基于电阻应变片的数字电子称设计

1、 传感器与检测技术课程设计报告 课题名称： 基于电阻应变片的数字电子称设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 11电气（2）班 学生姓名： 陈腾奎 学 号： 110701203 同组人员： 贝兆康，陈俊峰 指导教师 : 王定庚 2014 年 6 月 目录摘要1第1章 绪论21.1 设计要求21.2设计方案22、系统模块的设计22.1 测量模块设计22.1.1电阻应变式传感器的组成及原理32.1.2电阻应变式传感器的测量电路32.2差动放大模块的具体设计42.3飞思卡尔S12X微控制器52.3.1 MC9S12XS128单片机最小系统介绍52.3.2 MC9S12XS128引脚图52.4

2、上位机Visual Scope数据显示53.程序设计63.1主程序流程图63.2 主程序84参考资料摘要电阻应变式传感器是根据应变原理， 通过应变片和弹性元件将机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进行电量测量的装置。电阻应变片传感器通过调节放大器的放大倍数，通过MC9S12XS128 A/D转换把接收到的模拟信号转换成数字信号，最后由上位机Visual Scope显示数据。这种电子秤具有精确度高，操作简单，性能稳定 ，价格低廉，成本低，制作简单等优点。关键字：电子秤、电子应变片、MC9S12XS128，上位机Visual Scope第1章 绪论本文简述的是由电阻应变片式传感器组成的电子秤

3、。电子秤是由电阻应变片，测量电路，差动放大电路，A/D转换，上位机Visual Scope组成。其中电阻应变片是重中之重。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到上位机Visual Scope中去，最后由上位机显示出测量结果。1.1 设计要求（1）实现物体质量的测量（2）具有误差补偿功能（3）可进行数字的显示1.2设计方案原理流程图如下：全桥测量电路信号放大电路A

4、D信号转换上位机数据显示2、系统模块的设计2.1 测量模块设计电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。2.1.1电阻应变式传感器的组成及原理电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数 。2.1.2电阻应变式传感器的测量电路电子秤传感器的测量电路通常使用桥式测量电路，它

5、将应变电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是传感器输出的电信号。电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。 全桥测量电桥图（其中V0输出为02mv）激励电压: 9VDC12VDC ； 灵敏度: 2±0.1mV/V输入阻抗: 405±10

6、； 输出阻抗: 350±3 极限过载范围: 150% ； 安全过载范围: 120%使用温度范围: -20+602.2差动放大模块的具体设计物体质量信号产生后，要求用一个放大电路，即差动放大电路。传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，为保证放大倍数足够，采用双放大模式，即前后分别对信号进行放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求。选用LM324四运放，连接组成两级差动放大电路，初级放大电路如图A1A2R8R8R7VoViVi1Vi2I推导过程：I=Vo=(R8+R7+R8)I=(1+)Vi，初级放大电路则Avf=1+ 两级放大电路2.3飞思卡

7、尔S12X微控制器2.3.1 MC9S12XS128单片机最小系统介绍MC9SDG128为控制单元作为MC9S12系列的16位单片机，有标准片上外围设备组成，包括16为中央处理器、128KB的FLASH存储器、8KB的RAM、2KB的EEPROM、两个异步串行通信接口、两个串行外围接口、一组八通道的输入捕获或输出捕获的增强型捕获定时器、两组八通道10路模式转换器、一组八通道PWM模块、一个字节链路控制器、29路独立的数字I/O接口、5个增强型CAN总线接口。同时，单片机内的锁相环电路可使能耗和性能适应具体操作的需要。2.3.2 S12X128微控制器引脚2.4 上位机Visual Scope数

8、据显示2.4.1 模拟示波器Visual Scope3.程序设计本设计采用C语言编程。软件主要三个方面：一是初始化系统；二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。这三个方面的操作分别在主程序中来进行。程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。3.1主程序流程图图9 程序流程图3.2 主程序库函数：/包含头文件#include "Includes.h" /包含总头文件#define MAX 1804 /最大重量对应的AD值#define MIN 516 /最小重量对应的AD值#define RATIO 0.1465 /比例因子 (180

9、/(MAX-MIN) 给定最大重量为180克/*函数名: void Get_OFFSET(void)功能: 采集 传感器零偏电压值*/void void Get_OFFSET(void) OFFSET=ADCAve(0,20);/*函数名: void Get_AD(void)功能: 采集 传感器电压值参数: 无返回值: 无*/ void Get_AD(void) VOLTAGE=ADCAve(1,10); /通道1转换,滤波10次 /*函数名: void Calculate(void)功能: 重量计算处理 与上位机数据传送 */void Calculate(void) float fDelta

10、Value=0; Weight = (VOLTAGE - OFFSET) * RATIO; /重量计算处理 WEIGHT=(int32)(Weight); OSC_Display(WEIGHT,0,0,0); /发送数据至上位机/OSC_Display(int32)(VOLTAGE_GRAVITY),(int32)(VOLTAGE_GYRO),CarAngle,(int32)(g_nRightMotorPulseSigma); /主函数void main() DisableInterrupt();/0.2 关总中断 MCUInit(FBUS_80M); /0.3 芯片初始化SCIInit(0,

11、FBUS_80M,9600); /串口0初始化ADCInit(); /AD 初始化 PITInit(FBUS_80M); /定时器1ms 初始化 EnablePIT0; /开定时器0 EnableInterrupt(); / 开总中断 for(;) / 主循环 /for_end(主循环结束) /main_end /-*/文件名: isr.c */说 明: 中断处理函数,本文件包含: * /头文件包含 #include "Includes.h" int16 TimInterCount=0,PIT_Flog=0;/ TimeCount;#pragma CODE_SEG _NEAR_SEG NON_BANKED /PIT定时器溢出中断 _interrupt void PIT0(void) DisableInterrupt(); /关总中断 TimInterCount+; /启动2s内检测采集零偏 if(PIT_Flog=0) if(TimInterCount>2000) PIT_Flog=1; /置标志位 TimInterCount=0; if(TimInterCount>500)&&(TimInterCount<1