一種礦用電鏟智能稱重系統(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)學院自動化學院，內(nèi)蒙古 包頭 014035；2.內(nèi)蒙古包頭第一機械制造集團有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

0 引言

在露天礦山的開采過程中，其采裝運輸作業(yè)主要是電鏟挖掘，然后裝入載重汽車運往礦倉，由于在礦裝運輸作業(yè)過程中，都沒有在線計量裝置，因此對電鏟司機和運輸司機的工作量考核只能以車次計量。這使得操作人員為夸大產(chǎn)量，人為造成車輛經(jīng)常性的處于欠載狀況，導致人工、油料、輪胎的白白浪費，使得裝運效率低下，成本增高。同時為避免超載所隱含的安全責任?；诖?，本文提出研究一種礦用電鏟智能稱重系統(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)及運動規(guī)律，然后結(jié)合動力學知識分析作用在鏟斗上的各個力及變量，對這些力和變量選擇合適的傳感器去檢測，最后應(yīng)用牛頓第二定律求出礦物的質(zhì)量也即重量。

其實現(xiàn)方法是通過單片機即AT89C52進行數(shù)據(jù)的獲取，而由PC機進行數(shù)據(jù)的處理。AT89C52控制各個傳感器定時去采樣力或變量的值，而后把采集回來的數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送給PC機，由PC機對數(shù)據(jù)進行處理。

AT89C52上的實現(xiàn)：控制傳感器采集數(shù)據(jù)，傳感器有模擬的和數(shù)字的，采回來的數(shù)據(jù)都要首先經(jīng)過信號處理，然后再進入單片機AT89C52或者是AT89C52擴展的外部I/O口8255。由于AT89C52的運算能力低，所以把采集的數(shù)據(jù)通過串行通信方式傳送給PC機。AT89C52除了實現(xiàn)通信功能外，還增加一些附加的功能，如針對一些礦山 “勺桿射出”的故障，實現(xiàn)了限位報警功能；用X25045芯片實現(xiàn)看門狗、電壓監(jiān)控、數(shù)據(jù)保存的功能；另外還擴展了LCD顯示器，顯示由PC機傳過來的數(shù)據(jù)。

PC機上的實現(xiàn)：在PC機上應(yīng)用Visual C++語言實現(xiàn)了通信功能，即接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)進行處理；把結(jié)果進行顯示、存儲和打印等。

2 界面的實現(xiàn)

2.1 開始界面

我們應(yīng)用Visual C++語言來編寫程序，采用單文檔/視圖結(jié)構(gòu)，當開始執(zhí)行程序的時候，首先出現(xiàn)的是一個視圖界面，如圖1所示，從圖中可以看到所定義的菜單項。菜單欄中菜單項的顯示順序依次為：文件、查看、開始、調(diào)試、一車（快捷鍵為Ctrl+0）、查詢數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)。

我們點擊菜單欄上的 “開始”菜單項，則進入其所對應(yīng)的消息處理函數(shù)中，即 “開始”程序模塊，其程序模塊所實現(xiàn)的功能為：

（1）彈出一個對話框，在對話框里填寫操作員的編號、姓名。

（2）當輸入完以后，單擊確定按鈕后則啟動定時器（設(shè)置定時器的功能：PC機定時給AT89C52發(fā)信號，通知其采樣并發(fā)送數(shù)據(jù)）。

彈出對話框的樣式如圖2所示，在對話框里輸入操作人員的編號和姓名。

輸入完成后，單擊確定按鈕，則彈出顯示界面，同時定時器開始計時，PC機與AT89C52的連接如圖3所示。

從圖中可以看出，PC機的DTR（數(shù)據(jù)終端準備好）端接AT89C52的 （外部中斷0）端，當定時時間到，PC機使DTR線變高，經(jīng)過反相器進入AT89C52的外部中斷0，也就是給AT89C52一個外部中斷信號，通知AT89C52采集數(shù)據(jù)并發(fā)送。AT89C52把力的測量值、角位移的測量值及線位移的測量值r發(fā)送到串行輸出口。

其 “開始”程序模塊的功能流程如圖4所示。

圖3 PC機與AT89C52的接線

2.2 顯示界面

輸入完操作員編號后則彈出顯示界面，顯示界面的樣式如圖5所示，顯示日期、操作員編號、第?鏟（電鏟挖掘的次數(shù)）、鏟重（每次所對應(yīng)的重量）、時間、第?車（礦車的次數(shù)）、車重（所對應(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”程序模塊來完成?！帮@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。

其實現(xiàn)過程如圖6的 “顯示”程序模塊流程圖所示。

顯示標題字段：即顯示如圖5中的日期、操作員編號等。

計算礦車上礦物的重量：這里簡稱 “車重”，它的計算是通過把此車中每鏟礦物的重量累加。

顯示1：即顯示如圖5中的時間、第?鏟、鏟重。

車次增加：判斷此次礦車裝車完畢沒有，如完畢，則進入顯示2。如沒有完畢，則調(diào)用 “保存 “程序模塊。

顯示2：第?車（礦車的次數(shù)）、車重（所對應(yīng)的重量）。

還有在這個程序模塊中把礦車的次數(shù)及此次車中礦物的重量通過串行口發(fā)送給AT89C52供LCD顯示，每進行一車則發(fā)送一次，所以在程序中首先判斷車的次數(shù)是否改變，如果車次增加則把前一車的車次及重量發(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，包括：標題字段（時間、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的次數(shù)及每車的重量。所以在所編寫的 “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)用了理論力學知識和動力學知識，并結(jié)合高等數(shù)學等其他學科作為其理論依據(jù)。具體實現(xiàn)上是由單片機控制數(shù)據(jù)的采集，而由PC機進行數(shù)據(jù)管理。

現(xiàn)在國內(nèi)外很多礦山等都開始研究在礦用電鏟上進行智能稱重，其應(yīng)用將非常廣泛，但是也存在一些困難，由于在整個測量中將會有許多隨機干擾和不確定因素，這對其準確度將是一個考驗。

[1]夏新春.汽車動態(tài)稱重的研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學，2005，3.

[2]張國慶.電子式微量在線稱重檢測技術(shù)研究[D].武漢理工大學，2005，5.

[3]張龍.煤礦坑口自動稱重系統(tǒng)[D].重慶大學，2004.