便携式手提电子称的设计Word文档格式.docx
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因此近年来,手提电子秤得到了快速的进展。
1.2手提电子秤设计的要求和任务
1.2.1手提电子秤设计的要求
1)采纳电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号;
2)称重范畴:
不超过5kg;
3)测量精度:
≤±
0.01%;
4)显示方式:
LCD显示。
1.2.2手提电子秤设计的任务
1)合理设计数据采集和显示系统的总体方案并画出方框图;
2)设计信号调理电路,合理选择元器件的型号和参数;
3)正确选择A/D,使辨论率满足测量精度,正确设计单片机系统电路和显示单元;
4)用protel绘制详细电路原理图,标明元器件的型号、参
数和引脚功能符号,电路图应符合电气要求;
5)设计并绘制软件流程图,流程图要模块化并具有可读性;
6)按学校《课程设计说明书撰写规范》提交一份课程设计说明书
1.3手提电子秤总体方案的设计
第一利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号,称重传感器输出的电量是模拟量,数值比较小达不到A/D转换接收的电压范畴。
因此送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。
然后,再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号,传送到显示电路,最后由显示电路显示数据。
其数据显示部分采纳LCD显示,成本低且能专门好地实现所要求的功能。
总体设计的差不多工作原理方框图如下:
电路方框图为:
第二节硬件电路设计
2.1传感器的选择及其组成的测量电路
依照设计要求,选用电阻应变式传感器(straingaugetypetransducer),它是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。
电阻应变式传感器由弹性敏锐元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成,可依照具体测量要求设计成多种结构形式。
弹性敏锐元件受到所测量的力而产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化,从而能够测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器等。
电阻应变式传感器的优点是精度高,测量范畴广,寿命长,结构简单,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
它的缺点是关于大应变有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。
因此它广泛应用于自动测试和操纵技术中。
2.1.1应变式电阻传感器的工作原理
1)金属的电阻应变效应
设有一个金属电阻丝,其长度为L,横截面是半径为r的圆形,其面积记作S,其电阻率记作ρ,这种材料的泊松系数是μ。
当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为R:
R
=
ρL/S(Ω)……
(2—1)
当他的两端受F力作用时,将会伸长,也确实是说产生变形。
设其伸长ΔL,其横截面积则缩小,即它的截面圆半径减少Δr。
此外,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作Δρ。
对式(2--1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,他的电阻值改变了多少。
我们有:
ΔR
ΔρL/S
+
ΔLρ/S
–ΔSρL/S2
……(2—2)
用式(2--1)去除式(2--2)得到:
ΔR/R
Δρ/ρ
ΔL/L
–
ΔS/S
……(2—3)
另外,明白导线的横截面积S
πr2,则
Δs
2πr*Δr,因此
ΔS/S
2Δr/r
……(2—4)
从力学知识明白:
Δr/r
-μΔL/L
……(2—5)
其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。
μ是表示材料横向效应泊松系数。
因此式(2--3)可写为:
2μΔL/L
=(1
2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L
=kε……(2--6)
其中,K
1
2μ
+(Δρ/ρ)/(ΔL/L)
…(2--7)
需要说明的是:
灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,它和应变片的形状、尺寸大小无关,不同的材料的K值一样在1.7—3.6之间;
其次K值是一个无因次量,即它没有量纲。
2)应变片的测量原理
用应变片测量受力应变时,将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下,被测对象表面产生微小机械变形时,应变片敏锐栅也随同变形,其电阻值发生相应变化,通过转换电路转化为相应的电压或电流的变化。
2.1.2电阻应变式传感器的分类和选择
电阻应变式传感器分类有专门多种,测量力的要紧有应变式力传感器和应变式压力传感器,而应变式压力传感器要紧用于液体、气体压力的测量,从设计要求上选用应变式力传感器。
因为设计要求测量小的载荷,考虑经济因素,因此选用双孔悬臂梁式力传感器,型号是CHBL3,其图形如下:
2.1.3传感器的转换电路的设计
测量电路把电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成了将外力变换为电信号的过程。
因为全桥差动电路灵敏度高,同时具有温度补偿作用,因此转换电路采纳全桥差动电路。
应变片全桥是指四个桥臂都接有应变片,它由箔式电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥,测量电桥的电源由稳压电源E供给。
物体的重量不同,电桥不平稳程度不同。
滑动式线性可变电阻器RP1组成零调整电路,当载荷为0时,调剂RP1使数码显示屏显示零。
如下图所示,
(图一)
现在相邻桥臂所接的应变片承担相反应变,相对桥臂所接的应变片承担相同应变,设计时要求:
R1=R2=R3=R4=R、R5=R6、ΔR2=ΔR3=ΔR、ΔR1=ΔR4=—ΔR
,传感器输出的电压为:
U=1/4E(ΔR1/R1+ΔR2/ΔR2+ΔR3/R3+ΔR4/R4)
=E*ΔR/R
2.2信号放大电路的设计
在许多需要用A/D转换和数字采集的测量系统中,多数情形下,传感器输出的模拟信号都专门柔弱,必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大,才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,在此情形下,就必须选择一种符合要求的放大器。
LM358双运算放大器内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范畴专门宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在举荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用范畴包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合,其内部结构如下图1所示:
LM358的特点:
.内部频率补偿
.低输入偏流
.低输入失调电压和失调电流
.共模输入电压范畴宽,包括接地
.差模输入电压范畴宽,等于电源电压范畴
.直流电压增益高(约100dB)
.单位增益频带宽(约1MHz)
.电源电压范畴宽:
单电源(3—30V);
.双电源(±
1.5一±
15V)
.低功耗电流,适合于电池供电
参数:
输入偏置电流45nA
输入失调电流50nA
输入失调电压2.9mV
输入共模电压最大值Vcc~1.5v
共模抑制比80dB
电源抑制比100dB
2.3A/D转换电路的设计
双积分型A/D转换器精度高,但速度较慢,具有精确的差分输入,输入阻抗高,可自动调零,超量程信号,全部输出于TTL电平兼容。
双积分型A/D转换器具有专门强的抗干扰能力,对正负对称的工频干扰信号积分为零,因此对50HZ的工频干扰抑制能力较强,对高于工频干扰(例如噪声电压)已有良好的滤波作用。
只要干扰电压的平均值为零,对输出就不产生阻碍。
专门对本系统,缓慢变化的压力信号,专门容易受到工频信号的阻碍。
故而采纳双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
作为电子秤,系统对AD的转换速度要求并不高,双积综合的分析其优点和其价格低廉的因素,在加上设计要求测量精度小于等于+0.01%,选择使用双积分A/D转换器ICL7135(精度相当于14位二进制数)。
ICL7135是四位半的双积分A/D转换器,采纳28脚DIP封装,可直截了当与单片机进行连接,它带有输出译码器,可直截了当驱动液晶显示器。
ICL7135与液晶显示器被设计成一个量程为5mV的电压表。
便携式电子手提秤的量程为5kg,称重传感器在5kg时的输出约为5mV。
ICL7135引脚图如下:
它的每一引脚功能是:
{1}脚(V-)-5V电源端;
{2}脚(VREF)基准电压输入端;
{3}脚(AGND)模拟地;
{4}脚(INT)积分器输入端;
{5}脚(AZ)积分器和比较器反相输入端;
{6}脚(BUF)缓冲器输出端;
{7}脚(CREF+)基准电容正端;
{8}脚(CREF-)基准电容负端;
{9}脚(IN-)被测信号负输入端;
{10}脚(IN+)被测信号正输入端;
{11}脚(V+)+5V电源端;
{12}、{17}~{20}脚(D1~D5)位扫描输出端;
{13}~{16}脚(B1~B4)BCD码输出端;
{21}脚(BUSY)忙状态输出端;
{22}脚(CLK)时钟信号输入端;
{23}脚(POL)负极性信号输出端;
{24}脚(DGND)数字地端;
{25}脚(R/H)运行/读数操纵端;
{26}脚(STR)数据选通输出端;
{27}脚(OR)超量程状态输出端;
{28}脚(UR)欠量程状态输出端。
其要紧性能特点:
1)输入阻抗达109Ω以上,对被测电路几乎没有阻碍;
2)自动校零;
3)有精确的差分输入电路;
4)自动判别信号极性;
5)有超、欠压输出信号6)采纳位扫描与BCD码输出。
2.3.1单片机的选择
目前MCS-51系列单片机以其专门的优点在智能外表,家用电器,工业操纵,数据采集,网络通信等领域得到广泛的应用,已成为世界主流的单片机,AT89C52是51系列单片机的一个型号,它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序储备器和256byt
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