【文章內容簡介】 式 （ ） ou =0，即電橋平衡。式（ ）稱平衡條件。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋 輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關。 若差動工作，即 RRRRRRRRRRRR ???????????? 4321 , ， 按式 （ ） ，則電橋輸出為 Ek?? 式 () 應變片式傳感器有如下特點： （ 1） 應用和測量范圍廣 ，應變片可制成各種機械量傳感器。 （ 2） 分辨力和靈敏度高，精度較高。 （ 3） 結構輕小，對試件影響小， 對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好。 （ 4）商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。 通過以上對傳感器的比較分析，最終選擇了第二種方案。本系統(tǒng)選擇的是 PM23 型稱重傳感器，量程 3Kg，完全滿足本系統(tǒng)的精度要求。 PM23 型稱重傳感器主要技術參數(shù)如下表 21 所示： 表 21 PM23 技術參數(shù) CERTIFICATE OF CALIBRATION Model PM23 Rated Load 3 Kg Nonlinearity %. Hysteresis %. Repeatability %. 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 8 續(xù) 表 21 Greep(30min) %. Zero Balance 177。 %. Zero Temperature Drift %./10℃ Rated Output Temperature Drift %./10℃ Input Resistance 410177。30Ω Output Resistance 350177。2Ω Insulation Resistance ≥5000MΩ Supply Voltage 615V(DC) Compensated Temperature Range 10℃ to 40℃ Operating Temperature Range 20℃ to 60℃ Safe Overload 150% Protection Class IP65 Color Code Input: Red(+) Black() Output: Green(+) White() 放大器的選型 稱重傳感器輸出的信號一般電平較低，經(jīng)由電橋等電路變換后的信號亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進行 A/D 轉換。為此，測量電路中常設有模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運算放大器的基本元件構成具有各種特性的放大器來完成。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內阻高，還常伴有較高的共模電 壓。因此，一般對放大器有如下一些要求： （ 1） 輸入阻抗應遠大于信號源內阻。否則，放大器的負載效應會使所測電壓造成偏差。 （ 2） 抗共模電壓干擾能力強。 （ 3） 在預定的頻帶寬度內有穩(wěn)定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 綜上分析，該設計在放大電路選用了 LM358，該放大器件內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感 放大器、直流增益 模組 ， 音頻放大器、工業(yè)控制、 DC 增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。器件資料如 圖 2 2 26 所示。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 9 圖 24 DIP 塑封引腳圖引腳功能 圖 25 圓形金屬殼封裝管腳圖 圖 26 內部電路原理圖 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 10 特性： （ 1） 內部頻率補償。 （ 2） 直流電壓增益高 (約 100dB) 。 （ 3） 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 。 （ 4） 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)；雙電源 (177。 一177。 15V) 。 （ 5） 低功耗電流，適合于電池供電。 （ 6） 低輸入偏流。 （ 7） 低輸入失調電壓和失調電流。 （ 8） 共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 （ 9） 差模輸入電壓 范圍寬，等于電源電壓范圍。 （ 10） 輸出電壓擺幅大（ 0 至 ) 。 參數(shù)： （ 1） 輸入偏置電流 45 nA （ 2） 輸入失調電流 50 nA （ 3） 輸入失調電壓 （ 4） 輸入共模電壓最大值 VCC~ V （ 5） 共模抑制比 80dB （ 6）電源抑制比 100dB A/D 轉換器選型 A/D 轉換部分是整個設計的關鍵，這一部分處理不好，會使得整個設計毫無意義。目前，世界上有多種類型的 ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型 ADC，也有近年來新發(fā)展起來的流水線型 ADC，多種類型的 ADC 各 有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體應用要求 [6]。 在選擇 A/D 轉換器的時候應該遵循以下原則： （ 1） A/D 轉換器的位數(shù)： A/D 轉換器決定分辨率的高低。在系統(tǒng)中， A/D 轉換器的分辨率應比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。 （ 2） A/D 轉換器的轉換速率：不同類型的 A/D 轉換器的轉換速率大不相同。積分型的轉換速率低，轉換時間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構成低速 A/D 轉換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。逐次逼近型屬于中速 A/D 轉換器，轉換時間為納秒級，用于個通道過程控制和聲頻數(shù)字轉換系統(tǒng)。 （ 3） A/D 轉換器的有關量程引腳：有的 A/D 轉換器提供兩個輸入引腳，不同量程范圍內的模擬量可從不同引腳輸入。 （ 4） A/D 轉換器的晶閘管現(xiàn)象：其現(xiàn)象是在正常使用時， A/D 轉換器芯片電流驟增，時間一長就會燒壞芯片 [7]。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 11 在 AD 轉換模塊選用了 ADC0832 ，該器件 是 美國國家半導體公司 生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目 前已經(jīng)有很高的普及率。學習并使用 ADC0832 可使我們了解 A/D 轉換器 的原理，有助于我們 使用 單片機 的 技術水平提高。 引腳圖如圖 27 所示 。 圖 27 ADC0832 ADC0832 的 特點 ： （ 1） 8 位分辨率； （ 2） 雙通道 A/D 轉換； （ 3） 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； （ 4） 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； （ 5） 工作頻率為 250KHZ，轉換時 間為 32μS； （ 6） 一般功耗僅為 15mW； （ 7） 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； （ 8） 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C； 其 芯片接口說明 為 ： （ 1） CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 （ 2） CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 （ 3） CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 （ 4） GND 芯片參考 0 電位（地）。 （ 5） DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 （ 6） DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉換數(shù)據(jù)輸出。 （ 7） CLK 芯片時鐘輸入。 （ 8） Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉換時間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功 能的選擇。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 12 單片機的選型 在選用單片機型號時，系統(tǒng)設計者只能在市場上能夠提供的單片機中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的應用系統(tǒng)，所選的單片機型號必須有穩(wěn)定、充足的貨源；應根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機的性能，選擇最容易實現(xiàn)系統(tǒng)技術指標的型號，而且能達到較高的性能價格比。單片機性能包括片內硬件資源、運行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。影響性能價格比的因素除單片機的性能價格外，還包括硬件和軟件設計的容易程度、相應的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價格比；在研制任務重、時間緊的情況下，還要 考慮所選的單片機型號是否熟悉，是否能馬上著手進行系統(tǒng)的設計。與研制周期有關的另一個重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進程 [8]。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 單片機特點能與 MCS51 兼容，有 4K 字節(jié)可編程閃爍存 儲器，壽命能夠達到1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時間長達 10 年，全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz，三級程序存儲器鎖定， 128 8 位內部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個 16 位定時器 /計數(shù)器， 5 個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路 [9]。 AT89S52 單片機是 AT89S 系列中的增強型高檔機產(chǎn)品，它片內存儲器容量是 AT89C51的一倍，即片內 8KB 的 Flash 程序存儲器和 256B 的 RAM。 AT89S52 是一種兼容 MCS51微控制器，工作電壓 到 ，全靜態(tài)時鐘 0 Hz 到 33 MHz，三級程序加密， 32 個可編程 I/O 口， 2/3 個 16 位定時 /計數(shù)器， 6/8 個中斷源，全雙工串行通訊口，低功耗支持 Idle和 Powerdown 模式， Power down 模式支持中斷喚醒 ， 看門狗定時器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復位標志。在工程應用中 AT89S52 有一顯著的優(yōu)勢：不需要燒寫器，只借助 PC 機的并口輸出和極為簡單的下載電路，便可將程序通過串行方式寫入單片機。并且下載電路可設計在系統(tǒng)中，可以隨時修改單片機的軟件而不對硬件做任何改動 [10]。 由此，通過對目前主流型號的比較，我們最終選擇了 AT89S52 通用的普通單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)設計。 人機交互部分 鍵盤輸入 鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。鍵盤是由若干個按鍵開關組成，鍵的多少根據(jù)單片機應用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關觸點，當鍵按下時，觸點閉合，當鍵松開時，觸點斷開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 13 輸出顯示 采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼能顯示時鐘，以及被測物體的重量等信息 。 此方案顯示直 觀，而且編程簡單 。 如圖 28 所示。 圖 28 LED 數(shù)碼管 語音播報 ISD1420為美國 ISD 公司出品的優(yōu)質單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器 、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。電路外形圖及引出端功能說明如下圖 29和表 22所示： 圖 29 ISD1420 表 22 引出端功能說明 該語音芯片的 特點 有 ： （ 1） 使用方便的單片錄放系統(tǒng) ， 外部元件最少 ； （ 2） 重現(xiàn)優(yōu)質原聲，沒有常見的背景噪音 ； 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論文 ) 14 （ 3） 放音可由邊沿或電平觸發(fā) ； （ 4） 無耗電信息存儲 ， 省掉備用電池 ； （ 5） 信息可保存 100 年 ， 可反復錄放 10 萬次 ； （ 6） 無需專用編程或開發(fā)系統(tǒng) ； （ 7） 較強的分段選址能力可處理多達 160 段信息 ； （ 8） 具有自動節(jié)電模式 ； （ 9） 錄或放后立即進入維持狀態(tài) ， 僅需 ； （ 10） 單一 5 伏電源供電 。 電