專利名稱：基于斜率濾波算法的快速重量分選系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及稱重領域，特別適用于定量包裝行業高速高精度在線重量 分選領域。
背景技術：
隨著國內勞動力成本的提高以及國際市場環境對我國加工業的要求，自動 稱重分選系統在食品包裝、飲料罐裝、缺件檢測、果蔬分選等行業得到了越來 越廣泛的應用。另外，重量分選的質量往往直接和商業貿易聯系，因此分選的 不確定度直接影響交易雙方的利益；產品生產行業的稱重計量精度直接影響著 商家和消費者的利益；隨著中國加入WTO以及綜合國力的提升，涉外商業貿易 的稱重計量不僅關系我國的直接經濟利益，而且影響我國的形象以及經濟外交 的主動權。
然而目前很多重量分選系統往往不能很好處理好分選精度和分選速度的矛 盾，有的廠商為了提高分選效率往往要以犧牲分選精度為代價；相仿有的廠商 為了達到較高的分選精度，就不能做到快速的分選。本實用新型的結構設計和 軟件設計很好的解決了兩者的矛盾，達到高精度的快速分選。 發明內容
針對的現有稱重分選系統分選速度和分選精度的矛盾，以及測量系統結構 設計復雜、靈活性差的缺點，本實用新型的目的在于提供提出一種基于斜率濾 波算法的快速重量分選系統。
本實用新型采用的技術方案是
本實用新型的支撐橫梁通過支桿連接于機柜上的導軌上，測量控制單元安 裝于機柜上；上料機構、稱重機構和下料機構依次安裝在支撐部件上；第一塊 過渡擋板安裝于上料機構和稱重機構之間的上料機構固定板上；第二塊過渡擋 板安裝在稱重機構和下料機構之間的稱重機構固定板上，三者的工作面在一個 平面上；剔除裝置支架安裝于支撐橫梁上靠近下料機構一側，剔除裝置安裝在 剔除裝置支架上，且高于上料機構、稱重機構和下料機構的工作面；剔除裝置 的信號線和稱重傳感器的信號通過高速數據采集系統連接到測量控制單元；其 中
1)上料機構包括上料機構固定板、上料機構固定連接板、鎖緊螺絲、調節滑塊以及安裝在上料機構固定板間的傳動輪組和上料機構皮帶；上料機構固 定板通過上料機構固定連接板連接，上料機構固定板間安裝的有傳動輪組和上 料機構皮帶；上料機構固定連接板和調節滑塊相連，安裝在支撐部件上，通過 鎖緊螺絲鎖緊；
2) 稱重機構包括稱重機構固定板、稱重機構固定連接板、鎖緊螺絲、調 節滑塊以及安裝在稱重機構固定板間的主動輪、從動輪和稱重機構皮帶；稱重 機構固定板通過稱重機構固定連接板連接，稱重機構固定板間安裝主動輪、從 動輪和稱重機構皮帶；稱重機構固定連接板通過稱重傳感器和調節滑塊相連， 安裝在支撐部件上，通過鎖緊螺絲鎖緊；主動輪和稱重機構固定板之間安裝有 隔振環，稱重傳感器和調節滑塊之間安裝有隔振墊；
3) 下料機構包括下料機構固定板、下料機構固定連接板、鎖緊螺絲、調 節滑塊以及安裝在下料機構固定板間的傳動輪組和下料機構皮帶；下料機構固 定板通過下料機構固定連接板連接，下料機構固定板間安裝有傳動輪組和下料 皮帶；下料機構固定連接板和調節滑塊連接安裝在支撐部件上，通過鎖緊螺絲 鎖緊；
所述的測量控制單元包括單片機系統、通訊模塊、測量模塊、按鍵顯示模 塊和控制模塊，單片機系統分別與通訊模塊、測量模塊、按鍵顯示模塊和控制 模塊相連。
本實用新型具有的有益效果是
1) 測量精度高采用動態基準電壓技術、斜率濾波算法和多級隔振方案， 保證了最終測量結果的精度。
2) 測量速度快獨特的斜率濾波算法和緊湊型測量方式，保證了較快的測 量分選速度。
3) 結構簡單，且各機構相對位置靈活可變；測量和分選實現完全自動化， 測量分選精度高，特別適用于生產線快速在線檢測和分選。
圖l是系統正視圖。
圖2是系統側視圖。
圖3是系統俯視圖。
圖4是稱重機構示意圖。
圖5是斜率濾波算法流程圖。
圖6是測量控制單元的系統框圖。圖7是測量控制單元的通訊模塊。 圖8是測量控制單元的單片機系統。 圖9是測量控制單元的測量模塊。
圖io是測量控制單元的按鍵顯示模塊。
圖11是測量控制單元的控制模塊。
圖注1、測量控制單元；2、機柜；3、支撐部件；4、剔除裝置；5、下料 機構；6、稱重機構；7、上料機構；8、第一過渡擋板；9、稱重傳感器；10、 高速數據采集系統；11、鎖緊螺絲；12、隔振墊；13、隔振環；14、調節螺絲； 16、支桿；17、剔除裝置支架；18、第二過渡擋板；19、上料機構固定連接板； 20、調節滑塊；21、稱重機構固定連接板；22、鎖緊螺絲；23、調節滑塊；24、 下料機構固定連接板；25、調節滑塊；26、鎖緊螺絲；27、上料機構固定板； 28、稱重機構固定板；29、下料機構固定板；31、稱重機構從動輪；32、稱重 機構主動輪；33、稱重機構皮帶。
具體實施方式
在圖l、圖2、圖3和圖4中，支撐橫梁3通過支桿16連接于機柜2上的 導軌上，測量控制單元1安裝于機柜2上；上料機構7、稱重機構6和下料機構 5依次安裝在支撐部件3上；第一塊過渡擋板8安裝于上料機構7和稱重機構6 之間的上料機構固定板27上；第二塊過渡擋板18安裝在稱重機構6和下料機 構5之間的稱重機構固定板28上，三者的工作面在一個平面上；剔除裝置支架 17安裝于支撐橫梁3上靠近下料機構5 —側，剔除裝置4安裝在剔除裝置支架 17上，且高于上料機構7、稱重機構6和下料機構5的工作面；剔除裝置4的 信號線和稱重傳感器9的信號通過高速數據采集系統IO連接到測量控制單元1; 其中
1) 上料機構7:包括上料機構固定板27、上料機構固定連接板19、鎖緊螺 絲11、調節滑塊20以及安裝在上料機構固定板27間的傳動輪組和上料機構皮 帶；上料機構固定板27通過上料機構固定連接板19連接，上料機構固定板27 間安裝的有傳動輪組和上料機構皮帶；上料機構固定連接板19和調節滑塊20 相連，安裝在支撐部件3上，通過鎖緊螺絲ll鎖緊；
2) 稱重機構6:包括稱重機構固定板28、稱重機構固定連接板21、鎖緊螺 絲22、調節滑塊23以及安裝在稱重機構固定板28間的主動輪32、從動輪31 和稱重機構皮帶33;稱重機構固定板28通過稱重機構固定連接板21連接，稱 重機構固定板28間安裝主動輪32、從動輪31和稱重機構皮帶33;稱重機構固定連接板21通過稱重傳感器9和調節滑塊23相連，安裝在支撐部件3上，通 過鎖緊螺絲22鎖緊；主動輪32和稱重機構固定板28之間安裝有隔振環13，稱 重傳感器9和調節滑塊23之間安裝有隔振墊12;
3)下料機構5:包括下料機構固定板29、下料機構固定連接板24、鎖緊螺 絲26、調節滑塊25以及安裝在下料機構固定板29間的傳動輪組和下料機構皮 帶；下料機構固定板29通過下料機構固定連接板24連接，下料機構固定板29 間安裝有傳動輪組和下料皮帶；下料機構固定連接板24和調節滑塊25連接安 裝在支撐部件3上，通過鎖緊螺絲26鎖緊；
在圖6中，測量控制單元1包括單片機系統、通訊模塊、測量模塊、按鍵 顯示模塊和控制模塊，單片機系統分別與通訊模塊、測量模塊、按鍵顯示模塊 和控制模塊相連；其中
在圖8中，單片機系統包括單片機ARM2136及其外圍電路組成；外圍電 路包括基準電壓電路、晶振電路、電源電路和復位電路；
在圖7中，通訊模塊由MAX232芯片和5個濾波電容組成；
在圖9中，測量模塊包括多選開關74HC4051、跟隨器LM358和八路電 壓電流測量網絡組成；外部信號通過電壓電流測量網絡后，經過多選開關 74HC4051選擇后，然后經過LM358跟隨，最后連接到單片機的模擬量采樣腳 AIN進行采樣；
在圖10中，按鍵顯示模塊包括按鍵芯片ZLG72卯、液晶電源和按鍵網絡 組成；液晶電源包括LM2575和CXA-10A逆變芯片；
在圖11中，控制模塊控制模塊包括74HC273、 74HC07和繼電器HFS8 組成。
被測物體首先在上料機構7的皮帶上排序上料，隨后被測物體被傳輸到稱 重機構6的皮帶上，測量控制單元1通過測量模塊和通訊模塊檢測到物料的重 量變化后，開始啟動測量控制單元1的數據采集程序；當物料流出稱重機構6 或者測量控制單元1認為所采數據點足夠準確計算出實際重量時，測量控制單 元1根據斜率濾波算法后，計算出物料的實際重量；這一重量和存儲于測量控 制單元1內的規格參數比較，得出物料所處重量區間，通過案件顯示模塊顯示 于液晶顯示器上。當物料通過下料機構5的皮帶上時，測量控制單元1根據物 料重量所處重量區間和設定好動作，通過測量控制單元1的控制模塊控制剔除 裝置4的雙聯氣缸實施動作，將合格品和不合格品進行分選。當前一個檢測物 料下稱重機構6時，后一個物料就可以上稱重機構6了，這樣緊密型測量極大的提高了測量效率。
由于傳動部件以及環境因素的影響，系統會引進很多振動，本實用新型釆 用了兩級減振方法，有效的減少了這些振動帶來的影響。圖3所示減振環13安
裝在傳動輪組和上料機構固定板27、稱重機構固定板28和下料機構固定板29 間的，這樣的減振方式對于減少傳動帶來的振動效果是最直接最明顯的，因為 所有傳動振動都是要通過這里傳遞給各機構固定板，然后由固定板往下傳遞給 稱重傳感器9的。隔振墊12安裝在稱重傳感器9和支撐部件3上的調節滑塊23 之間的，地面的振動是通過機柜2，支撐桿16，支撐部件3，依次傳遞給稱重傳 感器9的。因此在這里安裝隔振墊12是最理想的。另外，本實用新型的支桿16 也是用來隔離地面振動的，地面的振動由機柜2傳遞給支桿16的時候，由于支 桿16是垂直安裝于機柜2正面的，大部分振動就會被支桿16吸收。
其間數據采集是這樣實現的，稱重傳感器9的微小模擬信號傳輸到高速數 據采集系統10中，經過精密放大后，采用動態基準電壓技術和高精度AD芯片 轉換成數字信號；高速數據采集系統10實時采樣稱重傳感器9附近溫度，把數 字信號經過溫度修正后，通過指令方式上傳到測量控制單元1中。其中高速數 據采集系統10放置在稱重傳感器9附近， 一方面達到溫度等環境條件的一致； 另一方面，由于傳感器9輸出的信號是mV級的模擬電壓信號，若長距離傳輸 會導致疊加進過多環境干擾，而高速數據采集系統10將這一模擬信號轉換成數 字信號，通過數據包的方式上傳，在不損失任何精度的前提下延長了傳輸線。
其中高速是這樣實現的測量控制單元實時高速采集經過高速數據采集系 統處理后的稱重傳感器信號，通過斜率濾波算法，尋找最適合計算重量實際值 的數據點，然后計算出被測物重量。這樣皮帶速度就可以設定在這樣一個水平
物體在皮帶上的時間以滿足系統找到斜率濾波算法中所述數據點為標準，而這 一皮帶速度一般很大，使得整個系統的檢測速度達到很快的一個水平。
其中高精度是這樣實現的稱重傳感器的微小模擬信號傳輸到高速數據采
集系統中，經過精密放大后，采用動態基準電壓技術和高精度AD芯片轉換成 數字信號；高速數據采集系統實時采樣稱重傳感器附近溫度，把數字信號經過 溫度修正后，通過指令方式上傳到測量控制單元中。另外，對于高精度的稱重 分選領域，傳動機構和環境的振動干擾對測量結果影響極大，而本實用新型采 用兩級減振的方式，極大的減少了振動對測量結果的影響。
所謂斜率濾波就是根據采樣曲線的斜率變化趨勢來判斷稱重傳感器9的響應狀態。稱重傳感器9是電阻式的，是一個典型的二階系統，被測物體從上料 機構7傳送到稱重機構6時，可視為一個階躍響應，存在一定的調定時間；經 過研究發現處于調定時間的響應曲線其斜率變化率都很大，而一旦進入穩定階 段，其斜率變化率就變得很小。因此斜率濾波就是基于在判斷斜率變化率的基 礎上，尋找可以用來作為稱重終值的數據點。然而直接計算斜率在軟件上實現
繁瑣，因此根據血"—。Ax，這里的x是時間，y是稱重傳感器9的響應，可見
，
只耍數據點間距足夠小的情況下可以把&當成斜率，這方便了單片機程序處理；
另外由于系統中數據采集的間距是固定的，比如采樣率10000的情況下，
，M Ay, A_y2
&=0.0001S，這樣比較斜率^和^就變成了比較^和，等價于于比較 1
和~2，因此程序處理上只要比較相鄰數據點的差值就能判斷其斜率變化率。實
際施例中，程序判斷斜率變化率，剔除變化率大的數據點，保存變化率小的點，
然后對所保存數據點經過循環若千次上述斜率濾波，最后得到的數據點就認為
是稱重傳感器9進入穩定階段的數據，測量控制單元1對該些數據分析就能準
確的計算出被測物的實際重量，其間循環次數以所存數據的斜率變化率均小于
一定閥值為準。軟件實現斜率濾波算法流程如圖5所示。
動態基準電壓是這樣實現的，由于稱重傳感器9的輸出和其激勵電源的輸
入是成一定比例關系的，所以設計采用動態基準電壓方法。 一般稱重傳感器的
靈敏度為2mV/V，設稱重傳感器9的激勵電壓(直流激勵)為x， AD的基準
電壓也為通過精密電阻分壓后的^"，受力與轉換出的電壓值間系數為"，信號
放大倍數為"，AD滿度值W， AD轉換后的數值為Z，由于
;cx0.002xo;x;8 — X則有Z-G力Gh/ "iV，可見數字化后的值與激勵電壓無關。這種方法不但消除了 電源波動帶來的誤差，也省卻了高精度電壓基準芯片的成本。
權利要求1、一種基于斜率濾波算法的快速重量分選系統，其特征在于支撐橫梁(3)通過支桿(16)連接于機柜(2)上的導軌上，測量控制單元(1)安裝于機柜(2)上；上料機構(7)、稱重機構(6)和下料機構(5)依次安裝在支撐部件(3)上；第一塊過渡擋板(8)安裝于上料機構(7)和稱重機構(6)之間的上料機構固定板(27)上；第二塊過渡擋板(18)安裝在稱重機構(6)和下料機構(5)之間的稱重機構固定板(28)上，三者的工作面在一個平面上；剔除裝置支架(17)安裝于支撐橫梁(3)上靠近下料機構(5)一側，剔除裝置(4)安裝在剔除裝置支架(17)上，且高于上料機構(7)、稱重機構(6)和下料機構(5)的工作面；剔除裝置(4)的信號線和稱重傳感器(9)的信號通過高速數據采集系統(10)連接到測量控制單元(1)；其中1)上料機構(7)包括上料機構固定板(27)、上料機構固定連接板(19)、鎖緊螺絲(11)、調節滑塊(20)以及安裝在上料機構固定板(27)間的傳動輪組和上料機構皮帶；上料機構固定板(27)通過上料機構固定連接板(19)連接，上料機構固定板(27)間安裝的有傳動輪組和上料機構皮帶；上料機構固定連接板(19)和調節滑塊(20)相連，安裝在支撐部件(3)上，通過鎖緊螺絲(11)鎖緊；2)稱重機構(6)包括稱重機構固定板(28)、稱重機構固定連接板(21)、鎖緊螺絲(22)、調節滑塊(23)以及安裝在稱重機構固定板(28)間的主動輪(32)、從動輪(31)和稱重機構皮帶(33)；稱重機構固定板(28)通過稱重機構固定連接板(21)連接，稱重機構固定板(28)間安裝主動輪(32)、從動輪(31)和稱重機構皮帶(33)；稱重機構固定連接板(21)通過稱重傳感器(9)和調節滑塊(23)相連，安裝在支撐部件(3)上，通過鎖緊螺絲(22)鎖緊；主動輪(32)和稱重機構固定板(28)之間安裝有隔振環(13)，稱重傳感器(9)和調節滑塊(23)之間安裝有隔振墊(12)；3)下料機構(5)包括下料機構固定板(29)、下料機構固定連接板(24)、鎖緊螺絲(26)、調節滑塊(25)以及安裝在下料機構固定板(29)間的傳動輪組和下料機構皮帶；下料機構固定板(29)通過下料機構固定連接板(24)連接，下料機構固定板(29)間安裝有傳動輪組和下料皮帶；下料機構固定連接板(24)和調節滑塊(25)連接安裝在支撐部件(3)上，通過鎖緊螺絲(26)鎖緊。
2. 根據權利要求1所述的一種基于斜率濾波算法的快速重量分選系統，其特 征在于所述的測量控制單元(l)包括單片機系統、通訊模塊、測量模塊、按鍵 顯示模塊和控制模塊，單片機系統分別與通訊模塊、測量模塊、按鍵顯示模塊 和控制模塊相連；其中1) 單片機系統包括單片機ARM2136及其外圍電路組成；外圍電路包括: 基準電壓電路、晶振電路、電源電路和復位電路；2) 通訊模塊由MAX232芯片和5個濾波電容組成；3) 測量模塊包括多選開關74HC4051、跟隨器LM358和八路電壓電流測 量網絡組成；外部信號通過電壓電流測量網絡后，經過多選開關74HC4051選擇 后，然后經過LM358跟隨，最后連接到單片機的模擬量采樣腳AIN進行采樣；4) 按鍵顯示模塊包括按鍵芯片ZLG7290、液晶電源和按鍵網絡組成；液 晶電源包括LM2575和CXA-10A逆變芯片；5) 控制模塊控制模塊包括74HC273、 74HC07和繼電器HFS8組成。
專利摘要本實用新型公開了一種基于斜率濾波算法的快速重量分選系統。支撐橫梁通過支桿連接于機柜上的導軌上，測量控制單元安裝于機柜上；上料機構、稱重機構和下料機構依次安裝在支撐部件上；過渡擋板安裝于上料、稱重機構之間的上料機構固定板上；另一過渡擋板安裝在稱重、下料機構之間的稱重機構固定板上；剔除裝置安裝在支架上，靠近下料機構一側；剔除裝置的信號線和稱重傳感器的信號通過高速數據采集系統連接到測量控制單元。通過斜率濾波算法對稱重傳感器的響應信號進行處理，計算出被測物的重量，根據存儲于測量控制單元的規格參數等對被測物進行重量分選。本系統測量和分選實現完全自動化，測量分選精度高，特別適用于生產線快速在線檢測和分選。
文檔編號B07B13/08GK201361622SQ20092011271
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月19日 優先權日2009年1月19日
發明者湯建斌, 沈小倩, 慶 蔣, 蔡晉輝 申請人:中國計量學院