(huì)到了很大的樂趣，雖然在編程的過程中遇到很多問題而且自己在編程方面也不是特殊擅長，在組員的幫助和自己的努力下還是解決了一個(gè)個(gè)問題。但是我深知自己還有很多須要學(xué)習(xí)的地方，在今后的課程中肯定會(huì)更加仔細(xì)學(xué)習(xí)。項(xiàng)目元件清單與選型說明電子部分:LM3584個(gè)、103電位器3個(gè)、78051個(gè)、電容若干、電阻若干、導(dǎo)線、89c51單片機(jī)、1602液晶屏。PLC部分：西門子S7-200，電腦。附件1：完整電路圖附件2：matlab擬合源代碼clearclcx1=[53180320462596738863]'*0.001;%輸入砝碼質(zhì)量及相應(yīng)的A/D值y1=[0102030405060]';X=[ones(7,1)x1];[b,bint,r,rint,stats]=regress(y1,X)%最小二乘法線性回來擬合rcoplot(r,rint)%畫出殘差圖，得到須要剔除的點(diǎn)（若顯示紅色則該點(diǎn)剔除），剔除后重新對(duì)剩余數(shù)據(jù)擬合y1=73.2418*x1-3.6075clearclcx2=[1010115212961440158517302016216023042738]'.*0.001;y2=[708090100110120140150160190]';X2=[ones(10,1)x2];[b,bint,r,rint,stats]=regress(y2,X2)rcoplot(r,rint)y2=69.43598*x2-0.0337plot(x2,y2)%畫出擬合結(jié)果plot(x1,y1)附件3：單片機(jī)源代碼#include<AT89X52.h>#include<MATH.H>#include<system.h>uintAD=0,mg1=0,xs=0;//AD轉(zhuǎn)換值uchari=0;unsignedlongADS=0;floatmg2=0;ucharad_result[8]={0};//AD值顯示存放數(shù)組ucharMg[8]={0}; /*port為AD通道號(hào)，x為液晶顯示的x軸坐標(biāo)值1-8，x為液晶顯示的y軸坐標(biāo)值1-4*/voidread_and_display(ucharport,ucharx,uchary){AD=read2543(port);//第一次讀的AD值是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，舍棄 AD=read2543(port);//AD不同通道間采樣間隔，可變更if(i<100) { ADS=ADS+AD; i++; } else { i=0; ADS=ADS/100; if(ADS<900) { mg1=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075; mg2=73.2418*(ADS*0.001)-3.6075; } else { mg1=69.43598*(ADS*0.001)-0.0337; mg2=69.43598*(ADS*0.001)-0.0337; } xs=mg2*10; xs=xs%10; if(ADS<60) { mg1=0; xs=0; } Mg[5]='g'; Mg[4]=xs+'0'; Mg[3]='.'; Mg[2]=(mg1%10)+'0'; Mg[1]=((mg1/10)%10)+'0'; Mg[0]=((mg1/100)%10)+'0'; ad_result[5]='V'; ad_result[4]=(ADS%10)+'0'; ad_result[3]=((ADS/10)%10)+'0'; ad_result[2]=((ADS/100)%10)+'0'; ad_result[1]='.'; ad_result[0]=(ADS/1000)+'0'; LCD_PutString(x,y+1,"Ui="); LCD_PutString(x,y+2,"Ws="); LCD_PutString(x+2,y+1,ad_result); LCD_PutString(x+2,y+2,Mg); if(mg2-100>10||100-mg2>10) { LCD_PutString(x+6,y+2,"NO"); BEEP=0; DelayMs(50); BEEP=1; } else { LCD_PutString(x+6,y+2,"YES"); } //LCD_PutString(x+4,y+2,"Wb100g"); LCD_PutString(x,y+3,"誤差10%"); }}voiddisplay(uintn){ ucharN[3]={0}; N[0]=n/100+'0'; N[1]=(n/10)%10+'0'; N[2]=n%10+'0'; LCD_PutString(1,3,N);}voidmain(){uintn=20;DelayMs(200);//等待系統(tǒng)上電Init_LCD12864();//液晶初始化//BoardTest();//整板測試while(1){read_and_display(0,1,1);DelayMs(10); LCD_PutString(1,1,"13測控五班"); LCD_PutString(5,4,"合格100g"); } }附件4：PLC下料代碼主程序：程序初始化：協(xié)助繼電器M、輸出繼電器Q復(fù)位VW8稱重時(shí)，停止延時(shí)時(shí)間VW10收回氣缸的延時(shí)時(shí)間I1.4用來程序復(fù)位清零通過Q1.0進(jìn)入手動(dòng)子程序通過Q1.1進(jìn)入自動(dòng)子程序通過M0.2來進(jìn)入皮帶子程序以及使脈沖發(fā)出計(jì)數(shù)手動(dòng)子程序：手動(dòng)子程序主要功能為：通過手動(dòng)觸摸接觸屏開關(guān)限制I0.4，然后輸出一個(gè)脈沖，來啟動(dòng)