一種礦用電鏟智能稱(chēng)重系統(tǒng)的研究

程秀玲，單水維

（1.內(nèi)蒙古包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014035；2.內(nèi)蒙古包頭第一機(jī)械制造集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

0 引言

在露天礦山的開(kāi)采過(guò)程中，其采裝運(yùn)輸作業(yè)主要是電鏟挖掘，然后裝入載重汽車(chē)運(yùn)往礦倉(cāng)，由于在礦裝運(yùn)輸作業(yè)過(guò)程中，都沒(méi)有在線計(jì)量裝置，因此對(duì)電鏟司機(jī)和運(yùn)輸司機(jī)的工作量考核只能以車(chē)次計(jì)量。這使得操作人員為夸大產(chǎn)量，人為造成車(chē)輛經(jīng)常性的處于欠載狀況，導(dǎo)致人工、油料、輪胎的白白浪費(fèi)，使得裝運(yùn)效率低下，成本增高。同時(shí)為避免超載所隱含的安全責(zé)任。基于此，本文提出研究一種礦用電鏟智能稱(chēng)重系統(tǒng)。

1 本課題的理論依據(jù)

牛頓第二定律F=ma。首先分析礦用電鏟的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后結(jié)合動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析作用在鏟斗上的各個(gè)力及變量，對(duì)這些力和變量選擇合適的傳感器去檢測(cè)，最后應(yīng)用牛頓第二定律求出礦物的質(zhì)量也即重量。

其實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)單片機(jī)即AT89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，而由PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。AT89C52控制各個(gè)傳感器定時(shí)去采樣力或變量的值，而后把采集回來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)串行口發(fā)送給PC機(jī)，由PC機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

AT89C52上的實(shí)現(xiàn)：控制傳感器采集數(shù)據(jù)，傳感器有模擬的和數(shù)字的，采回來(lái)的數(shù)據(jù)都要首先經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，然后再進(jìn)入單片機(jī)AT89C52或者是AT89C52擴(kuò)展的外部I/O口8255。由于AT89C52的運(yùn)算能力低，所以把采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串行通信方式傳送給PC機(jī)。AT89C52除了實(shí)現(xiàn)通信功能外，還增加一些附加的功能，如針對(duì)一些礦山 “勺桿射出”的故障，實(shí)現(xiàn)了限位報(bào)警功能；用X25045芯片實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗、電壓監(jiān)控、數(shù)據(jù)保存的功能；另外還擴(kuò)展了LCD顯示器，顯示由PC機(jī)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

PC機(jī)上的實(shí)現(xiàn)：在PC機(jī)上應(yīng)用Visual C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了通信功能，即接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；把結(jié)果進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和打印等。

2 界面的實(shí)現(xiàn)

2.1 開(kāi)始界面

我們應(yīng)用Visual C++語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，采用單文檔/視圖結(jié)構(gòu)，當(dāng)開(kāi)始執(zhí)行程序的時(shí)候，首先出現(xiàn)的是一個(gè)視圖界面，如圖1所示，從圖中可以看到所定義的菜單項(xiàng)。菜單欄中菜單項(xiàng)的顯示順序依次為：文件、查看、開(kāi)始、調(diào)試、一車(chē)（快捷鍵為Ctrl+0）、查詢(xún)數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)。

我們點(diǎn)擊菜單欄上的 “開(kāi)始”菜單項(xiàng)，則進(jìn)入其所對(duì)應(yīng)的消息處理函數(shù)中，即 “開(kāi)始”程序模塊，其程序模塊所實(shí)現(xiàn)的功能為：

（1）彈出一個(gè)對(duì)話(huà)框，在對(duì)話(huà)框里填寫(xiě)操作員的編號(hào)、姓名。

（2）當(dāng)輸入完以后，單擊確定按鈕后則啟動(dòng)定時(shí)器（設(shè)置定時(shí)器的功能：PC機(jī)定時(shí)給AT89C52發(fā)信號(hào)，通知其采樣并發(fā)送數(shù)據(jù)）。

彈出對(duì)話(huà)框的樣式如圖2所示，在對(duì)話(huà)框里輸入操作人員的編號(hào)和姓名。

輸入完成后，單擊確定按鈕，則彈出顯示界面，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，PC機(jī)與AT89C52的連接如圖3所示。

從圖中可以看出，PC機(jī)的DTR（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好）端接AT89C52的 （外部中斷0）端，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，PC機(jī)使DTR線變高，經(jīng)過(guò)反相器進(jìn)入AT89C52的外部中斷0，也就是給AT89C52一個(gè)外部中斷信號(hào)，通知AT89C52采集數(shù)據(jù)并發(fā)送。AT89C52把力的測(cè)量值、角位移的測(cè)量值及線位移的測(cè)量值r發(fā)送到串行輸出口。

其 “開(kāi)始”程序模塊的功能流程如圖4所示。

圖3 PC機(jī)與AT89C52的接線

2.2 顯示界面

輸入完操作員編號(hào)后則彈出顯示界面，顯示界面的樣式如圖5所示，顯示日期、操作員編號(hào)、第?鏟（電鏟挖掘的次數(shù)）、鏟重（每次所對(duì)應(yīng)的重量）、時(shí)間、第?車(chē)（礦車(chē)的次數(shù)）、車(chē)重（所對(duì)應(yīng)的重量）。

圖5 顯示界面

顯示界面所顯示的一系列結(jié)果則由 “顯示”程序模塊來(lái)完成。“顯示”程序模塊的功能：

（1）在視圖中顯示所要顯示的結(jié)果。

（2）發(fā)送數(shù)據(jù)到串行口。

（3）調(diào)用“保存”程序模塊。

其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖6的 “顯示”程序模塊流程圖所示。

顯示標(biāo)題字段：即顯示如圖5中的日期、操作員編號(hào)等。

計(jì)算礦車(chē)上礦物的重量：這里簡(jiǎn)稱(chēng) “車(chē)重”，它的計(jì)算是通過(guò)把此車(chē)中每鏟礦物的重量累加。

顯示1：即顯示如圖5中的時(shí)間、第?鏟、鏟重。

車(chē)次增加：判斷此次礦車(chē)裝車(chē)完畢沒(méi)有，如完畢，則進(jìn)入顯示2。如沒(méi)有完畢，則調(diào)用 “保存 “程序模塊。

顯示2：第?車(chē)（礦車(chē)的次數(shù)）、車(chē)重（所對(duì)應(yīng)的重量）。

還有在這個(gè)程序模塊中把礦車(chē)的次數(shù)及此次車(chē)中礦物的重量通過(guò)串行口發(fā)送給AT89C52供LCD顯示，每進(jìn)行一車(chē)則發(fā)送一次，所以在程序中首先判斷車(chē)的次數(shù)是否改變，如果車(chē)次增加則把前一車(chē)的車(chē)次及重量發(fā)送出去。保存的數(shù)據(jù)也就是把顯示的所有數(shù)據(jù)保存起來(lái)，包括：標(biāo)題字段（時(shí)間、日期、操作人員的情況等），礦鏟挖掘的次數(shù)和每鏟的重量以及礦車(chē)的次數(shù)及每車(chē)的重量。所以在所編寫(xiě)的 “顯示”程序模塊的結(jié)尾調(diào)用 “保存”程序，顯示什么就保存什么。

3 結(jié)論

本文應(yīng)用了理論力學(xué)知識(shí)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)，并結(jié)合高等數(shù)學(xué)等其他學(xué)科作為其理論依據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)上是由單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的采集，而由PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外很多礦山等都開(kāi)始研究在礦用電鏟上進(jìn)行智能稱(chēng)重，其應(yīng)用將非常廣泛，但是也存在一些困難，由于在整個(gè)測(cè)量中將會(huì)有許多隨機(jī)干擾和不確定因素，這對(duì)其準(zhǔn)確度將是一個(gè)考驗(yàn)。

[1]夏新春.汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005，3.

[2]張國(guó)慶.電子式微量在線稱(chēng)重檢測(cè)技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué)，2005，5.

[3]張龍.煤礦坑口自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)[D].重慶大學(xué)，2004.