电阻应变片测重量

1、- -应变片测量一、系统组成框图电阻应变式传感器是应用广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感器。电阻应变式传感器具有构造简单，使用方便，性能稳定、可靠，易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测，灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量，可以测量多种物理量等诸多优点，已广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑等领域。本课题采用的是以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发电阻应变片重力测试的系统。系统硬件原理框图如图1-1：A/D转换四位数码管显示电路电阻应变式传感器LM324集成运算放大器图2-

2、1系统框图系统框图如图2-1所示，电阻应变式传感器采集到重力信号传送给LM324集成运算放大器， LM324集成运算放大器是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全一样的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。经过A/D转换，将转换的数字信号发给显示电路显示，显示电路是由四位独立数码管组成。二、电阻应变片重力测试原理电阻应变片简介：电阻应变片作为传感元件，将其结实地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化。电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值

3、除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论根底。三、电阻应变式传感器重力测试系统的单元电路介绍1、电阻应变式传感器的介绍、构造和类型电阻应变式传感器straingauge type trans

4、ducer 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感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种构造形式。弹性敏感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，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。图3-1 电阻应变片的根本构造1-基底;2-敏感栅;3-覆盖层;4-引线输出电压Uo应变功率信号等强度梁半导体应变片电桥放大及V/F电路供电电源单片机显示单元 图1. 基于应变式称重传感器的电子秤系统框图 重力2、电阻应变式传感器的测量电路常规的电阻应变片K值很小，约为2，机械

5、应变度约为0.00010.001.所以,电阻应变片的电阻变化范围为0.00050.1欧姆，所以测量电路应当能准确测量出很小的电阻变化，在电阻应变片传感器中做常用的是桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，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U0，。起特点是：当四个桥臂电阻到达相应的关系时，电桥输出为零，或那么就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够准确的测量微小的电阻变化。电路图如以下图所示：其中R1=R2=R3=R4=3503、A/D转化器(ADC0809)A/D0809是一个带有8路=位A/D转换器，8路多路开关以及微处理兼容的

6、控制逻辑CMOS组件。ADC0809的内部逻辑构造:引脚构造:4、ADC0809应用说明1ADC0809内部带有输出锁存器，可以与8051直接相连。2初始化时，使ST和OE信号全为低电平。3送要转换的哪一个通道的地址到A,B,C端口上。4在ST端给出一个至少有100ms宽的正脉冲信号。5是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。6当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据被输出给单片机。四、电阻应变式电子称电路设计1、供电电源设计 称重传感器的电源是由2个OP-07和互补对管Q1与Q2组成称重传感器的第二级稳压电源，如以下图。这一级起到高精度稳压作用，其原理：115V的三端稳压集成电路

7、作为预稳压电源。(2)选用低温漂特性的运放OP-07，以降低运放受温度影响所产生的温漂。3从图可见，两个运放的输入端均接于精细电压基准源MC1403的输出端上而被钳位，可以认为输出电压的误差不会来自输入端。4Q1与Q2是一对互补对管，的负反响电路分别通过这对互补管的发射极。当温度上升时，的输出电压上升，Q1的上升，上升。但是得输出电压也随之上升，导致Q2的电压下降，增大，使下降，维持了动态平衡；反之亦然。5由于正负三端稳压电源的作用，以及由和组成的对称电源构造，称重传感器电桥在无负载时。并且由于高阻抗使电桥产生浮地效果，完全免除地线带来的干扰。综上述处理是传感器电桥电压到达十分稳定的效果，如果

8、电桥的四臂应变片的阻值相等，由于受到压力使电桥对臂阻值同时增大和减小，那么电桥电压的精度将直接传递到电桥输出端。 图4.运算放大电路 2、称重传感器调零电路图2.中标ABCD局部是称重传感器全桥电路。电桥输出端对角线上接一个10电位器，滑动端通过100电阻接与电桥电源负端。这是为了客服制造工艺不完全对称性而设计的，同时兼做去皮重电路。调节可使电位差等于10V，的输出范围为0-15mV。3、放大电路放大电路是由四个ICL7650组成差分输入单端输出的专用仪表放大电路。放大电路主要特点是：1采用ICL7650斩波自温零高精度放大器，能比较好的抑制共模电压干扰。2双端输入分别进入测量放大器的同相端，

9、所以输入阻抗大，能抑制电桥传感器输出阻抗低的特点。3极低的温漂系数。4加一级低通有源滤波器以滤除由于放大器ICL7650内时钟斩波频率引起的尖峰脉冲干扰。调整使放大倍数为： 10 图5.放大电路4、V/F转换电路V/F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。LM331是性能价格比较高的集成芯片，可用作精细频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331

10、的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。本系统采用电压/频率转换器LM331。其特点是：体积小，精度高，价格低，串行输出，占用CPU的I/O线少。其最突出的缺乏之处是转换速度慢。以下是LM331一些主要技术指标：（1） 最大线性度 0.01%，2满量程频率范围 1HZ100KHZ 图6 LM331的简化功能框图工作原理： 图6为电压/频率转换器LM331的简化功能框图。内能隙基准电路产生1.9V直流电

11、压,送到2脚,外接RS形成基准电流I= 1.9/RS。I=50500uA。 输入电压Vin送比较器，引脚6通常与1脚连接，当K合上后流过恒电流在RL上产生压降VX作为阈值电压。在单脉冲定时器上设有定时比较器，一个输入端恒接2/3VCC作为参考电压，另一个输入端接引脚5。V5>2/3VCC单脉冲定时器内部的RS触发器产生复位信号使K断开,又迫使驱动晶体管截止。复位后使引脚5与地短接，电容C1上的电荷释放，电压下降。使V5<2/3VCC,这个单脉冲定时器的定时周期为：t = 1.1R1C1。输入电压Vin送比较器与VX进展比较.因为K合之前VcL=0,那么Vin>VX, 输入比较

12、器使RS触发器产生启动信号使K闭合, 基准电流向CL充电。使VX上升，直至VX>Vin。 输入比较器翻转, 迫使单脉冲定时器产生复位信号使K断开, CL向RL放电,使VX<Vin。然后输入比较器再次启动定时器，开场下一次循环。波形分析：单脉冲定时器内部的RS触发器产生复位信号使K断开,又迫使驱动晶体管截止，使V3为高点平，VX<Vin。基准电流向CL充电。使VX上升，直至VX>Vin。此时驱动晶体管导通。从波形图看，VX>Vin后，要关闭K是发生在V5>2/3VCC时刻，而使驱动晶体管截止是在VX<Vin时刻。对CL充电平均电流： IAVE = i*t

13、*Fout ，CL对RL放电电流 VX/RL=Vin/RL。 显然，LM331工作时：充电平均电流=放电电流 : (11) 图7LM331的工作波形图8.V/F转换电路图当前，12位以上的A/D转换器的价格仍较昂贵，用V/F变换器来代替A/D转换器，在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大器INA126放大到010V后加到V/F变换器LM331的输入端，从频率输出端fo输出的频率信号加到单片机的输入端T1上。根据分辨率的要求利用软件处理，最后得到A/D转换的结果。所以我们决定采用LM331芯片V/F转换作为信号转换的方案。5、单片机电路aAT89C5

14、2简介图9.AT89C52芯片引脚图芯片功能介绍及设计：AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停顿工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下

15、，保存RAM的内容并且冻结振荡器，制止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止b引脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进展校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是

16、由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻

17、的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0RXD串行输入口 P3.1TXD串行输出口 P3.2/INT0外部中断0 P3.3/INT1外部中断1 P3.4T0记时器0外部输入 P3.5T1记时器1外部输入 P3.6/WR外部数据存储器写选通 P3.7/RD外部数据存储器读选通 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平

18、时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想制止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE制止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。

19、但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。 EA/VPP：当EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。c单片机原理图如以下图，为单片机芯片AT89C52工作于11.0592MHZ时钟，它的P3.5脚定时/计数器1的外部脉冲输入端和频率信号相连，对脉冲序列计数，以获取频率信息，从而转换为

20、重量值。的P0口和P2口是数码管显示电路的接口。其中P0口为4位位码，P2口提供4位段码4位7段数码显示。 图10.单片机的设计电路d输出显示1.输出显示电路图：图11 显示电路2程序#include "reg52.h"/包含头文件#include "math.h"sbit wei0=P00;/位定义sbit wei1=P01;图12 V/F信号读取及处理程序sbit wei2=P02;sbit wei3=P03;sbit cs_VF=P37;sbit rd_ VF =P36;sbit wr_ VF =P35;sbit le_573=P34;#defin

21、e uint unsigned int/宏定义#define ulong unsigned long#define uchar unsigned charuchar code shuma=/码表0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x8e,0xc1,0xc7,0xc7;ulong xielv=4975;/定义全局变量ulong zhong=0;void init()/初始化函数le_573=0;wei0=0;wei1=0;wei2=0;wei3=0;void delay_

22、ms(unsigned int a)/延时函数 unsigned int b;unsigned int c;for(b=0;b<a;b+)for(c=0;c<112;c+);void display(ulong shuvf)/显示函数uchar qian,bai,shi,ge,i;qian = (shuvf/1000000)%10;bai = (shuvf/100000)%10;shi = (shuvf/10000)%10;ge = (shuvf/1000)%10;if(shuvf>1010000)for(i=0;i<80;i+)P2=shuma16;/显示千位wei3=1;delay_ms(3);P2=0xff;wei3=0;wei2=1;/显示百位P2=shuma1