【正文】 1 山 東 輕 工 業(yè) 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 學(xué)院 電子信息與控制工程學(xué)院 專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 姓名 臧少剛 班級(jí) 測(cè)控 081 學(xué)號(hào) 題目 基于應(yīng)變式傳感器的電子稱設(shè)計(jì) 一、 主要內(nèi)容 基于應(yīng)變式傳感器的電子稱具有測(cè)量范圍廣、精度高、誤差小和線性特性好等優(yōu)點(diǎn)，且能在惡劣環(huán)境下工作，在力和重力測(cè)試中有非常廣泛的應(yīng)用，因此，完全可以用來測(cè)量實(shí)驗(yàn)室小件物體的重量。該電子稱量程為 01kg， 原理基于應(yīng)變式傳感器，在外力作用下發(fā)生彈性形變，通過數(shù)顯將力的大小顯示出來。 二、任務(wù)要求 01kg，原理和結(jié)構(gòu)基于應(yīng)變式傳感器； ； （非線性誤差、靈敏度等）的測(cè)試； protel 繪制電路原理圖，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和精度分析； protel 繪制 PCB 布線圖，并附加相關(guān)圖表， ，寫出課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) ； ，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐（有剩余 時(shí)間 再做）。 三、 參考資料 1. 程德福， 王君 .傳感器原理及應(yīng)用 .北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2021 2. 邱關(guān)源 .電路 .北京：高等教育出版， 2021 3. 童詩白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京： 高等教育出版社 ， 2021 4. 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京： 高等教育出版社 ， 2021 5. 英聯(lián)科技 .YL 系列傳感器與測(cè)控技術(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指南 ， 2021 完成期限：自 2021 年 12 月 26 日至 2021 年 12 月 30 日 指導(dǎo)教師： 孫凱 /孫濤 教研室主任： 孫濤 2 目 錄 1. 概述 ……………………………………………………………………………………………… 3 2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容及總體方案 …………………………………………………………………………… 4 3. 單元模塊的具體設(shè)計(jì) 之測(cè)量電路模塊 ……………… ……… ………………………………… 4 測(cè)量電路模塊 …………………………………………………………………………………… 4 電阻 應(yīng)變式 傳感器的原理及應(yīng)用 ……………………… …………………………………… ..4 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 … …………………………………………………… ...…… ..5 4. 差動(dòng)放大模塊 …………………………………………………………………………………… ..6 差動(dòng)放大電路 ………………… ………………………………………………………………… .6 所用芯片 LM324………………………………………………………………………………… .7 5. A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ……………………………………………………………………………………… 7 ICL7107 簡(jiǎn)介 ………………………………………… ...………………… .…………………… ..8 A/D 轉(zhuǎn)換原理圖 …………………………… …………………………………………………… ..9 ICL7107 芯片的正常與否測(cè)試 …………………………… .…………………………………… .9 6. 數(shù)碼顯示模塊 ……………………………………………………………………………… ..… ..11 直插式七段顯示譯碼管簡(jiǎn)介 ………………………………………………………………… ..11 ………………………………………………………………………………………… ..12 ………………………… .……………………………………… ...………… ..12 附圖 1 完整電路原理圖 ………………………………………………………… ………… .…… .14 附圖 2 PCB 布線圖 頂層 ………………………………………………… ………… .…… ...… .15 附圖 3 PCB 布線圖 底層 …………………………………………………… …… .…………… 16 3 基于應(yīng)變式傳感器的電子稱設(shè)計(jì) 社會(huì)不斷發(fā)展，技術(shù)不斷提高，家電設(shè)備日新月異，但初高中實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備卻依然是那樣陳舊，最明顯的當(dāng)是稱重設(shè)備， 依然是天平，天平構(gòu)造和制作簡(jiǎn)單，但讀數(shù)容易出現(xiàn)誤差，且容易損壞和老化，調(diào)節(jié) 平衡時(shí)過于麻煩，浪費(fèi)時(shí)間，而數(shù)顯電子稱則很好地避免了這些不足，放上物體即可讀數(shù)，準(zhǔn)確而快速， 方便實(shí)用，易于攜帶，不受場(chǎng)所制約。目前國(guó)際化的趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化等， 技術(shù)性能則趨于速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高等，可以說靠天平比較兩物體的輕重很方便，但說到快、準(zhǔn)則是電子稱更優(yōu)。 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，隨著工業(yè)自動(dòng)化、信息化的發(fā)展，以往稱重的器械已跟不上時(shí)代的潮流，我們應(yīng)跟上世界的步伐，往小里說，方便，往大了說，解放人類勞動(dòng)力，稱重行業(yè)也需要一種在稱重過程中準(zhǔn)確計(jì)量且具有極高的靈敏度、具有 較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力的稱重器械，不受大氣壓力等外界干擾的影響，更易于普遍，加上比以往傳感器更長(zhǎng)的壽命，通過試驗(yàn)和創(chuàng)新后的應(yīng)變式傳感器電子稱將會(huì) 夠受歡迎。 此外，利用應(yīng)變式傳感器制作的數(shù)顯電子稱，易于制作、簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低廉、體積小巧等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，所以在市場(chǎng)上也有很大的上升和推廣空間。本次設(shè)計(jì)的基于應(yīng)變式傳感器的數(shù)顯電子稱，主要用于實(shí)驗(yàn)室小件物體的稱重，給老師和學(xué)生提供方便，節(jié)省時(shí)間，由于是實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，不需要每人配一件，只需有 310 臺(tái)，夠用即可，因此要滿足小巧可移動(dòng)性，方便從這一實(shí)驗(yàn)桌到另一實(shí)驗(yàn)桌的搬動(dòng) 。通過 分析和討論各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法等，達(dá)到使商用稱重還是實(shí)驗(yàn)室稱重的實(shí)用目的。 合理應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，充分發(fā)揮電阻應(yīng)變式傳感器的功能，靈活搭配各個(gè)元器件，就能組裝出一個(gè)電子稱，需要各方面的能力包括理論知識(shí)和動(dòng)手操作等，因此需要在課程設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，從選課題到付出實(shí)際行動(dòng)都要認(rèn)真仔細(xì)的思考仔細(xì)得做，遇到問題，就分析解決問題，直至連接成功。 數(shù)顯電子稱的量程可調(diào)，可通過換用應(yīng)變片和電路的總增益，來調(diào)節(jié)量程，達(dá)到稱重范圍廣，小件測(cè)量精確的效果，當(dāng)然，今日我發(fā)現(xiàn)也可以用于到校門口購買水果稱重（可能 有點(diǎn)異想天開），因?yàn)槊看蔚綄W(xué)校門口買水果和地瓜，總是缺斤少兩，很是不痛快，物價(jià)可以貴，但不能坑人嘛！ 可以說，無論是生活還是學(xué)習(xí)、工作，數(shù)顯電子稱都能夠幫到我們，因此對(duì)數(shù) 顯電子稱的制作和改良是 很有必要的。 未來的世界是輕松的世界，想想就是，連稱重都如此簡(jiǎn)單了、。 4 要實(shí)現(xiàn)對(duì)物體質(zhì)量的測(cè)量，必須有 測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，以模擬信號(hào)的方式傳送到 A/D 轉(zhuǎn)換器。其次，由 A/D 轉(zhuǎn)換電路把由差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，然后送 A/D 轉(zhuǎn)換電路中。再由 A/D 轉(zhuǎn)換電路把接收 到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到顯示電路，最后由顯示電路顯示數(shù)據(jù)。 具體方案如下： 現(xiàn)如今人們都追求高質(zhì)量的生活，但質(zhì)量高低，得有個(gè)評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)，于是，電子稱誕生了。電子秤具有稱重精確度高，簡(jiǎn)單實(shí)用，攜帶方便成成本低，制作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) ,是學(xué)生在校外地?cái)傎徺I水果的首選。其電路構(gòu)成主要有測(cè)量電路，差動(dòng)放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換，顯示電路。其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。 電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多 的一種 ，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置。而差動(dòng)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大（采用雙放大電路，即先后進(jìn)行連續(xù)兩次放大，然后將信號(hào)輸出），以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。 A/D 轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。 模塊 的具體設(shè)計(jì) 1． 測(cè)量電路： 電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路而最后顯示或記錄被測(cè)量值的變化。 在這里，我 用電 阻應(yīng)變式傳感器作為測(cè)量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。 （ 1） 電阻應(yīng)變式傳感器的組成 及原理 電 阻應(yīng)變式傳感器簡(jiǎn)稱電阻應(yīng)變計(jì)。當(dāng)將電阻應(yīng)變計(jì)用特殊膠劑粘在被測(cè)構(gòu)件的表面上電橋測(cè)量： 電 阻應(yīng)變