【正文】 傳感器的結構、蠕變參數標定程序和蠕變測試加載機的相關情況，完成開題報告和英文資料翻譯。 陜西理工學院本科畢業(yè)設計任務書 院 (系 ) 機械工程學院 專業(yè)班級 機械設計 學生姓名 一、畢業(yè)設計題目 四工位梁式稱重傳感器蠕變加載機控制系統(tǒng)設計 二、畢業(yè)設計工作自 20xx 年 11 月 9 日 起至 20xx 年 5 月 18 日止 三、畢業(yè)設計進行地點 : 四、畢業(yè)設計應完成內容及相關要求： 梁式應變稱重傳感器存在蠕變誤差，蠕變誤差影響傳感器的應用，為此梁式應變傳感器在出廠前必須對每臺傳感器進行蠕變誤差標定。 研究蠕變測試工藝流程，傳感器信號特點，完成控制系統(tǒng)總體方案和整體布局。 編寫設計說明書 1 份，格式和字數滿足學校要求。各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經濟效益的提高和衡器產品技術水平的高低密不可分?，F(xiàn)如今制造電子衡器的技術及其應用得到了更快更好更迅速的發(fā)展。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內外貿易不可缺少的計量設備，衡器產品技術水平的高低將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經濟效益的提高。電子稱質量的高低由傳感器的精度直接決定。特性上是準確度、穩(wěn)定性和可靠性的問題，生產上是制造技術與制造 工藝的問題。 我國稱重傳感器生產企業(yè)與工業(yè)發(fā)達國家處于市場引導地位的企業(yè)相比，主要差距是：產品結構類型偏 少，品種規(guī)格不全，特種用途產品奇缺；準確度等級較低， C3 級成功率不高；穩(wěn)定性和可靠性較差，返修率高，工作壽命較低；產品標準化、工程化水平和企業(yè)產業(yè)化程度較低，產品技術指標的均一性差；外觀質量雖有提高。為此就必須有國際水平的制造技術與制造工藝，先進的工藝裝備和檢測手段，特別要有適應國際市場變化，及時滿足國際市場需求的現(xiàn)代管理技術和方法。結構設計的擬實技術，是指面向彈性體的結構和性能分析技術，包括動態(tài)仿真、動力學分析、強度和剛度的有限單元法計算、敏感區(qū)應變大小與分布等，以達到優(yōu)化設計的目的。 制造技術柔性化：是指在多品種、大批量生產的彈性體加工中，納入先進的制造技術，柔性制造單元（ FMC)、柔性制造系統(tǒng)（ FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)。 企業(yè)管 理信息化：是指按計算機處理的要求，依據結構化系統(tǒng)分析和設計方法，建立企業(yè)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)管理全面現(xiàn)代化。應變式壓力傳感器就是在兩個最大正值和兩個最大負值處分別貼上四個應變片，組成全橋電路來測量壓力。半導體應變片有橫向效應小和靈敏度高等優(yōu)點。其基本機構如圖 31 所示，它由敏感柵、基底、鈣片（覆蓋層）、引線和黏結劑組成。而我們研究所采用的就是將物體的重力通過應變轉化成電壓信號，在利用測量電路和儀器把物體的質量顯示出來。 因此可得 ??? )1( ERdR ??? () 令 EG ?? ???1 ，則有 ?GRdR? () 可見，金屬絲的電阻值變化量與縱向應變量呈比例關系。對于金屬材料， 1E? 的值很小，可以忽略， G 的值一般在 之間，而對于半導體材料， 1E? 占主導作用， G 可高達 100 以上，但它受溫度的影響也隨之增大，因此電阻應變片設計時一般采用金屬材料，其壓力靈敏度系數選在 之間。 ③．輸出信號與噪聲混在一起（傳感器內部噪音） 傳感器信噪比小、輸出信號弱。在不承受載荷的條件下，傳感器隨時間變化的特性稱為零漂。我們這次主要研究傳感器的正蠕變，傳感器的負蠕變和正蠕變相似。 圖 傳感器蠕變特性曲線 在 實際應用中，我們比較常見的是多次加載、多次卸載情況，如圖 所示。尋找測量通道的映射關系是非常麻煩的，因此應變式稱重傳感器中一般采用標定的方法得到系數。 梁式稱重傳感器蠕變加載機 修改 蠕變加載機的工作原理 通過軟件驅動載荷發(fā)生設備和數字模塊按規(guī)定的方法、時間，對稱重傳感器進行加載、卸載和數據采集過程。 （ 2） 單片機和控制硬件：執(zhí)行軟件發(fā)出的命令采集模塊數據，驅動加載設備。蠕變測試流程：測試零漂→預加載三次→預載恢復→加載→測試時間（記錄數據）→判斷測試數據是否合格，如果不合格，重復上述測試流程，如果重新測試仍不合格，則該傳感器就認定蠕變特性不合格，屬于不合格產品。 圖 蠕變加載機仿真圖 第三章 蠕變加載機的總體設計方案 傳感器的選擇 傳感器現(xiàn)已廣泛地應用在眾多領域中。其中應用最廣泛的是電阻式壓力傳感器，電阻式壓力傳感器具有低價格和高的精度的優(yōu)點。輸出對稱性好，結構緊湊，安裝方便，高精度、穩(wěn)定性好。 （ 4）整體結構，安裝使用方便。當共模電壓的很大時，儀表放大器可以放大很微弱的差分電壓信號，同時還具有很低的輸入阻抗。結合課題的需要和現(xiàn)有條件，我們這里選擇 PCF8591 A/D 轉換器。結合上面所述與現(xiàn)有條件，我們選擇 STC90C516RD+單片機。 電源電路設計 該設計中的電源采用整流濾波電躋和三端穩(wěn)壓電路 LM17805 和 LM7905。 9 V,根據這個來確定變壓器原副邊匝數比，這樣就可以得到系統(tǒng)所需的177。通過螺栓連接，把傳感器固定在夾具體上，依次放下砝碼，在放下砝碼的同時，傳感器的應變片會產生不同的形變，每個應變片引出一個引腳，通過一個電橋測量電路，把電阻應變片的應變量轉換成電信號，通過一個放大電路，把電信號變成一個標準信號，轉換器把放大器傳來的標準信號進行轉換后，通過單片機處理，把數據通過顯示器顯示出來。在要求不高的情況下，可在復位腳外接電阻電容復位。在空閑模式下， CPU 會暫停工作，但是 RAM 定時計數器、串行口以及外部中斷系統(tǒng)可以繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器并會保存 RAM 數據，還有停止芯片其它的功能直至外中斷激活或者硬件復位。每一條 I/O 線都能獨立地作輸出或輸入。 ： 4K/8K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K 字節(jié)?？梢酝ㄟ^串 口（ RxD/,TxD/）直接去下載用戶程序，幾秒就可以完成一片。 16 位定時器 /計數器，其中定時器 0 還可以當成 2 個 8位定時器使用。當P1 口管腳第一次寫入 1 時，就會定義其為 高阻 輸入。 P1 口管腳寫入 1 之后，被內部上拉成高，可以用來輸入， P1 口被外部下拉為低電平的時候，輸出電流，是由于內部上拉緣故。這是因為內部上拉緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向輸入輸出口，可接收輸出 4TTL 門電流。 I/O 口作為輸入口的時候會有兩種工作方 式，就是讀端口與讀引腳。除了 P1 口以外 P0、 P P3 口都還有其他功能。當直接使用外部時鐘源時，此引腳是外部時鐘源的輸入端。 GND：電源負極，接地。 設計者必須仔細選擇晶振頻率，確保標準的通訊波特率 (1200 、 4800、 9600, 等 )。當工作頻率增加時，功耗也會增加，這點在使用電池作為電源的系統(tǒng)中應充分考慮。采用按鍵復位。電路對信號進一步放大。能夠完成這一任務的器件稱之為模數轉換器，簡稱 A/D 轉換器。 PCF8591 具有 4 個模擬輸入、 1 個模擬輸出和 1 個串行 I2C 總線接口。 圖 PCF8591 實物圖 在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址，允、控制和數據信號都是通過雙線雙向 I2C 總線以串行方式傳輸。 圖 PCF8591 內部系統(tǒng)框圖 其引腳圖如圖 所示。 （ 4） OSC：外部時鐘輸入端，內部時鐘輸出端。 (8)VREF：基準電源端。 圖 PCF8591 工作時序圖 圖 D/A轉換器數據操作格式 顯示電路的設計 本次試驗采用的是 LCD1602 液晶顯示屏。目前市面上字符液晶絕大多數是基于 HD44780 液晶芯片的， 控制原理 是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時選擇數據 寄存器 、低電平 0 時選擇指令 寄存器 。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 圖 LCD 內部指令 LCD 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)。當壓力在正常范圍內時，單片機輸出信號為低電平，蜂鳴器不工作。 圖 A/D 轉換子程序流程圖 稱重值轉換 首先將稱重值轉換為十進制數，然后再轉換為字型碼放在數組 LEDBUF[3]到 LEDBUF[6]中。根據激勵電源的區(qū)別，有直流與交流兩種電橋。將引起良流電橋的輸出電壓發(fā)生變化，所以，可以由此測量被測的物理量。其結構形式與直流電橋基本相同。由此見，交流電橋的平衡要比直流電橋的平衡復雜。故作者設計了一個具有 550 倍的儀器放大器去實現(xiàn)這一形式的轉化。其試驗過程如圖 所示。如圖 所示的傳感器蠕變 (或稱相對蠕變 )CP 可按下式算 : （ ） 式中 δ s傳感器輸出在規(guī)定觀測時間內的最大變化量； S? — 傳感器在額定負荷△ L 作用的額定輸出； 圖 傳感器蠕變圖線 顯而易見，額定輸出△ S 依賴于采樣條件，一般只能通過計算多次測量結果的平均值來確定其數值。 首先，自然會想到能否用 t2 時刻的初讀數來近似代替額定輸出 DS。其中，前兩種方式完全由計算機自動判斷和采樣，測量結果的重復性顯然要優(yōu)于人工測量。因此，選擇測量列的最后一個測量值作為計算蠕變的參比值是比較適宜的。每次采樣的時間 ti 與下次采樣的時間 ti+1 之間的關系符合下述公式 : ti+1=+2 ti （ ） 如上所述，在蠕變試驗過程的初始階段，傳感器輸出值的變化明顯，然后逐漸趨于穩(wěn)定。其中Proteus 和 keil 兩個仿真軟件進行電子電路設計。 keil 的使用 Keil C51 編譯器的簡介 圖 keil 軟件界面 Keil 是德國 keil Software 公司出品的單片機集成開發(fā)軟件，是目前國內最為流行的單片機軟件開發(fā)工具，該軟件支持 51 單片機的所有變種（目前有 400 多種型號）。 uvision4 的軟件界面包括 4 大組成部分，即 菜單工具欄、工程管理窗口、文件窗口和輸出窗口。 ④．輸出窗口：輸出窗口用于輸出編譯過程中的信息，由三個子窗口組成，可以通過子窗口下方的標簽進行切換，他們分別是編譯窗口、命令窗口和搜尋窗口。 ①．新建工程：主要包括工程項目文件的新建、目標器件的選著等。 ④．軟件編譯與鏈接：檢測源程序的語法錯誤，生成單片機可執(zhí)行的 .hex 文件。 Labcenter electronics 公司與相關的第三方軟件公司共同開發(fā)了 SPICE 電路仿真、處理器模型、動態(tài)元器件庫（基本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、 MOS 管、555 定時器等）、虛擬儀器、處理器軟件仿真器、第三方編譯器和調試器等組件，從而生產了這款 EDA 仿真軟件 [63]。 2） 支持一些主流單片機系統(tǒng)的仿真。 4）具有軟件調試功能。使用 Proteus 形成“實驗方案設計原理圖輸入 PCB 布板最終產品”的電子電路設計過程，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。 Proteus 可以幫助選手最大可能降低失敗率。其中自頂向下設計是將復雜的大問題分解為相對簡單的小問題，優(yōu)先考慮系統(tǒng)的功能，然后具體到低層應該負責的工作，找出每個問題的所在。 ②．從工具箱內選取元件模式按鈕，使得元件的模式激活。最終繪制出的硬件原理圖如所示。其操作如下圖 、 所示。 首先要非常感謝我的指導老師黃崇莉教授，黃教授平日里工作繁忙，但。作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于實踐經驗的匱乏，有許多考慮不周全的地方。其中程序的源代碼入附錄一 . 仿真與調試 將上面的 C 代碼在 Keil uvision4 進行編譯并生成 .HEX 文件，然后將生成的 HEX 文件與 proteus 原理圖中單片機 STC90C516RD 進行綁定操作，如圖 所示。 圖 原件選擇對話框 ④．在 keywords 中輸入想要選擇的元器件的型號，并選取元件。 Proteu的基本操作 使用 Proteus 進行設計仿真的基本操作流程如下： ①．新建設計文件 ②．選取元器件 ③．放置元器件、電源和地 ④．電路布線 ⑤．設置元器件屬性 ⑥．電氣檢查 ⑦．仿真 繪制 硬件電路圖 綜合前面