Микропроцессорная весоизмерительная система

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 19) (11) 5 1) 6 01 6 19 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ орниенко,омцов ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Днепропетровский ордена Трудо вого Красного Знамени горный инсти тут им Артема и Научно-исследовательский и конструкторский институ испытательных машин, приборов и средств измерения масс(56) 1. Авторское свидетельство СС Р 699346, кл, С 01 6 19/04, 1977.2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3216072/18-10кл. (з 01 О 19/02, 1980,(54)(57) МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ВЕСОИЗИЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая весовую платФорму, опирающуюся на частотный датчик веса, путевые датчики, две схемы И, микропроцессорное вычислительное устройство, к входам которого подключен кварцевый генератор, а к выходам - печатающее устройство, блок времени и оперативное . запоминающее устройство, о т л и - . ч а,ю щ а я с я тем, что, с целью расширения области ее применения и повышения точности взвешивания и надежности, в нее введены фотоприемиик опознавания движущегося объекта, блок путевых датчиков, подсоединенный своим входом к путевым датчикам, а выходами - к микропроцессорному вычислительному устройству, делитель частоты датчика веса, триггер управления режимами опознавания, регистр измерения количества периодов датчика веса и счетчик эталонной частоты, причем выход датчика веса подключен через делитель частоты на вход микропроцессорного вычислительного устройства и регнстра измерения периодов частоты датчика веса, выходы которого подключены на инфор-. мационные входы микропроцессорного вычислительного устройства, выход фотоприемника подключен на единичный вход триггера и первые входы схем И, нулевой выход триггера подключен на второй вход первой схемы И, единичный выход - на второй вход второй схемы И, выход первой схемы И под- Яключен к управляющемувходу микро.процессорного вычислительного устройства, выход второй схемы И подключен на третий вход микропроцессорного вычислительного устройства выход блока путевых датчиков подк чен на нулевой вход триггера, выходы счетчика эталонной частоты подключены на вторые информационные входы микропроцессорного вычислительного устройства, управляющий выход которого подключен на вход регистра измерения количества периодов датчика веса и счетчика эталонной частоты, при этом второй выход кварцевого генератора подключен к входам счетчика и блока времени, а информационные выходы блока времени подключены к входу опЕративного запоминающего устройства.З 0 Система содержит весовую платформу 1, путевые датчики 2, соединенные своими выходами с блоком 3 путе вых датчиков, датчик 4 веса, соединенный своим входом с весовой платформой 1, а выходом - с делителем5 частоты, регистр б измерения количества периодов датчика веса, своим 40 входом соединенный с делителем 5.частоты, а выходами - с микропроцессорным вычислительным устройством,состоящим иэ центрального процессора 7, блока 8 микропрограммного управления и перепрограммируемогопостоянного запоминающего устройст"ва 9, триггер 10, входами соответственно соединенный с блоком 3 путевых. датчиков и фотоприемником 11,а своими выходами подключенный ксхемам И 12 и 13, выходы которых соответственно подключены к блоку 8микропрограммного управления и центральному процессору 7, кварцевый генератор 14, выходами подключенный 55 к счетчику 15 и блоку 8 микропрограммного управления, к центральномупроцессору 7 и блоку 16 времени,выходная шина которого подключенак двухсторонней информационной шине, 60 соединяющей оперативное запоминаю-щее устройство 17 и центральный процессор 7, адресные выходы которогоподсоединены к входам оперативногозапоминающего устройства 17 и печа(65 гающего устройства 18. Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначенодля взвешивания опознавания номеравзвешиваемого обьекта и регистрацииизмеренных параметров, а также времени прохождения движущихся объектовнапример автомобилей, железнодорожных вагонов И других, через весоконтрольный пункт,Известно устройство, содержащеепеРвый и второй груэоприемный узлыс силоиэмерительными датчиками, подключенными к весоизмерительным блокам и датчикам количества вагонов,блок памяти веса брутто, блок коррекции веса нетто, два датчика номерасостава и два адресных блока 1).Однако это устройство не обеспечивает требуемую точность при больших скоростях движения взвешиваемого объекта.Наиболее близкой к изобретениюпо технической сущности являетсявесоиэмерительная система, содержащая весовую платформу, опирающуюсяна частотный датчик веса, путевыедатчики, две схемы И, микропроцессорное вычислительное устройство,к входам которбго подключен кварцевый генератор, а к выходам - печатающее устройство, блок времени иоперативное запоминающее устройство 23Однако известная система не обеспечи .ет достаточную точность измерения при больших скоростях движения объекта, сложна и трудоемка визготовлении, что ограничиваетобласть ее применения.Целью изобретения является раСширение области применения и повыше.ние точности взвешивания и надежности всей системы в целом.Эта цель достигается тем, что вмикропроцессорную весоизмерительнуюсистему, содержащую весовую платформу, опирающуюся на частотный датчиквеса, путевые датчики, две схемы Ии микропроцессорное вычислительноеустройство, к входам которого подключен кварцевый генератор, а к выходам - печатающее устройство, блоквремени и оперативное запоминающееустройство, введены фотоприемникопознавания движущегося объекта,блок путевых датчиков, подключенный своим входом к путевым датчикам, а выходами - к микропроцессорному вычислительному устройству,делитель частоты датчика веса, триггер управления режимами опознавания,регистр измерения количества периодоц датчика веса и счетчик эталонной частоты, причем выход датчикавера подключен через делитель частоты на вход микропроцессорного вычислительного устройства и регистраизмерения периодов, частоты датчика веса, выходы которого подключенына информационные входы микропроцессорного вычислительного устройства,выход фотоприемника подключен наединичный вход триггера и первыевходы схем И, нулевой выход триггера подключен на второй вход первойсхемы И, единичный выход - на второйвход второй схемы И, выход первойсхемы И подключен к управляющемувходу микропроцессорного вычислительного устройства, выход второй схемыИ подключен на третий вход микропроцессорного вычислительного устройства, выход блока путевых датчиковподключен на нулевой вход триггера,выходы счетчика эталонной частотыподключены на вторые информационныевходы микропроцессорного вычислитель ного устройства, управляющий выход которого подключен на вход регистра измерения количества периодов датчика веса и счетчика эталонной частоты, при этом второй выход кварцевого генератора подключен к входам счетчика и блока времени, а информационные выходы блока времени подклю,чены к входу оперативного эапоминающего устройства,На чертеже схематически изображена микропроцессорная весоизмерительная система.Система работает следующим образом.При прохождении локомотива в хвосте поезда, фотоприемник 11 системыустанавливается на расстоянии 100120 м от весоконтрольного пункта. 5На локомотиве установлена кодоваятабличка с номеро . состава, а напротив Фотоприемника 11 - осветительс остронаправленным лучом света.Первый сигнал, указывающий о прохождении состава через весоконтрольный пункт, поступает от фотоприемника 11 на единичный вход триггера 10и один из входов схем И 12 и 13. Висходном состоянии триггер 10 поддерживает на единичном выходе нулевой уровень потенциала, а на нулевом - единичный. Единичный потенциал подается на второй вход схемы И12,. куда приходит и импульс от фотоприемника 11. Следовательно, на выходе схемы И 12 присутствует единичный импульс, который поступает навход блока 8 микропрограммного управления. Задним фронтом импульса, поступившего от фотоприемника 11 наединичный вход триггера 10, производится установка его в единичное состояние и разрешающий потенциал снимается с одного иэ входов схемыИ 12. Триггер 10 устанавливается вединичное состояние, следовательно,с его единичного входа разрешающийпотенциал поступает на один иэ входов схемы И 13, которая открыта дляимпульсов, поступающих от фотоприемника 11 на информационный вход центрального процессора 7.При поступлении сигнала на входблока 8 вход загрузки адреса микрокоманды) он начинает работать от 40поступающих сигналов синхронизацииС с кварцевого генератора 14. По сигналу синхронизации блок 8 производит выбор первой микрокоманды изпервой ячейки блока 9. Код микрооперации в виде семи разрядов микрофункций Р 0 - Р и двух разрядов мас ки К поступает на вход центральногопроцессора 7, а одиннадцать разрядов,.представляющих собой четыРе РазряДадля управления логикой признакови семь разрядов для определения адреса следующей микрокоманды, подаЮтся на соответствующие входы блока 8. По первой микрокоманде происходитзасылка в один из сверхоперативных регистров центрального процессора 7 нулевого кода, т.е. установка регистра в ноль, Адрес второй микрокоманды вырабатывается с учетом выполнения предыдущей микрокоманды и признаков, 60а также кодами функций перехода ит.д. Первые два сигнала, поступающие на информационный вход центрального у 5процессора 7 от фотоприемника 11 через .открытую разрешающим потенциаломс единичного выхода триггера 10 схемуИ 12, служат для анализа скоростипрохождения локомотивосостава черезвесоконтрольный пукнт. Следовательно,каждая кодовая таблица имеет перфорации для выработки управляющих сигналов: первого - для включения микропроцессорного вычислительного устройства, двух последующих - для анализаскорости прохождения движущегосяобъекта. Определение скорости необходимо для того, чтобы в заданныемоменты времени анализировать поступающие сигналы от Фотоприемника 11,Если в заданный момент времени естьсигнал, это свидительствует о нали -чии единицы, которая заносится всверхоперативный регистр центрального процессора 7. Если в Заданный момент времени сигнал отсутствует,то в сверхоперативный регистр заносится ноль,После прохождения всей-кодовойтаблицы через луч осветителя и срабатывания фотоприемника 11 и отработки микропрограммы анализа поступающих сигналов в одном из сверхоперативных регистров записывается код,соответствующий номеру проходящегосостава.При дальнейшем движении составасрабатывают путевые датчики 2 в .определенной временной последовательности,Информация, поступающая от датчи.ка 4 веса через. делитель 5 частотына вход центрального процессора 7,анализируется, т.е. происходит определение начала импульса, поступающего от датчика 4 веса,После определения начала переднего фронта импульса, -поступающего сделителя 5 частоты, центральный процессор 7 выдает управляющий сигнална регистр б измерения числа периодов за эталонный отрезок времении на двоичный счетчик 15, предназначенный для занесения в него частотыот кварцевогогенератора 14, котораяна два порядка выше частоты датчика4 весаПосле начала занесения импульсов в счетчик 15 центральныйпроцессор 7 выдерживает эталонноевремя 1 э и анализирует, совпадаетли конец последнего периода с заданным временем, Если совпадения нет,производится досчет последнего периода до эталонного времени ЯЗ. Таким образом,получаем в регистре 6количество периодов ненагруженногодатчика веса эа Сз, а в счетчике15 - соответствующий им код.По микрокомандам блоков 8 и 9 производится взвешивание ненагруженнойплатформы с учетом состояния аппаратуры .и температуры окружающей среды.1078255 По окончании + по команде центрального процессора 7 происходит считывание содержимого реги:тра б исчетчика 15 в сверхоперативный ре: истр. По следующей микрокоманде в центральном процессоре 7 производит ся операция пересылки этих значений в разные регистры центрального процессора 7, а в дальнейшем деление числа, введенного в центральный процессор 7 иэ счетчика 15, на количество нериодов за 1, полученных из регистра. б. Результат этой операции хранится в одном из сверхоперативных регистров. Операция переформировки результатов измерений и деления кода на количество периодов занимает отрезок времени, меньший, чем Ф, а поэтому после их окончания центральный процессор 7 по микрокомандам блока 9 производит повторное взвешивание пустой платформы. 20Таких измерений производится не менее четырех, по окончании которых результаты их складываются и сумма делится на четыре. Это позволяет с высокой точностью опреде лить код, соответствующий пустой платформе. Результат, полученный таким образом, хранится в одном из сверхоперативных регистров, а все промежуточные вычисления стираются. 30Ицтервал измерения веса оси проходящего вагона разбивается на участки д-, т,е. Т =К Д 1, где К= 1, 2, 3, , и. Между интервалом д 1 и эталонным временем измерения пустой 35 платформы устанавливается взаимно однозначное соответствие, т.е.д 1=1Следовательно, при дальнейших измерениях веса, нагружаемого на весовую платформу, исключение веса пус той платФормы осуществляется операцией вычитания этого измерения на каждом субинтервале й 1 . Поэтому код, полученный и записанный при предыдущих измерениях, используется при 45 каждом измерении за отрезок ь 1 . Пер- ., вые два из путевых датчиков установлены на расстоянии более 5 м друг от друга, Следовательно, даже при скорости движения взвешиваемых вагонов более 15 км/ч при срабатывании первого датчика до срабатывания второго датчика имеется время более 1 с, а это значит, что предыдущее измере.ние можно выполнять несколько раз для лучшего контроля нуля.55 При срабатывании второго путевого датчика блок 3 путевых датчиков выдает управляющий сигнал на первый выход, и он поступает на вход центрального процессора 7, который под управлением микропрограммы производит определение начала периода сигнала датчика 4.веса, поступающего на его вход с выхода делителя 5, 65 Измерение начинается от началапериода и продолжается заданное время 4 Ф . После определения начала периода сигнала датчика 4 веса центральный процессор 7 выдает управляющий сигнал на занесение информации,аналогично предыдущему измерению,в регистр б и счетчик 15, В течениевремени ь 1 обрабатывается несколькопериодов М датчика 4 веса, и эточисло записывается в регистр б. Заэтот же промежуток времени в счетчик 15 записывается код, соответствующий этому отрезку измерения, Поокончании времени д 1 по микрокомандам блока 8 происходит досчет времени 1 до конца последнего периода,если длительность измерения ь 1 несовпадает с концом последнего периода измерения на данном отрезке. Измерение частоты датчика 4 веса производится с высокой точностью, таккак в счетчик 15 поступает сигналот кварцевого генератора 14 со значительно большей частотой, чем отдатчика 4, и потеря одного импульса(погрешность дискретности) практически не влияет на точность измерения,По окончании отрезка времени ДФ+Тцентральный процессор 7 выдает управляющий сигнал счетчику 15 и регистру б. Соответствующие значения кодаи числа периодов поступают каждое водин из сверхоперативных регистровсоответственно, происходит сброссчетчика 15 и регистра б, а затемв эти устройства снова заносится инФормация на следующем отрезке а .После операции вычитания веса ненагруженной платформы по определенному адресу из блока 9 считываетсявесовой коэффициент в один изсверхоперативных регистров. Затемполученный результат операции вычитания умножается на этот весовой коэффициент. Результат операции умножения хранится в одном из сверхоперативных. регистров центрального про-цессора 7.При следующем измерении за интервал времениа 1 все операции повторяют в описанной последовательности,но весовой коэффициент берется издругой ячейки блока 9. Операции деления, вычитания и умножения выполняются в микропроцессорном вычислительном устройстве в промежутке времени д следующего измерения. Доокончания времени измерения осидвижущегося вагона в одном из сверхоперативных регистров получают суммувсех п измерений данной оси. Таккак каждое измерение .умножаетсяна весовой коэффициент, тем самымосуществляется цифровая Фильтрациясигнала датчика 4 веса, содержащего наряду с п 6 стоянной составляющей,соответствующей весу объекта, такжединамическую составляющую,соответствующую помехе. Подавление динамической составляющей сигнала тем эффективнее,чем более точно аппроксимируется весовая функция,т,е.в данном слу чае,чем больше взято участков измерения,25 После взвешивания первой оси посигналу из блока 3 производится 10взвешивание второй оси аналогичнопредыдущему.Путевые датчики установлены так,что по их сигналам блок 3 определяет тип вагона, Если это четырехосный вагон, то после взвешивания четвертой оси блок 3 выдает сигнал науправляющий выход два и после получения этого сигнала центральный процессор 7 выполняет операцию сложениячетырех измерений и передачу результата в соответствующую ячейку блока17 в поле номера состава, которыйимеет ранее записанный признак,При наезде локомотива на весовуюплатформу алгоритм обработки сигналов путевых датчиков изменяется иблок 3 выдает серию импульсов, покоторой микропроцессорное вычислительное устройство переходит к другому участку микропрограммы, т.е. 30взвешивание оси прекращается исчетчик 15 и регистр 6 устанавливаются в исходное состояние, Этой жесерией импульсов подтверждается исходное состояние триггера 10. Затем 35центральный процессор 7 выдает управляющий сигнал на вход блока 16 времени. Происходит считывание времениокончания взвешивания последнего вагона в одну из ячеек блока 17. Далее 40производится выборка номера состава,и печатающее устройство 18 производит печать номера состава, а, затемв порядке взвешивания вагонов печатьвеса каждого вагона и печать веса 45всего состава в целом, По окончаниипечати веса состава центральный процессор 7 производит выборку временииз блока 17, и печатающее устройство отпечатывает время. Выполнив циклпечати, система переходит в режим50дежурного ожидания.Если при работе системы были сбоииэ-за превышения скорости, печатающее устройство 18 производит выборинформации из контрольных ячеек и 55при печати соответствующего результата печатает специальный символ.В данной микропроцессорной весоизмерительной системе можно предусмотреть хранение тары всех вагонов 60находящихся в данном составе, и припечати из полученного ве"а вычитатьзначение тары. Идентификация состава при этом может осуществлятьсяпо номеру. 65 Для повышения гибкости системыв период настройки и опытной эксплуатации можно предусмотреть блок клавиатуры, подключаемый к шинам адреса и данным блока 17, чтобы оперативно вносить изменения в информациюхранящуюся в ячейках ОЗУ.Данную микропроцессорную весоиз-.мерительную систему можно использовать и для взвешивания автомобилей.Для этого необходимо уменьшить количество путевых датчиков и в блок 17с помощью клавиатуры записать другиеномера автомобилей и их тару, а также другие весовые коэффициенты, таккак спектр динамической помехи системы автомобиль - весы отличаетсяот спектра помехи вагон - весы.Объем программы, хранимой в блоке 9,уменьшается, как и количество ячеекоперативного запоминающего устройства,Микропроцессорную весоизмерительную систему можно реализовать намикропроцессорном комплекте серииК 589 и интегральных схемах серииК 155. Оперативное запоминающее устройство можно выполнить на микросхемах К 155 РУ 2 или К 561 РУ 2. В качест.ве печатающего устройства можно использовать электронную клавишнуювычислительную машину ИскраДили печатающий механизм с блоком управления фСТРОКАф,Точность измерений веса движущегося объекта зависит от величинывременного интервала Ь 1 и выбора ве -сбвой функции и дает хорошие результаты с учетом установки нуля передвзвешиванием на скоростях до 1214 км/ч При скоростях до 18 км/чточность измерения остается удовлетворительной.1По предварительным расчетам точность измерений микропроцессорной весоизмерительной системы возрастет не менее чем в 2-3 раза при скоростях до 10 км/ч по сравнению с элект- ронной весоизмерительной системой 11.Ввецение отдельных сервисных блоков в микропроцессорную весоизмерительную систему значительно улучшает ее обслуживание и настройку.Программная реализация алгоритма опознавания и взвешивания, а также печати всех перечисленных параметров с учетом времени прохождения, состава через весоконтрольный пункт позволит использовать систему как отдельное локальное звено при организации оперативно-диспетчерского управления. Воэможность выдачи всей информации в цифровом виде позволит применять ее при построении систем сбора информации о подвижных объектах и транспортируемой ими массы на горных и горнохимических комбинатаха также.при создании иерархическихсистем ЬСУТП,Применение данной микропроцессорной весоизмерительной системы обеспечивает существенное повышение точности измерений, надежности в эксплуатации, снижение энергопотребления и объеМа оборудовайия. Возможность отработки различных алгоритмов функционирования без изменения аппаратурной части сокращает затраты на разработку, настройку и эксплуатацию, расширяет область применения система, снижает сроки разработки 5 системы. Укаэанные факторы обеспечивают получение значительного экономического эффекта от применения описанной микропроцессорной весоизмерительной систеьи.