多 CPU定量稱重控制器的設計

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1 引言

定量稱重控制技術越來越成熟 ,它追求快速、準確、可靠。 快速性和準確性是一對矛盾 ,為解決這一對矛盾 ,我們研制過雙 CPU的定量稱重控制器,較好地解決了這一矛盾,但是由于存在軟件組合異常 ,可靠性指標不高。 目前單片微控器的集程度越來越高,功能越來越完善 ,且價格日趨降低,采用多單片微控器組成系統 ,成本可以接受。 我們在定量稱重控制器中,采用了一種 3 CPU的方案 ,既解決了快速性和準確性的矛盾,又提高了系統的可靠性 ,防止了雙 CPU方案可能產生的軟件組合異常問題。

2 硬件設計

主要硬件框圖如圖 1所示 ,模擬通道電路和鍵盤顯示電路框圖略去。

主機的作用: 接收夾袋狀態信號,輸出關 /合袋夾動作 ,從甲、乙機的到秤信號 ,讀取各秤的累計袋數和累計重量 ,并將總累計袋數和重量值送給上位機。

甲、乙機的作用: 讀取各緩沖料斗的料位狀態 ,根據傳感器變換的重量值往秤斗中進行快、中、慢加料,根據主機給的信號進行放料。

單片微控器的選擇: 主機主要完成協調功能 ,程序量不大,可選擇片內程序存儲器小 ,且引腳較少的的單片微控器 ,這種微控器必須有全雙工串行口和一定的外中斷識別能力。 我們選擇了 AT90S2313,它內部還具有串行EEPROM 和 WDT,體現了真正的單片特性 ,較以往的單片微控器省去了相應的擴展電路。 甲、乙機的程序量相對主機的大,要配置顯示和鍵盤電路 ,需要較強的外擴展能力 ,我們選擇了與主機同系列的單片微控器 AT90S4414,它的內部同樣具備串行 EEPROM 和 WDT,也省去了這部分擴展電路。累計袋數和累計重量值是通過主機和甲、乙機的串行口進行的 ,涉及放料部分的信息處理是由它們的并行口和外中斷協調的。

3 相應軟件的設計

系統的主要工作流程如下: 開機后 ,甲、乙機根據各自緩沖料斗的料位狀態 ,往各自秤斗中加料 ,并不斷判斷到秤狀態 ,到秤后 ,進行落差補償 ,向主機申請放料。 主機不斷判斷袋夾按鈕是否按下,按下后主機控制袋夾關閉 ,袋夾關閉到位后,判斷甲、乙機是否有到秤的,若有 ,則通知甲、乙機可以放料 ,延時一定時間后 ,主機控制打開袋夾 ,放下裝滿料的袋子,甲或乙機又進行裝料循環 ,主機又進入袋夾按鈕是否按下和甲、乙機是否到秤的判斷。

在這種硬件條件下,就不怕甲、乙機同時放料沖突。 由于主機的兩個外中斷優先級不一樣,即使它們同時申請中斷,主機也不會同時中斷,也就不會同時放料。 甲、乙機可以從容地裝料,仿佛對方不存在。

主機的軟件工作流程:

( 1) 初始化,包括中斷和定時器的初始化,與甲、乙機聯絡信號的初始化。

( 2) 判斷按紐按下狀態,若未按下 ,等待,否則 ,到( 3)。

( 3) 判斷甲、乙機是否到秤 ,若不到秤 ,等待 ,否則,到( 4)。

( 4) 清到秤標志 ,給甲或乙機發出放料信號。

( 5) 延時到一定時間后 ,打開袋夾 ,同時清除給甲或乙機的放料信號 ,返回( 2)。外中斷服務程序 0 :

( 1) 禁止外中斷 1中斷。

( 2) 設定甲機到秤標志。

( 3) 返回。

外中斷服務程序 1 :

( 1) 禁止外中斷 0中斷。

( 2) 設定乙機到秤標志。

( 3) 返回。

定時器 0中斷服務程序:

( 1) 判斷按鈕按下狀態,為高,到 ( 4) ,為低 ,到 ( 2)。

( 2) 延時一段時間,判斷按鈕按下狀態 ,為高 ,到 ( 4) ,為低 ,到 ( 3)。

( 3) 設定按紐按下標志。

( 4) 重裝定時器初值 ,返回。

甲或乙機到秤后,向主機發出放料申請,然后分別進入等待放料狀態 ,判斷主機給出的放料信號,直到可以放料。 在放料的同時 ,清除送給主機的到秤信號。

4 進一步的討論

一些較大系統中采用并進行處理技術是為了提高系統的速度,完成實時性很強的任務。 它將一個單機串行處理有時很難在一定約束條件下解決的問題,簡化為相對簡單且時間上可同時進行的子問題 ,滿足了諸如實時性等約束條件。由于集成電路的集成度越來越高 ,價格不斷下降,這種并行處理技術可以在一些小系統中采用 ,解決單機串行處理所無法解決的問題。 就我們所設計的這個測控系統 ,如果用一個 CPU控制兩個模擬通道和兩個功率輸出通道,并進行必要的顯示控制,同時解決快速性和準確性的問題 ,這是不可能的。 即使采用速度很快的CPU,由于 A /D轉換器的速度匹配不上,還要進行數字濾波計算、重量判斷 ,在快速裝料過程中不能達到同時準確到秤判斷 ,也解決不了問題。但是 ,我們采用雙 CPU或 3 CPU,這一問題的的解決變得簡單了。 它的成功就在于利用了并行處理的思想。因此 ,在今后類似的小系統中 ,可以移植或簡化一些以往由于成本的原因僅在大系統中使用的技術 ,在硬件條件的允許下 ,可以使問題的解決變得簡單。

5 結束語

本文給出了一種可以解決定量稱重控制的快速性、準確性和可靠性的方案。它采用了較新的單片微控器 ,使硬件設計更為簡單、可靠。 它所采用的技術思想,可以為其他類似系統所借鑒。http://www.taiyangsan.org/