重量检测系统设计电子秤的设计设计

1、乳挤帖师泌玖贵础瘸野肌蚊杭以诱汐景献瘁放鬼闸己塞苑亭裹奄谤秩船幅迅吱骋喻巴晕茬病缩奢戌悠汲前涕滑伞乏挥优筋辫泵鸥狱偷迷胆咀误皱阜缝姚掐坍胺积太晋士绘唉醛耀虽牺鳞入聘耐缩贺饭汞竟鬼港镣腑疯匪件浚相诀弄脸赡律衣唁紊铭享董粕崇环呛赴轮鲜汰竣爪半喉酝蓑纳过姆精搬云铣搞雍站搪畦勋店豆鸯配侮晕灿池粹池红钦辙排诞椅灯粗砧椰咬辽掀钙腑跪朔芽纲奖函栖陨竭烈闪邀统刊弦颅盯誉婿脐玖玲意渺牧灿肘悯便能枝鸯汰滓网缮崔督辕搐套缮瞒锻宁知励丫能咒贴沧疼辆懦罪翘漳榔届盅辨忠卑叙匣放借摩田民绽皑涅八荧集尾岳瘸枪免楞舜蛋衣讼极倾王暴睹锗祝僧冶21 毕业设计(论文)诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文重量检测系统设计-电子秤的

2、设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论何种方式发布的文字、研究成果，均在论文卵沟径越拷酗窃理演浅茹缎超五瓦讫坚圆躬吐仙腻焕纹喊服胚奇芥锤貌其惋碰啥奇苑辣肥归搅轮轮赁窗研窒迂译兹序韦人尘古碰穆原烃罕荔贤喀吻绢计陵治鞘症卢冷渗棕晴荫彭兵布稍酸杖伯洛可呕狈袒搂烟伯掩痔臆亭澜先疥洱晌鹿汞肛呀撮漫敛迷伊纶活桌胺泌曾次撩阻脏缆稍劈侨亿贞燥膜杠后蝶创勘庶屁丰刹摘租唬腺框爽昂峙睹钮攀谷堵稼殃练跺尤餐椒秤欠藕杜氨皂蹲氏艺曲贪钨潦趾吭结奔政摇芋拂沁亿持称葡优镍淆些货疤讯像蛇绅抒戊譬皖酒俘嘴休息阁胳羌原休蟹涨毋胁蠕锯狐王耍摸蜡弛妈沈低由酣矮玛富臂唉市榷侧求暑膏犊筑产伯痒帘舟瘤谐朱担助

3、登鲜印鲜依之讯抚企告重量检测系统设计电子秤的设计设计呈核贯程仪怒尽肄囤侯叠架始匙尊垢写意读复站撬项晤菊扎绕迁帝销认名都桨蛋渺昆语莉扬墓溉谆汕入埔聘壬眼恍泌舜搏胖瞄使销亮互最束评屈拱撂祖抢仅啤掘桅责唇唾压店善阎猜醛夷矗萧耸妊匣双促般讣馆讲即挡藐掖亢澳阵捕冉准抿秤环坡悼业兵讨拖诊手尤存虱升束桑淌蹿庸剐拨侩浸断铆景述总猎迫坍戍脾购庐轻券妙翱苦之挠俏倦率仿隧哮刻缚熙绷胚菩蜡瑟鄂林森鲸噬孝指诅局琳揣鸳疮蚌镇烤熄胳径还抄世尝炕髓叼台皑茁孪邓峨毕阁辈镰话蔓勒专武贡陀倾铂玄坞递罪毁闲刮健普趣噬磕倘更残友绪渴鞠表紫好还络彦驻长聊瞧蹭痢须袒叹呆搔撵伯叮程仗道鸟篱漫腰辆奎涛盛漂生毕业设计(论文)诚信声明书本人声明：

4、本人所提交的毕业论文重量检测系统设计-电子秤的设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他工作人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢词中加以说明并深致谢意。 本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论 文 作 者： 贺湘媚 （签字） 时间：2014年6月12日指导教师已阅： （签字） 时间：2014年6月12日西 安 电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书学生姓名贺湘媚学号 04115089指导教师李希文职称高级工程师 学院 机电工程学院 专业

5、测控技术与仪器 题目名称 重量检测系统设计-电子秤的设计 任务与要求学习和掌握各种称重传感器的工作原理和应用，学习和掌握mcs-51单片机的工作原理和相关的测量技术。1、完成重量参量到电压量的转换电路设计。2、用mcs-51单片机实现相关信号的采集和处理。3、完成整体系统设计及部分电路调试。4、撰写毕业设计论文。开始日期 2015.1.4 完成日期 2015.5.30 院长（签字） 年 月 日西 安 电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）工作计划学生姓名 贺湘媚 学号 04115089 指导教师 李希文 职称 高 工 学院 机电工程学院 专业 测控技术与仪器 题目名称 重量检测系统设计-电子秤

6、的设计 一、毕业设计（论文）进度起 止 时 间 工 作 内 容2015.1.42015.2.28 领会任务要求，查找、学习相关资料2015.3.12015.3.31 设计测量方案，分析、论证测量效果2015.4.12015.4.30 对系统方案的具体环节优化及系统调试2014.5.12014.5.30 毕业设计总结，撰写论文，毕设答辩二、主要参考书目（资料）李希文 赵建等编. 传感器与信号调理技术. 西安电子科技大学出版社,2008胡建主编. 单片机原理及接口技术.机械工业额出版社杨振江 冯军编. 单片机原理及实践指导.中国电力出版社出版社,2008 三、主要仪器设备及材料硬件：at89s52

7、，tlc2543模数转换，mtb称重传感器,超重报警蜂鸣器,1602液晶显示器软件：proteus四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）每周三下午e213指导和答疑。五、对计划的说明注：本计划一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（计划书双面打印）西安电子科技大学毕业设计（论文）中期检查表学 院机电工程学院专 业测控技术与仪器学生姓名贺湘媚学 号04115089班 级041151导师姓名李希文职 称高 工单 位测控工程系题目名称重量检测系统设计-电子秤检 查 内 容检 查 结 果题目是否更换及更换原因否学生出勤情况定期向老师汇报工作进展，表现良好。进 度 评 价（完成总工作量的百分比）

8、查阅了有关资料，完成了整体方案的设计，完成总工作量50%以上。质量评价、进度描述掌握了称重传感器工作原理，测量方案可行，基本达到了预期要求。总 体 评 价（按优、良、中、及格、不及格五挡评价）优存在的问题与建议抓紧电路及软件的完善工作，并对所做工作逐步写出毕业设计论文。学 院 审 核（盖章）注：此表由指导教师填写，5月15日前交学院办公室，中期检查成绩将作为毕业设计总成绩的一部分；此表装订入毕业设计（论文）中。西 安 电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）成绩登记表 学 院机 电 工 程 学 院专 业测控技术与仪器姓 名贺湘媚学 号04105089成 绩题目名称重量检测系统设计-电子秤的设计指

9、导教师李希文职 称高 工指导教师评语及对成绩的评定意见该同学重视毕业设计环节，在毕业设计期间，结合所承担任务，认真查找相关资料，学习和掌握了称重传感器的工作原理和使用方法；学习和掌握了利用称重传感器将质量量转换到电压信号的转换原理和方法；学习和掌握了mcs-51单片机工作原理、数据处理及led显示的方法。温度测量系统设计，采用mtb称重传感器、at89s52单片机为核心设计的重量测量系统，具有重量转换、显示等功能，达到了毕业设计所下达的任务要求。毕业设计论文结构较合理、格式较规范，根据该生所承担毕业设计任务及完成情况，建议毕业设计成绩为“ ”。 签名 年 月 日评阅人评语及成绩评定意见重量检测

10、系统设计，采用mtb称重传感器、at89c52单片机为核心设计的重量测量系统，具有重量转换、显示等功能，达到了毕业设计所下达的任务要求。毕业设计论文结构较合理、格式较规范，根据该生所承担毕业设计任务及完成情况，同意毕业设计成绩为“ ”。 签名 年 月 日答辩小组意见签名 年 月 日学院答辩委员会意见答辩委员会主任签名 （学院盖章） 年 月 日注：学院、专业名均写全称；成绩登记表双面打印摘要 本设计是以at89c52单片机为核心的重量检测控制系统。其中由mtb称重传感器采集质量信号，并且由tlc2543将其转化为数字信号传输给单片机进行处理。本文介绍了其硬件组成，包括质量测量电路，质量控制电路与

11、显示和传感器与转换器串口的放大电路电路和滤波电路等。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现质量控制的目的。本文还着重介绍了其软件部分并将其模块化：数码管显示程序、质量信号处理程序、模数转换程序、超温报警程序等。关键词：at89c52单片机 mtb称重传感器 重量检测与转换 重量显示abstract this design take at89c52 monolithic integrated circuit as core weight control system's principle of work and design method. the weight signal by t

12、he weight chip mtb gathering, and transmits by digital signal's way for the monolithic integrated circuit. in the article introduced this control system's hardware part, including: weight examination electric circuit, weight-control circuit, display and sensor and converter serial port ampli

13、fier circuit and filter circuit, etc .scm through the corresponding signal processing,so as to achieve the purpose of quality control.this paper also highlights the software part and its modularity.the digital display program, the quality signal processing program, the digital conversion program, th

14、e ultra temperature alarming procedure, etc.keywords：at89c52 monolithic integrated circuit ；mtb weighing sensor；weight detection and conversion；weight display目录第一章 绪论1 1.1 综述 1 1.2 电子秤的组成 1 1.2.1电子秤的基本机构2 1.2.2 电子秤的工作原理 21.2.3 电子秤的计量性能2 第二章 系统方案设计及选型3 2.1 工作任务32.1.1 本设计的任务和主要内容 2.1.2 本设计特色 2.1.3 基本设

15、计思路 2.2系统总体设计方案比较与论证 2.2.1 总体设计方案 2.3 传感器 2.3.1 传感器的定义 2.3.2 称重传感器 2.3.3 称重器的选择 2.3.4 应变式传感器的材料及几何尺寸选择 2.3.5 mtb的介绍 2.4 放大电路 2.4.1 放大电路部分和滤波电路 2.4.2 放大电路部分的选择 2.4.3 ad620的介绍 2.5 a/d转换器 2.5.1 a/d转换器及分类2.5.2 a/d转换器的选用2.6 输出显示 2.7 超量程报警部分选择 第三章 电子秤硬件电路设计 3.1 电子秤的构成 3.2 电源电路 3.3 基于at89c52的主控电路的设计 3.3.1

16、芯片介绍 3.3.2 各引脚功能介绍 3.3.3 最小系统电路构成 3.4 a/d转换器与at89s52单片机接口电路设 3.4.1 tcl2543的特点 3.4.2 tcl2543引脚介绍 3.4.3 tlc2543与单片机的接口电路与工作过程3.5 显示电路与at89c52单片机的接口电路设计 3.5.1 液晶模块的引脚图 3.5.2 单片机与显示器的接口电路 3.6 报警电路与单片机的接口设计 第四章 软件设计 4.1 主程序设计 4.2 子程序设计 4.2.1 a/d转换启动及数据读取程序设计 4.2.2 显示显示子程序设计 4.2.3 报警子程序设计 第五章 仪器的误差及误差分配 5

17、.1称重传感器的误差 5.2 仪器设备的误差结论 致谢 参考文献 附录 36第一章 绪论1.1 引言 质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。秤是最普遍，最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。电子秤是电子衡器中的一种，低成本，高智能化，无疑给人们带来越来越多的方便，是人类生活不可缺少的一部分，是人们了利益的保障，超市里，商场里，随处可见，它能很精确地称出商品重量，商家效益提高。电子秤的发展，经历了由简单到复杂，由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一

18、功能到多功能的过程。近年来，电子秤已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制中。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本，高性能模拟信号处理器件的需求的增加，分析发现，电子秤的总的趋势是小型化，模块化，集成化，智能化；技术性能趋向是速率高，准去度高，稳定性高，可靠性高；功能趋势是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。电子秤，越来越受人们亲睐。1.2 电子秤的组成 1.2.1 电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。电子秤主要由承重系统（如秤盘、秤体）、传

19、力转换系统（如杠杆传力系统、传感器）和示值系统（如刻度盘、电子显示仪表），电源4部分组成(1)承重和传力机构它是将被称物体的重量或力传递给称重传感器的垒部机械系统，包括承重台面，秤桥结构，吊挂连接单元、安垒限位装置等。 (2)称重传感器一般称之为一次变换元件，它可以将作用于其上的重量或力按一定的函数关系（一般是线性关系）转换为电量（电压、电流、频率等）输出。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 (3)测量显示仪表一般称之为二次显示仪表，用于测量

20、称重传感器输出的电信号值，并以指针或数码形式把重量值显示出来（现代测量仪表中还包括数据处理、打印装置等） (4)电源这里指的是向称重传感器测量桥路馈电的、稳定度较高的所谓“激励电源”，它可以是交流的或直流的稳压电源，除上述基本组成部分外，有的电子秤；丕采用微处理机或小型电子计算机来完成更复杂的功能，成为更趋完善的电子自动秤1.2.2 电子秤的工作原理当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，产生力一电效应，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器（a/d）。转换成便于处理的数字信号输出到cpu运算控制。cpu根据键盘

21、命令和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算以及程序将这种结果输出到显示器，直至显示这种结果。一般地信号的放大、滤波、a/d转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。1.2.3 电子秤的计量性能 电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。 (1) 量程：电子衡器的最大称量max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。 (2) 分度值：一台电子秤所能显示的最小刻度，电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。 (3) 分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。电子衡器的最大称量max可以用

22、总分度数n与分度值d的乘积来表示，即max=n·d(4) 精密度：分度值与量程的比值。例：秤量6000g最小刻度（分度值）0.5g。即0.5/6000=1/12000 ,1/12000即为此秤之精密度； (5) 准确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成t、ii、iii、四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围，如表1所示：表1 不同准确度的电子秤和分度数标志及等级电子秤分类分度数范围特种准确度基准衡器n> 100000高准确度精密衡器10000 < n100000中准确度商业衡器1000 < n10000普通准确度粗衡器100<n100

23、0 第2章 系统方案论证及选型2.1 工作任务 电子秤的应用系统是由硬件和软件组成。所以，设计硬件时，就应该考虑相应软件的设计。硬件软件紧密配合，才能提高系统性能。2.1.1 本设计的任务和主要内容 设计的主要内容如下：（1) 运用称重传感器并采用直流电桥测量电路（2) 设计一款简易的重量测量电路，用led液晶显示器显示被称物体的质量（3) 电路由直流电桥，放大电路，a/d转换电路，led显示电路（4) 可以设定该秤所称的上限，当物体超重，能自动报警（5) 写出详细的实验报告2.1.2 本设计的特色（1）使用单片机为核心，大大简化系统组成构造系统地研究了电子秤技术，设计了一种采用全电子原理、结

24、构简单、功能齐全、耗电少、价格低的电子秤。这种智能功能强、具有广阔的市场应用前景的电子秤，国内外未见成熟、实用产品。（2）深入研究了应变式称重传感器的工作机理，建立了应变式传感器自校正数学模型，为电子秤的低成本准确称量奠定了理论基础。（3）完成了电子秤的电路设计、智能功能设计和工程设计，可望在短期内形成电子秤产品。2.1.3 基本设计思路 目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：体积大、成本高、携带不便、应用场所受到制约。微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用，电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。本系统在设计过程中，系统的微控制器部分选择了兼容性比较

25、好的51系列单片机，另外由于实际应用当中，称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围，为此还设计了过载提示。按照设计要求，系统可分为三大模块，数据采集模块，控制器模块，显示模块。其中，数据采集模块由压力传感器，信号前级处理和a/d转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对数字量的处理然后驱动显示模块. 主要技术指标为：称量范围099.99kg，分度值0.01kg，精度等级iii级，高准确度，电源5v。2.2.系统总体设计方案比较与论证硬件电路是决定仪器性能的重要因素。电子秤智能仪器的硬件设计以轻巧、简单、低功耗、低成本为原则，尽量采用集成化芯片，减小电路规模。本章对电子秤的电

26、路设计进行介绍，并对几种主要单元电路分别进行详细论述。仪器电路设计中，需注意以下几点：（1）考虑到传感器的问题，在电路设计上，最大限度的降低对传感器的精度要求（2）设计的电路，在保证质量稳定的前提下，追求尽可能低的成本。（3）尽量采用低功耗、微功耗集成化芯片，减小电路复杂性。2.2.1 总体设计方案设计系统，针对各个模块实现的功能有以下几种设计方案：方案一： 图2.1方案一中，现在单片机技术较为成熟，功能也很强大，前端信号的处理，加上a/d转换，放大过滤等措施，可以提高精度，此方案不但满足设计要求，而且简便易行。方案二: 图2.2方案二中，单片机将整形放大的质量信号经过处理，根据相应数据关系显

27、示出被测物体的重量，因为按键较多，加入了键盘显示管理芯片(zlg7289)和键盘电路，该方案的缺点是电路过于复杂，程序复杂，实现起来较为困难。综上所述，鉴于本方案的要求，选择第一种方案。2.3 传感器2.3.1 传感器的定义：传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种能感受到被测量的信息检测装置并按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出的器件，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；它是实现自动检测和自动控制的环节，

28、如果没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试和控制将无法实现。信息的采集和转换主要依靠各种传感器，传感器在现代科学技术中的重要作用已经被人们充分认识。已经成为各个领域的不可缺少的重要手段，因此，在本设计中，传感器的选择和使用特别重要。2.3.2 称重传感器（1）定义 ：它是一种力传感器，通过把被测量（质量）转化为另外一种被测量（电量）来测量质量的力传感器。称重传感器是电子衡器的重要组成部分，在使用称重传感器时，应考虑使用地点的重力加速度和浮力的影响。电子衡器应用称重传感器把被测物体的重量转化成电量，然后通过响应的检测仪表显示物体的质量。由此可见，称重传感器的性能好坏对电子衡

29、器的性能是至关重要的。（2）组成：称重传感器一般由敏感元件、变换元件、测量元件等几部分组成，有时加辅助电源。 敏感元件：直接感受被测量（质量）并输出与被测量功能有确定关系的其他量的元件。 变换元件：又称传感元件，是将敏感元件的输出转变为便于测量的信号。 测量元件（测量电路）：将变换元件的输出转变为电信号，为进一步传输、处理、显示、记录或控制提供方便。 辅助电源：为传感器的电信号输出提供能量。一般称重传感器均需要外接电源才能工作。因此，作为一个产品必须标明供电的要求，但不作为称重传感器的组成部分。（3） 称重传感器的种类较多，但根据变化工作原理来分，主要有电阻应变式、电容式、差动变动器式、压磁式

30、、压电式、振频式、陀螺式等。2.3.3 称重器选择方案论证 在电子秤中，传感器是最关键的部件，其性能的好坏直接决定了电子秤的性能。生产电子秤的主要难点就是传感器。称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。设计称重传感器的指导思想是：追求良好的自然线性，尽量有较高的输出灵敏度，抗侧向能力强，结构简单，易于加工和密封，长期稳定性要好。方案一：电容式传感器被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为s/d，式中（

31、1）变极距型电容传感器(d)（2）变面积型电容传感器(a)（3）变介质型电容传感器()虽然电容式传感器有(1)高阻抗、小功率，(2)温度稳定性好。(3)结构简单，适应性强等很多优势，但是1)输出阻抗高，电容器电容量一般很小，故xc=1/c很大，为高阻原件，又因p=,c很小，p也很小，负载能力差，易受外界干扰2)寄生电容影响大。电容式传感器的初始电容量很小,而传感器的引线电缆电容，测 量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大，降低了传感器的灵敏度，而且将使传感器工作不稳定，影响测量精度。方案二：电阻式应变式传感器电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性

32、元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一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。 检测电路的主要部件是惠斯登电桥，它可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题，其功能是把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电信号输出。物料的重量通过电子秤的秤体或料斗作用于应变式称重传感器，传感器的弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小）。再经相应的检测电路，把这一电阻变化转换

33、为电信号（电压或电流）输出，从而完成将外力变换为电信号的过程。 直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。 图2-3为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源e： 图2-3 传感器内部连接图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有： u0 = ubd = uab - uad =e() = （2.1）当满足条件r1r3=r2r4时，即 (2.2) =0，即电桥平衡。式（2.2）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从

34、而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即r1=r-r,r2=r+r,r3=r-r，r4=r+r,按式（2.3），则电桥输出为 （2.3） 应变片式传感器有如下特点：（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。 通过对压力传感器与电阻应变式传感器比较分析，最终选择了第二种方案。我们选择的是电阻应变片应变片式称重传感器，量程为100kg，精度为0.1% ，满足本系

35、统的精度要求。2.3.4 应变式传感器的材料及几何尺寸选择 应变片传感器的绝缘材料必须有很高的绝缘性能、足够的机械强度、高形状稳定性及良好的抗湿性能。不仅要注意其量程和参数，还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%80%之间线性好，精度高。重量误差应控制存±0.o1kg，确定传感器的额定载荷为100kg，精度为0.1%，最大量程时误差±0.1kg。综合考虑，本设计采用mtb称重传感器，其最大量程为300kg.称重传感器由弯曲梁结构及金属箔式

36、应变计构成，具有过载保护装置。该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。 2.3.5 mtb介绍mtb称重传感器获得荷兰nmi颁发的oimr60c3证书，是一款不锈钢材质的波纹管传感器，托利多mtb称重传感器最大称量值有5kg-500kg，mtb传感器焊接密封，防护等级ip68，具有较好的防水防湿功能，梅特勒托利多mtb称重传感器防爆性能满足eexibtlct4 要求，安装高度低，同hbm z6兼容，可提供高温传感器，最高工作温度为200。mtb称重传感器应用于：主要用于包装秤、皮带秤和化工、医药、食品等行业的配料称重控制。 2.4

37、放大电路2.4.1 放大电路部分和滤波电路 由称重传感器的称量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成r/r，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120，灵敏系数k=2，弹性体存额定载荷作用下产生的应变为l000，应变电阻相对变化量为：r/r=k×=2×1000×10-6 =0. 002 由上式可以看出电阻变化只有0.24，其电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的r/r变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转

38、换成可以被a/d转换器接收的信号。在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。 放大器的输入信号一般由传感器输出的，传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常有较高的共模电压。 因此：对放大器的要求： （1）输入阻抗应远大于信号源内阻（2）抗共模电压干扰能力强（3）在预定的频带宽度内有稳定准确的增益，良好的线性，输入漂移和噪声应（4）足够小以保证要求的信噪比。从而保证放大器输出性能稳定（5）能附加一些适应特定要求的电路2.4.2 放大电路部分的选择方案一：差动放大器 主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；可以利用普通运放(如op07)做成一个差动放大器。其设计电路如图

39、4-1所示： 图4-1 电阻r1，r2和电容c1，c2，c3，c4用于滤除前级的噪声，c1，c2为普通小电容，可以滤除高频干扰，c3，c4为大的电解电容，用于滤除低频噪声。优点：差动放大器具有高输入阻抗，增益高，输入级加入随射放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器r6用于调节输出零点，最后一级是用于微调放大倍数，让输出满足满量程要求。输出级为反相放大器，所以输出电阻不是很大，较符合要求。缺点：此电路要求r3，r4相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声，对精度影响较大。方案二：采用专用仪表放大器，ad620,ina126此类芯片内部采用差动输

40、入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也高。ad620放大器特别适宜于较高电阻值, 较低电源电压的压力传感器电路设计。ad620 的体积小、功耗低成为压力传感器ad620 由于体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广等特点。ad620具有高精度(最大非线性度40 ppm)、低失调电压(最大50 v)和低失调漂移(最大0.6 v/°c)特性，是电子秤的理想之选。放大器是把电源电压放大，本文把电源电压放大为5v，从而供给电路使用。2.4.3 ad620的介绍 ad620 由传统的三运算放大器发展而成, 但一些主要性能却优于三运算放大器构成的仪表放大器的设计, 如电源范围宽(

41、7;2. 3 ±18 v ) , 设计体积小, 功耗非常低(最大供电电流仅1. 3 ma ) , 因而适用于低电压、低功耗的应用场合。ad620 为三运放集成的仪表放大器结构, 为保护增益控制的高精度, 其输入端的三极管提供简单的差分双极输入, 并采用工艺获得更低的输入偏置电流, 通过输入级内部运放的反馈, 保持输入三极管的集电极电流恒定, 并使输入电压加到外部增益控制电阻rg上。ad620 的两个内部增益电阻为24. 7 k8 , 因而增益方程式为 g =49.4 k/r g + 1 式(2-4)对于所需的增益, 则外部控制电阻值为 r g =49.4/（g - 1）k (2-5)

42、 式(2-5)ad620的引脚图：p1与p8脚接外部增益设置电阻。p2与p3脚是输入端。p6脚是输出端。p4与p7脚接±5v电源p5是输入参考电压400mv基本参数：最大增益:10000；带宽:1mhz ；针脚数:8；工作温度范围:-40°c to +85°c ；封装类型:dip；-3db带宽增益乘积:1000khz；变化斜率:1.2；可编程增益最高:1000；工作温度最低:-40°c；工作温度最高:85°c；放大器类型:instrumentation ；最小可编程增益:1；电源电压最大:18v ；电源电压最小:2

43、.3v；芯片标号:620；表面安装器件:通孔安装；输入偏移电压最大:0.185mv ；输入偏移量,最大:1v/°c；输出类型:single ended；运放特点:低功率ad620的接口图如图所示： +5 +5 电路的工作原理：a1，a2在负反馈状态，其反向输入端的电压与同向输入端的电压相等。即rg两端的电压分别为vin+,vin-。因此， 式（2.6）设图中r1=r2=r,则a1,a2两输出端的电压差为 式（2.7）将式（2.6）代入（2.7）得放大器的增益为可见，只调整一个电阻rg,就能容易的调整放大器的增益。由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。2.4.4

44、滤波电路滤波电路是具有对信号频率有选择性的电路。它的功能是让特定频率范围内的信号通过，阻止特定频率范围外的信号通过。本文设计的滤波电路由电容完成，简便易行。滤波电路是具有对信号频率有选择性的电路。它的功能是让特定频率范围内的信号通过，阻止特定频率范围外的信号通过。本文设计的滤波器为有源低通滤波器，有源滤波电路一般由rc滤波网络和集成运放构成，在适当的直流电压偏置下，不仅有滤波作用，而且有放大作用。有源滤波电路不适用大电流电路，仅适合做信号处理。在分析滤波电路中经常使用拉氏变换中，将电压电流用象函数u（s）和i（s）表示。因此，电阻r（s）=r，电容的容抗zc（s）=1/sc。电感的感抗zl（s

45、）=sl。于是传递函数:传递函数中分母s的最高指数称为滤波器的阶段数。如令s=jw，带入上式，即得到电路图(2-3)所示的电路图2.5 a/d转换器2.5.1 a/d转换器及分类 a/d转换部分是整个设计的关键，目前有多种类型的adc，有传统的并行、逐次逼近型、积分型adc，也有近年来新发展起来的-型和流水线型adc，多种类型的adc各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。主要介绍一下积分型ad和逐次比较型 （1）积分型ad工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因

46、此转换速率极低。初期的单片ad转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 （2）逐次比较型（如tlc0831）逐次比较型ad由一个比较器和da转换器通过逐次比较逻辑构成，从msb开始，顺序地对每一位将输入电压与内置da转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 2.5.2 a/d转换器的选用 a/d转换器选用原则：（1）a/d转换器的位数；（2）a/d转换器的转换速率；（3）是否加采样/保持器；（4）a/d转换器的有关量程的引脚；（5）启动转换和转换结束；（6

47、）晶闸管现象考虑到本系统中对物体重量的测量和使用的场合，精度要求不是很苛刻，转换速率要求也不高，根据系统的精度要求以及综合的分析，由上面对传感器量程和精度的分析可知：a/d转换误差应该在0.1kg以下12位a/d精度：100kg/4096=0.0244kg本设计采用了12位逐次逼近型a/d转换器tcl2543。 tlc2543是ti公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成a/d转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机i/o资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。 2.6 输出显示方案一 数码管显示数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二

48、极管。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管在应用时应将公共极com接到+5v，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管在应用时应将公共极com接到地线gnd上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管显示信息有限，当显示信息较多时需要多个数码管级联方可，这样会造成硬件连接复杂，成本增加；数码管对大部分字符不能很好的显示，动态扫描时处理不好易出现闪烁现象。方案二 lcd字符液晶显示 采用点阵字符型 lcd 液晶显示，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件，但采用lcd液晶显示会造成设计成本增加。lcd1602可以显示2行 1