【正文】 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。 %100??? sspC ?因此．需要采用交流電橋作為測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。 圖 稱重值轉(zhuǎn)換為字形碼 傳感器檢測(cè)電路選擇 為了能把力（重力）信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；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 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。 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。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。 (6)AGND：模擬信號(hào)地。最大轉(zhuǎn)換速率取決于 I2C 總線的最高速率。 本次我們選用 PCF8591 轉(zhuǎn)換器。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。有時(shí)也不必過分考慮晶振問題，因?yàn)榭梢远ㄖ凭д?。?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。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 。在給地址“ 1”時(shí)，它會(huì)利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，每當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 來(lái) 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。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。 。 ： （ 5V 單片機(jī)）、 （ 3V 單片機(jī)）。 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(jí)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。 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。 報(bào)警模塊的選型 當(dāng)測(cè)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。 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。 具有以下特點(diǎn)： （ 1）可滿足 3kg100kg 量程范圍內(nèi)的測(cè)量。目前市場(chǎng)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。 （ 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。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。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。 ⑤．外界的環(huán)境變化會(huì)影響傳感器的輸出特性。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。 使用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，是將應(yīng)變片牢固地粘貼在被測(cè)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。傳感器中電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變效應(yīng)，也就是說(shuō)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。 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(lái)，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。 傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) : 梁氏稱重傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，可用“四化”來(lái)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。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)。梁氏 應(yīng)變傳感器的工作原理是所測(cè)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。 60 年代初期出現(xiàn)了機(jī)電結(jié)合式電子衡器。 根據(jù)蠕變測(cè)試流程和傳感器信號(hào)，設(shè)計(jì)傳感器采集電路、電源電路、控制電路，選擇相關(guān)元器件，繪制電路圖 1 張，搭建系統(tǒng)電路。本課題是對(duì)工位梁式稱重傳感器蠕變壓力機(jī)設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定過程的自動(dòng)加載、自動(dòng)采集、記錄和控制的工作。 五 、畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)收集資料及參考文獻(xiàn)： （ 1）查閱有關(guān)應(yīng)變式傳感器制造規(guī)范和參數(shù)標(biāo)定國(guó)標(biāo)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)； （ 2）查閱傳感器設(shè)計(jì)手冊(cè)以及傳感器信號(hào)處理方面的資料； （ 3）查閱應(yīng)變式傳感器信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)方面和數(shù)據(jù)采集方面的資料； （ 4）查閱 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法和人機(jī)界面設(shè)計(jì)方面的資料。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展，測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。 課題相關(guān)研究現(xiàn)狀 隨著數(shù)字信息時(shí)代的到來(lái)，在工業(yè)過程檢測(cè)和稱重計(jì)量與控制系統(tǒng)中，數(shù)字化電子衡器和數(shù)字稱重系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，這就要求數(shù)字式智能稱重傳感器及相關(guān)技術(shù)、配套儀表盡快發(fā)展。但仍有差距；不少企業(yè)的工藝裝備和檢測(cè)儀表，尚不能滿足 OIML R60 國(guó)際建議和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的需要； 創(chuàng)新產(chǎn)品少，低水平重復(fù)產(chǎn)品多，貼牌加工多、直接出口產(chǎn)品少；企業(yè)沒有核心競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)和產(chǎn)品，市場(chǎng)影響速度太慢，無(wú)法與國(guó)際市場(chǎng)融合，產(chǎn)生上述差距的原因很多，其中最主要的是制造工藝落后，大約落后 510 年。 工藝設(shè)的虛擬技術(shù)：是指面向彈性體生產(chǎn)過程的模擬和實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)彈性體的可加工性，加工方法和工藝的合理性，保證制造工藝的最佳化。包括 CAD、 CAM 系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)，商務(wù)決策系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)等。半導(dǎo)體體材料制成的應(yīng)變片，主要有金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。 圖 金屬絲電阻應(yīng)變片基本構(gòu)造 圖 所示為電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造， 將一高電阻率的金屬絲繞成柵形，粘貼在絕緣基片上，并引出導(dǎo)線到電路中。 傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn) 傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)如下： ① .輸出量為電壓，電流，頻率，電容，電阻，電感。零漂是不承受載荷條件下的蠕變。 圖 多次加載多次卸載蠕變曲線 依據(jù)我國(guó)稱重傳感器法制計(jì)量器具控制管理的要求，對(duì)稱重傳感器蠕變的鑒定均有明確的規(guī)定： ①．衡量稱重傳感器的蠕變誤差，實(shí)際要考核蠕變誤差和蠕變恢復(fù)誤差這兩項(xiàng)指標(biāo)，兩者必須同等考核。操作者只需要將稱重傳感器的裝上工裝，放到載荷發(fā)生裝備的指定位置，并確定軟件開始運(yùn)行。自動(dòng)控制的工藝流程為：操作人員將傳感器裝夾在測(cè)力機(jī)上，打開計(jì)算機(jī)測(cè)試軟 件并自檢通過，輸入每個(gè)傳感器的編號(hào)，點(diǎn)擊測(cè)試開始，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)載三次→預(yù)載恢復(fù)（ 1min）→各測(cè)力機(jī)加載（ 1min）→卸載恢復(fù)（ 1min）→判斷數(shù)據(jù)是否合格，如果不合格重復(fù)上述動(dòng)作。根據(jù)課題的具體要求，我們這次選擇 L6N 傳感器作為研究對(duì)象。 （ 5）適用于電子計(jì)價(jià)秤、電子平臺(tái)秤等各類電子稱重設(shè)備。 主控制器模塊的選型 單片機(jī)是一種現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，相比于家用計(jì)算機(jī)它具有價(jià)格便宜、具有較強(qiáng)的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。 LM17805CT 芯片輸入端電壓約為 9V,輸出端電壓為 5V, LM7905 芯片輸入端電壓約為 9V,輸出端電壓為 5V,輸入端和輸出端的壓差絕對(duì)值都應(yīng)大于 ，否則會(huì)失去穩(wěn)壓能力。 我們主要做的是放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)和顯示，選用的 A/D 轉(zhuǎn)換器是 PCF8591，單片機(jī)為 STC90C516RD+，顯示器為 LCD12864 顯示屏。同時(shí)這個(gè)芯片具有 TQFP 、 PLCC和 PDIP 等三種封裝形式，用來(lái)適應(yīng)不同產(chǎn)品需求。 1280 字節(jié)或 512 字節(jié)或 256 字節(jié) RAM。 4 路，下降沿中斷或者由低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可以由外部中斷低電平來(lái)觸發(fā)中斷方式喚醒。在 FLASH 編程校驗(yàn)的時(shí)候， P1 口當(dāng)作低八位地址接收。當(dāng) P3 口寫入“ 1”之后，它們被內(nèi)部上拉成為高電平，并且用作輸入。 RST： 復(fù)位輸入端，高電平有效。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中央處理單元選用我們熟悉的單片機(jī)，即 STC 公司的 90C516RD+單片機(jī) 。 單片機(jī)采用 90C51 單片機(jī)可以滿足編程的要求。本系統(tǒng)測(cè)量精度要求不高，儀表放大器使用的運(yùn)算放大器可以使用 LM324或 OP07 等芯片按圖所示連接即可。 PCF8591 的 3 個(gè)地址引腳 A0,A1和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個(gè) I2C 總線上接入 8個(gè) PCF8591 器件，而無(wú)需額外的硬件。 圖 PCF8591 引腳圖 PCF8591 引腳（圖 44（ b））功能如下： （ 1） AIN0～ AIN3： 模擬信號(hào) 輸入端。 PCF8591 的特性： （ 1）單獨(dú)供電 （ 2） PCF8591 的操作電壓范圍 （ 3）低待機(jī)電流 (4)通過 I2C 總線串行輸入 /輸出 (5)PCF8591 通過 3 個(gè)硬件地址 引腳尋址 (6)PCF8591 的采樣率由 I2C 總線速率決定 (7)4 個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 （ 8）自動(dòng)增量頻道選擇 (9)PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD (10)PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 (11)8bit 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器 (12)通過 1 路模擬輸出實(shí)現(xiàn) DAC 增 PCF8591 工作時(shí)序圖如圖 所示。LCD1602 液晶顯示屏如圖 所示。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。接線圖如圖 所示。 直流電橋 直流電橋的基本形式，它是由連接成環(huán)形的四個(gè)橋臂組成的，每個(gè)橋留上是一個(gè)電阻、在電阻的兩個(gè)相對(duì)連接點(diǎn)與 — 接人激勵(lì)的直流電源，而在另兩個(gè)連接點(diǎn)與上接引出線作為電橋 的輸出端，在它的后面可以接后續(xù)的直流放大器 A 等。但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)與直流電路的區(qū)別有如下：交流電源一般為正弦曲線或者矩形線，電源頻率一般是被測(cè)信號(hào)頻率的 10 倍以上；二是交流電橋的橋臂可以是純電阻，也可以是包含有電感、電容的交流阻抗。 其中輸入級(jí) A1 與 A2 接成射極跟隨器形式，組成輸入阻抗較高的差動(dòng)輸入級(jí)， Rg 具有提高工模抑制比的作用， A3 為雙端輸入、單端輸入的輸出級(jí)，以適應(yīng)接地負(fù)載的需要，放大器的增益由 Rg 設(shè)定。因此，嚴(yán)格地講，在只獲得一個(gè)測(cè)量列的情況下是無(wú)法以額定輸出作為參比值來(lái)計(jì)算相對(duì)蠕變的。然而，由于采樣條件可自由選擇，所獲測(cè)量列中的第一個(gè)測(cè)量值仍帶有某種不定性。為了既能充分反映試驗(yàn)初始階段的測(cè)量值變化趨勢(shì)，又不至于使曲線圖的橫向尺寸過長(zhǎng)，特地將蠕變特性曲線的橫坐標(biāo) (時(shí)間軸 )按對(duì)數(shù)關(guān)系進(jìn)行不等分刻度，其計(jì)算公式如下 : Xt=X0+X0 lgt （ ） 式中： X0時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)于 1s 的坐標(biāo)值； Xt與時(shí)間 t 對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)； t時(shí)間， s、 min、 h； 以上，討論了蠕變測(cè)試程序設(shè)計(jì)過程中所涉及的幾個(gè)主要問題。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理及一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，并通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uvision4）將這些部分組合在一起。 keil 軟件開發(fā)流程 Keil 是使用工程的方式，而不是單一文件模式來(lái)管理文件的。 ⑤．軟件調(diào)試：檢查設(shè)計(jì)的程序是否完成了特定功能。目前支持的單片機(jī)類型有 8051 系列、 ARM 系列、AVR、系列、 PIC 系列以及各種外圍芯片。 其應(yīng)用領(lǐng)域如下： 1）電子電路輔助學(xué)習(xí)：很多有心學(xué)習(xí)電子電路知識(shí)的朋友，可能由于條件所限無(wú)法進(jìn)行真實(shí)的硬件電子電路測(cè)試幫助自己加深認(rèn)識(shí)。 自下而上設(shè)計(jì)是一種自下而上的遞增型的設(shè)計(jì)方法，要求工程師先搭建好低層物理平臺(tái)，生產(chǎn)零件，根據(jù)零件功能插入裝配體，逐步增加功能，軟件根據(jù)物理硬件的接口進(jìn)行編寫，最后整合為一個(gè)系統(tǒng)，在考慮系統(tǒng)的特性，本課題設(shè)計(jì)理念是根據(jù)自下而上 設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 圖 硬件原理圖 系統(tǒng)程序源代碼 本課題采用 C 程序?qū)纹瑱C(jī) C51 單片機(jī)進(jìn)行操作，在 Keil 中進(jìn)行編寫