【正文】 各個(gè)模塊的介紹，綜合繪制硬件的原理圖。 Proteus設(shè)計(jì)流程 我們的軟件在 proteus 進(jìn)行設(shè)計(jì)的流程是按照“設(shè)計(jì)仿真調(diào)試完成”。 Proteus 的出現(xiàn)可以幫助你解決由于缺乏元件和儀器而產(chǎn)生的尷尬。 本課題主要使用 Proteus 軟件的 ISIS 對稱重傳感器標(biāo)定機(jī)電系統(tǒng) AD 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集以及單片機(jī) STC90C516RD 進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，并在原理圖上對單片機(jī) C 語言程序進(jìn)行調(diào)試與仿真。 3） 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPIE 電路仿真的相結(jié)合。 Proteus 軟件從 1989 年問世至今，經(jīng)過 20 多年的使用、發(fā)展和完善。 Proteus仿真軟件 Proteus簡介 Proteus 打開界面如圖所示。當(dāng)工程比較大時(shí)候，可能會(huì)在一個(gè)工程下新建多個(gè)文件。所有的文件，包括源程序、頭文件及說明性的文檔等，都可以放在工程項(xiàng)目文件中統(tǒng)一管理。 ②．工程管理窗口 :工程用于管理工程文件目錄，它由 5 個(gè)子窗口組成，可以通過子窗口下方的標(biāo)簽進(jìn)行切換，他們分別是 文件窗口、寄存器窗口、幫組窗口、函數(shù)窗口及模板窗口。 Keil 單片機(jī)集成開發(fā)軟件可以運(yùn)行在 Windows98/NT/20xx 及 XP 等操作系統(tǒng)下。 Proteus 與 keil C 的聯(lián)合使用則可使這兩個(gè)仿真軟件優(yōu)勢互補(bǔ)，組建單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在 C51 條件下的整機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。 第六章 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與仿真 由于一些外部條件所限，我們無法真實(shí)購買到硬件設(shè)備，進(jìn)行真實(shí)的硬件電子電路設(shè)計(jì)。對于人工測量，若能使采樣時(shí)間間隔壓縮到5s 已相當(dāng)困難。因此，以初讀數(shù)來近似代替額定輸出是不一定可取的。 s 后立即采樣 。然而，眾所周知，一次完整的蠕變試驗(yàn)過程至少要經(jīng)歷 1 小時(shí)甚至更長。卸載過程又稱為蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，其試驗(yàn)操作過程與加載過程類似，只不過是在快速去掉已保持了一定時(shí)間的負(fù)荷之后，測量傳感器的無負(fù)荷輸出隨時(shí)間發(fā)生的穩(wěn)態(tài)變化。 ? ?1235210 1 iiguuRRR RRu ????????? ?? ? （ ） 由計(jì)算得KRR 5215 ???Ω 10031 ??RRΩ ,可知總放大倍數(shù)為 110 倍，完全滿足放大要求。 由前面選擇的傳感器的有關(guān)參數(shù)可知此傳感器的靈敏度為 ? ,最大激勵(lì)電源為 18 v，推薦激勵(lì)為 512 v（ DC），故假若系統(tǒng)所給定的激勵(lì)為 5V，則輸出的電壓可知為 ,這個(gè)輸出電 壓十分小，此時(shí)就需要一個(gè)放大電路將其放大，假設(shè)數(shù)據(jù)采集卡的輸入電路額定電壓為 5V，故作者設(shè)計(jì)了一個(gè)集成放大器去滿足本設(shè)計(jì)所需要的電路要求。 交流電橋的平衡條件和電壓公式與直流電橋在形式上類似，其推導(dǎo)過程也與直流電橋基本相同，只是直流電橋中的純電阻參數(shù)需要由交流阻抗替代，即以復(fù)阻抗 Zl、 Z Z3 代替Rl、 R2， R3 和只以復(fù)數(shù) zJ 代替在此就元需重復(fù)推導(dǎo)和闡述了。 %100??? sspC ?因此．需要采用交流電橋作為測量轉(zhuǎn)換電路。兩個(gè)對角線將相對的兩個(gè)頂點(diǎn)連接起來，就好僳在它們之間架起了一座“橋”。 圖 稱重值轉(zhuǎn)換為字形碼 傳感器檢測電路選擇 為了能把力（重力）信號轉(zhuǎn)換成電信號來測量，其方法主要分為 2 類：一類是直接法，即利用壓磁式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器直接將力信號轉(zhuǎn)換成電信號；另一類是間接法，即以彈性元件作為敏感器，將拉、壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變、位移或頻率，在用應(yīng)變傳感器、位移傳感器或頻率傳感器把應(yīng)變、位移或頻率轉(zhuǎn)變成電量。 圖 蜂鳴器接線圖 第五章 軟件設(shè)計(jì)及檢測程序設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) 主程序一開始會(huì)完成初始化，之后調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換器完成對稱重信號采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)濾液與顯示轉(zhuǎn)換后，將結(jié)果送往顯示器，如果當(dāng)前稱重值超過設(shè)定值，蜂鳴器啟動(dòng)并報(bào)警，流程圖如圖 所示。 圖 LCD 讀取數(shù)據(jù)時(shí)序圖 圖 LCD 寫數(shù)據(jù)時(shí)序圖 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)采用的是蜂鳴器和一個(gè)三極管組成。 LCD1602 顯示屏的特性： （ 1) 或 5V 工作電壓，對比度可調(diào)； (2)內(nèi)含復(fù)位電路； (3）提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能； （ 4）有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM； （ 5）內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； （ 6)8 個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM； (7） 微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 圖 LCD1602 實(shí)物圖 管腳說明 LCD1602 仿真模擬圖如圖 所示。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和 行間距 的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。 D/A 轉(zhuǎn)換器是 PCF8591 關(guān)鍵單元，除了作為 D/A 轉(zhuǎn)換使用之外，還會(huì)用到 A/D 轉(zhuǎn)換中。 (6)AGND：模擬信號地。 （ 2） A0～ A2：引腳地址端。最大轉(zhuǎn)換速率取決于 I2C 總線的最高速率。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 本次我們選用 PCF8591 轉(zhuǎn)換器。 圖 稱重檢測放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換器 單片機(jī)不能識別模擬量，必須將模擬量轉(zhuǎn)換為能識別的標(biāo)準(zhǔn)量。運(yùn)算放大器 A A2 和 A3 組成儀表放大器，差動(dòng)輸出，單端輸出。 P0 口和 P2 口用于數(shù)碼管的顯示。有時(shí)也不必過分考慮晶振問題，因?yàn)榭梢远ㄖ凭д瘛? 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。當(dāng) 直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳可浮空，此時(shí) XTAL2 實(shí)際將 XTAL1 輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出。當(dāng) 振蕩器 復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè) 機(jī)器周期 的高電平時(shí)間。只有在讀端口時(shí)才把外部的數(shù)據(jù)讀入到 內(nèi)部總線 中 。當(dāng)作為輸入時(shí)，因?yàn)橥獠肯吕瓰榈碗娖剑?P3 口將會(huì)輸出電流（ ILL）這是因?yàn)樯侠脑颉Ｔ诮o地址“ 1”時(shí)，它會(huì)利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，每當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 來 進(jìn)行讀寫的時(shí)候， P2 口會(huì)輸出其 特殊功能寄存器 當(dāng) 中的內(nèi)容。 P2 口： P2 口是一個(gè)內(nèi)部上拉電阻 8 位雙向 輸入輸出 口， P2 口緩沖器可以接收，輸出 4TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，它的管腳被內(nèi)部上拉的電阻拉高，并且作為輸入。在 FIASH 編程的時(shí)候， P0 口會(huì)作為原碼的輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)的時(shí)候， P0 會(huì)輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須要被拉高。 （ UART），還可以用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART。 。 I/O 口（ 35/39 個(gè)）復(fù)位為： P1/P2/P3/P4 為準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 的傳統(tǒng) I/O 口）； P0 口為開漏輸出，作為總線擴(kuò)展的時(shí)候用，不加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)得加上拉電阻。 ： （ 5V 單片機(jī)）、 （ 3V 單片機(jī)）。 STC90C516RD+單片機(jī)是 40 個(gè)引腳雙列直插芯片，有四個(gè) I/O 口， P0、 P P2 和 P3。 STC90C516RD+有以下特點(diǎn) :40 個(gè)引腳，61kBytes Flash 片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器， 128Bytes 隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級以及 2 層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16 位可以編程的定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 第四章 蠕變加載機(jī)的硬件設(shè)計(jì) STC90C516RD+單片機(jī)簡介 STC90C516RD+系列單片機(jī)是 STC 推出的新一代單片機(jī)，具有超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，指令和代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以隨意選擇。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 其系統(tǒng)控制框圖如圖 所示。但是考慮到功耗得問題，這個(gè)壓差又不能過大，過大則會(huì)增加 7805 與 7905 的功率消耗，提升芯片的升溫，并不安全。 報(bào)警模塊的選型 當(dāng)測量值超過設(shè)定值時(shí)，就需要報(bào)警提醒，這里我們只需要普通的提示就可以。它擁有基于復(fù)雜指令集 (CISC)的單片機(jī)內(nèi)核，雖然其速度不快， 12 個(gè)振蕩周 期才執(zhí)行一個(gè)單周期指令，但其端口結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴(kuò)展性能非常強(qiáng)大。 隨著集成電路飛速發(fā)展， A/D 轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)有了很多大的變化。 放大 模塊的選型 被測的非電量經(jīng)傳感器得到的電信號幅度很小，無法進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，必須對這些模擬電信號進(jìn)行放大處理。 具有以下特點(diǎn)： （ 1）可滿足 3kg100kg 量程范圍內(nèi)的測量。其實(shí)物圖如圖 所示。目前市場上壓力傳感器種類很多，各種傳感器的規(guī)格和技術(shù)性能也不一樣。如果合格，記錄數(shù)據(jù)并打印。 （ 4） 載荷發(fā)生設(shè)備：給稱重傳感器施加與量程相同的載荷。由單片機(jī)對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對稱重傳感器的蠕變和瞬時(shí)回零數(shù)據(jù)暗按照設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)判斷是否合格。其中需要標(biāo)定的兩個(gè)參數(shù)是 C1 和 W0，分別稱為校準(zhǔn)和去皮。 ②．稱重傳感器的蠕變誤差可以為正，也可以為負(fù)，即綜合測評時(shí)，不論是正蠕變，還是負(fù)蠕變，只以蠕變的變化量來評價(jià)，與變化的正負(fù)無關(guān)。從圖中我們可以清晰的看到，傳感器加載曲線是由加載段 L0 與蠕變段 L1 共同組成。 蠕變分為兩種，正蠕變和負(fù)蠕變。 ⑤．外界的環(huán)境變化會(huì)影響傳感器的輸出特性。即兩種：數(shù)字量和模擬量。在設(shè)計(jì)稱重傳感器時(shí)，一般考慮使重量與縱向應(yīng)變量呈常數(shù)關(guān)系。 設(shè)該均勻的金屬絲長度為 L，橫截面為 S，電阻率為ρ，則未受外力作用的情況下，它的電阻值為 R，且 LR S?? () 每當(dāng)這個(gè)金屬絲受到力 F 作用的時(shí)候，因金屬絲長度 L、截面積 S 以及電阻率都會(huì)隨金屬絲的形變發(fā)生變化，因此引起 R 變化。 使用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，是將應(yīng)變片牢固地粘貼在被測量的彈性體上面，當(dāng)彈性體受到應(yīng)力應(yīng)變，應(yīng)變片的敏感柵隨之相應(yīng)變形，從而引起應(yīng)變片的電阻變化。 本文僅分析金屬電阻應(yīng)變片。傳感器中電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變效應(yīng)，也就是說在外力作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。 第二章 梁式傳感器的蠕變特性和標(biāo)定 傳感器的工作原理 刪除 圓形的金屬膜片是應(yīng)變式壓力傳感器的敏感元件，在有力作用到其上面時(shí)候，就會(huì)發(fā)生應(yīng)變，應(yīng)變有徑向應(yīng)變與切向應(yīng)變這兩種。 生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化：是指在生產(chǎn)工藝全過程中，通過通訊線路和設(shè)備把各生產(chǎn)工序具有獨(dú)立操作和控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下，實(shí)現(xiàn)信息的收集存儲(chǔ)和處理。技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬化的核心是有限單元計(jì)算和計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真。 傳感器的發(fā)展趨勢 稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢 : 梁氏稱重傳感器的發(fā)展趨勢，可用“四化”來概括，制造 技術(shù)柔性化，生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化，企業(yè)管理信息化。進(jìn)人 21 世紀(jì)以來， 我國稱重傳感器已開始批量的進(jìn)入國際市場，參與國際競爭。應(yīng)變式稱重傳感器本身的技術(shù)課題，主要是深入研究共性的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)。我國許多稱重傳感器企業(yè)已具備開發(fā)整體型和分離型智能稱重傳感器的技術(shù)基礎(chǔ)，只要增加一些投入和加強(qiáng)研究試驗(yàn)，完全可研制出符合要求的數(shù)字式智能稱重傳感器。梁氏 應(yīng)變傳感器的工作原理是所測量的物體受重力壓力后變形所產(chǎn)生的應(yīng)變，再將機(jī)械物體構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化，其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高。 60 年代初期出現(xiàn)了機(jī)電結(jié)合式電子衡器。 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)