电子技术课程设计论文-数字电子秤.doc
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1、南华大学电子技术课程设计论文课题:数字电子秤学院:机械工程学院 专业:测控技术与仪器班级:052班姓名:学号:指导老师: 2011年1月1日 摘要:本设计分五个模块:电源模块、数据采集及放大模块、模数(A / D)转换模块、自动换档模块、显示模块。本电路应用压敏电阻构成秤重电桥来采集电压的微小变化,经过放大电路放大后送入A/D转换芯片中,对输入电压信号进行转换成数字量输出;显示模块直接连接数码管构成,显示实际测量值。同时根据输出,自动判断出所加压力的大小来改变量程,实现自动换挡。外部电路非常简单,方便制作。关键字: 模数(A / D)转换 秤重电桥 压敏电阻 自动换档Abstract:The
2、design of the five modules: power modules, data acquisition and enlarge Module (A / D) converter module, automatic transmission module, display modules. Application of this circuit varistor a weighing bridge for the collection of small changes in voltage, the amplifier amplified into A / D converter
3、 chip, the input voltage signal into digital output modules directly connected to a digital control that the actual measured values. At the same time according to output, automatically determine the size of the pressure to change the range for automatic shift. External circuit is very simple, conven
4、ient production.Keyword:digital (A / D)converter weighing bridge varistor automatic transmission 引言在生活中经常都需要测量物体的重量,于是就用到秤,但是随着社会的进步、科学的发展,我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰,电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。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需求的增加。大多数电子秤是以1:3,000
5、或1:10,000的分辨率输出最终的称重值,使用12 bit14 bit的模数转换器很容易满足要求。设计中主要考虑峰峰值(PP)噪声分辨率、ADC的动态范围、增益漂移和滤波。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求,电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向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。 目录首节 方案设计和论证5 0.1总体设计方案与比较5第一节 设计原理71.1本设计的任务和主要内容71.2基本工作原理及原理框图8第二节 硬件电路的设计92.1
6、电阻应变式传感器的选择82.2 三运放大电路的设计122.3 ADC0809 A/D转换器122.4 LED显示电路的设计142.5 总体工作电路原理图17第三节 软件的设计183.1 力加载(全桥电路)-数字电子秤203.2 电路元件21第四节 设计总结和感想22 参 考 文 献23首节 方案设计和论证0.1 总体设计方案与比较方案一:通过秤重电桥产生电压信号,经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片CC7107进行A/D转换,由于此芯片可直接用于数字显示,故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。此方案的优点是外部电路非常简单,但同能实现较高的精度。缺点是无法对A/D转换进行控制。数据采集
7、电路 A/D转换电路放大电路显示电路图 0.1.1 基本工作原理框图方案二:该数显电子秤电路部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路,和IC1及外围元件组成的数显面板表。传感器R1采用E350ZAA箔式电阻应变片,其常态阻值为350O。测量电路将R1产生的电阻应变量转换成电压信号输出。IC3将经转换后的弱电压信号进行放大,作为AD转换器的模拟电压输入。IC4提供l22V基准电压,它同时经R5、R6及RP2分压后作为A/D转换器的参考电压。3-1/2位A/D,转换器ICL7126的参考电压输人正端,由RP2中间触头引入,负端则由RP3的中间触头引入。两端参考电压可对传感器非线
8、性误差进行适量补偿。该方案的电路原理图如下:图 0.1.2 电路原理图元件选择lIC1选用ICL7126集成块;IC2、IC3选用高精度低温标精密运放OP-07;IC4选用LM38512V集成块。2传感器RI选用E350ZAA箔式电阻应变片,其常态阻值为350O,。3各电阻元件宜选用精密金属膜电阻。4RPI选用精密多圈电位器,RP2、RP3经调试后可分别用精密金属膜电阻代替。5电容中C1选用云母电容或瓷介电容。该数显电子秤具有易于制作,成本低廉,体积小巧,实用等特点,但是其测量精度不够方案三:本课设计的电子秤以单片机为主要部件,利用全桥测量原理,通过对电路输出电压和标准重量的线性关系,建立具体
9、的数学模型,将电压量纲(V)改为重量纲(g)即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种,本设计采用全桥测量电路,使系统产生的误差更小,输出的数据更精确。而三运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转换器对输入信号电平的要求。ADC0809 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显示电路中去,最后由显示电路显示出测量结果。该方案利用了单片机技术,便于编写我们自己想要的程序,运用范围更广,市场更大,此方案的优点是可控制性好,性能稳定,测量准确,使用方
10、便等 综上所述,我们采用方案三比较合适,以下是方案三的详细阐述第一节 设计原理1.1 本设计的任务和主要内容设计的主要任务和内容如下:1) 运用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路将压力信号转变为电力信号2) 设计一款电子秤,将电力信号通过A/D 转换器转变为数字信号,并用7段LED液晶显示器显示被称物体的质量3) 电路由全桥测量电桥,三运放大电路,A/D转换电路,LED显示电路组成4) 绘制出其详细的电路原理图和工作原理图5) 写出详细的实验报告1.2 基本工作原理及原理框图基本工作原理框图如下:传感器三运放大器ADC0809 A/D转换器80318155LED显示器图 1.2-1 基本工作原
11、理框图电路方框图如下:电阻应变式传感器输出信号三运放大电路放大信号显示电路A/D转换电路图1.2-2 电路方框图第二节 硬件的设计2.1 传感器的选择2.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理电阻应变式传感器是将被测量的力,通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种:电阻丝应变片和半导体应变片,本设计中采用的是电阻丝应变片,为获得高电阻值,电阻丝排成网状,并贴在绝缘的基片上,电阻丝两端引出导线,线栅上面粘有覆盖层,起保护作用。电阻应变片也会有误差,产生的因素很多,所以测量时我们一定要注意,其中温度的影响最重要,环境温度影响电阻值变化的
12、原因主要是:A. 电阻丝温度系数引起的。B. 电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变片,也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多,一般来说主要是由结构设计决定,通过线性补偿,也可得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。图1.2-3应变
13、式传感器安装示意图全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R1R2R3R4,其变化值R1R2R3R4时,其桥路输出电压UoutKE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。2.1.2 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,机械应变度约为0.0000010.001,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精确测量出很小的电阻变化,在电阻应变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
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