【正文】 個(gè)電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓 E，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓 Uo。通過應(yīng)變計(jì)在構(gòu)件上 的不同粘貼方式及電路的不同聯(lián)接，即 可測(cè)得重力、變形、扭矩等機(jī)械參數(shù) 。 在這里，我 用電 阻應(yīng)變式傳感器作為測(cè)量電路的核心。 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。 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。 未來的世界是輕松的世界，想想就是，連稱重都如此簡單了、。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) 。 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。 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。目前國際化的趨勢(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)。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。 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。電子秤具有稱重精確度高，簡單實(shí)用，攜帶方便成成本低，制作簡單，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。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。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。結(jié)構(gòu)如圖 1 由圖可見，電阻應(yīng)變片、彈性體是電阻應(yīng)變傳感器中不可缺少的部分。其特 點(diǎn)是：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。滑動(dòng)式線性圖 2 全橋稱重傳感器 R1 R2 R3 R4 R5 R6 RP1 E 應(yīng)變片 引出線 固定墊圈 固定螺絲 限程螺絲 模塊 彈性體 托盤 加熱絲 應(yīng)變片 圖 1 應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu) 示意圖 6 可變電阻器 RP1作為物體重量彈性應(yīng)變的傳感器，組成零調(diào)整電路，當(dāng)載荷為 0 時(shí)， 調(diào)節(jié) RP1使數(shù)碼顯示屏顯示零 。 我選用 LM324 四運(yùn)放，連接組成兩級(jí)差動(dòng)放大電路，初級(jí)放大電路如圖 3 推導(dǎo)過程： I=721RVV ii ? Vo=(R8+R7+R8)I =(1+782RR )Vi， 則 Avf=1+782RR 考慮到旋鈕旋轉(zhuǎn)的角度有限，若采用單級(jí)差動(dòng)放大，在放大倍數(shù)足夠的條件下，調(diào)節(jié)旋鈕的精度就會(huì)降低，調(diào)零的時(shí)候難以數(shù)顯為零，給測(cè)量帶來不必要的麻煩，同時(shí)，為保證經(jīng)放大的信號(hào)足夠大，采用又一級(jí)放大電路，來提高整個(gè)系統(tǒng)的增益，這樣既滿足了放大倍數(shù)的要求，也使得旋鈕角度增加，調(diào)零更加容易，也可以是 R8 足夠大，第一級(jí)放大滿足倍數(shù)的要求，第二級(jí)只用來滿足調(diào)零的需要，即讓一級(jí)差動(dòng)放大調(diào)節(jié)在實(shí)驗(yàn)室溫度下，第二 級(jí)的滑動(dòng)變阻器可以適當(dāng)縮小，這樣會(huì)使調(diào)零更加準(zhǔn)確。 每一組運(yùn)算放大器可用圖 1 所示的符號(hào)來表示，它有 A1 ∞ A2 ∞ R8 R8 R7 Vo Vi Vi1 Vi2 I 圖 3 初級(jí)放大電路 7 5 個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入 端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。 顯示測(cè)量儀表以集成芯片 (比如 ICL7107芯片 )集成顯示為主 ,或者進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換后 ,簡單地用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示 ,單片機(jī)技術(shù)只是運(yùn)用于簡單的顯示作用 .由于隨著計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在電工電子等教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用 ,迫切要求教學(xué)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)符合計(jì)算機(jī)雙向控制的要求 ，我也采用 ICL7107 來構(gòu)成 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，引腳功能如圖 7 簡介 ICL710