【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 換 得 到 177。5V 供 壓 力 傳 感 器 器 和 系 統(tǒng) 的 其 他 芯 片 使 用 。 數(shù)據(jù)采集模塊方案選型數(shù)據(jù)采集模塊分為 3 個(gè)部分：稱重傳感器、前級(jí)放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。（一）稱重傳感器首先這里傳感器選用金鐘電子衡器股份有限公司生產(chǎn)的 LPSII10 型壓力傳感器，為雙孔懸臂梁形式，是電子計(jì)價(jià)秤的專用產(chǎn)品。這里說(shuō)下傳感器的選型方法，可具體參考以下步驟：(f)，轉(zhuǎn)換系數(shù)(f)是表明每一個(gè)檢定分度值(V)中有多少個(gè)示值單位，是用于把全部示值單位轉(zhuǎn)換為“V”的，它是由初始公稱試驗(yàn)溫度20℃時(shí)，進(jìn)程負(fù)荷試臉下試臉效據(jù)平均值確定的。，所謂“參比值”即是 “理論示值”或“理想示值“。，以確定選型是否成功。（二）前級(jí)放大器其次前級(jí)放大器的設(shè)計(jì)有以下幾種方案可以采用：方案一、利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器。普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲。由于 A/D 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二、由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放 ( 如 OP07) 做成一個(gè)差動(dòng)放大器。 實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引入較大噪聲。對(duì)精度會(huì)有較大影響。方案三、采用專用儀表放大器，如： INA126，INA121 等。此類芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單，且放大器的增益是可以改變的?；谝陨戏治?，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器 INA126（三）A/D 轉(zhuǎn)換器8然后按設(shè)計(jì)要求：電子稱最大稱重為 5 公斤，重量誤差不能大于 1%0。我們的理解是滿刻度時(shí)，只能有177。5g 的誤差，精度要求較高。同樣也有以下幾種方案采用方案一：采用 V/F 變換芯片 LM331該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)計(jì)數(shù)獲得重物的重量，此方案，可不用 A/D，但需要比較復(fù)雜的小信號(hào)放大、調(diào)理電路，并且 LM331 外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對(duì)嚴(yán)格，故未采用。方案二：選用 12 位逐次比較式 ADC，此方案經(jīng)小信號(hào)放大、調(diào)理電路，可直接連接單片機(jī)，也可以可滿足精度要求，故采用此方案。 主控制器模塊方案選型根據(jù)本設(shè)計(jì)與主控制系統(tǒng)的功能要求，以及性價(jià)比的最大化這里選用 51 單片機(jī)。而 且 以 單 片 機(jī) 為 主 控 制 器 的 設(shè) 計(jì) ， 可 以 容 易 地 將 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 和 測(cè) 量 控制 技 術(shù) 結(jié) 合 在 一 起 ， 組 成 新 型 的 只 需 要 改 變 軟 件 程 序 就 可 以 更 新 換 代 的 “智能 化 測(cè) 量 控 制 系 統(tǒng) ”。 數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型本設(shè)計(jì)只需要顯示出所稱實(shí)物的實(shí)際重量，由于 LED 耗電省、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，再加上驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，容易利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制和編程等特點(diǎn)選用 LED 顯示。 報(bào)警模塊方案選型報(bào)警電路只在實(shí)物超出人為設(shè)定的值時(shí)，才被單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。在這就是對(duì)使用者有個(gè)提醒作用，人為使用普通的聲光報(bào)警就可以。我們選用蜂鳴器與發(fā)光二極管來(lái)設(shè)計(jì)報(bào)警電路。本 章 小 結(jié)本章主要是闡述系統(tǒng)的總框圖及其各大模塊的方案設(shè)計(jì)，并且為各方案的選型做了一一的講解。9第 3 章 稱 重 儀 的 各單元電路硬件設(shè)計(jì) 10　 AT89S51 單 片 機(jī) 的 簡(jiǎn) 介AT89S51 是一種低功耗，高性能的片內(nèi)含有 4KB 快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位COMS 微控制器，使用高密度，非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與 80C51 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線編程或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)存儲(chǔ)器重復(fù)編程。AT89S51（以下簡(jiǎn)稱 89S51）將具有多種功能的 8 位 CPU與 FPEROM 結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又便宜的方案，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于 8751。由于片內(nèi)帶 EPROM 的 87S51 價(jià)格偏高，而片內(nèi)帶 FPEROM 的 89S51 價(jià)格低且與 80C51 兼容，這就顯示出了 89S51 的優(yōu)越性。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89S 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中央處理單元選用我們熟悉的單片機(jī)，即最后電路的核心采用最常用、好用和廉價(jià)的 ATEMAL 公司的 AT89S51。設(shè)計(jì)者必須仔細(xì)選擇晶振頻率，確保標(biāo)準(zhǔn)的通訊波特率（1200、 4800、 9600、 等）。不妨先列出可供選擇的晶振所能產(chǎn)生的波特率，然后根據(jù)需要的波特率和系統(tǒng)要求選擇晶振。有時(shí)也不必過(guò)分考慮晶振問(wèn)題，因?yàn)榭梢远ㄖ凭д?。?dāng)晶振頻率超過(guò) 20M 時(shí)，必須確?？偩€上的其它器件能夠在這種頻率下工作。當(dāng)工作頻率增加時(shí)，功耗也會(huì)增加，這點(diǎn)在使用電池作為電源的系統(tǒng)中應(yīng)充分考慮。單片機(jī)采用 89S51 單片機(jī)，它有 4K 的程序存儲(chǔ)空間和 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，可以滿足編程的要求。P0 口和 P2 口用于 LED 數(shù)碼管的顯示。用 12Mhz 的晶振，時(shí)鐘周期為 1 us。采用按鍵復(fù)位。其最小系統(tǒng)的外圍電路圖如圖 31 所示：11圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)　 電 源 電 路 設(shè) 計(jì)本時(shí)鐘電源采用整流濾波電路和三端穩(wěn)壓電路 LM7805 和LM7905。LM7805CT 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。同時(shí)考慮到功耗問(wèn)題 ,此壓差又不易太大,太大則增加 7805 與 7905 本身的功率消耗,增加芯片的升溫,不利于安全。根據(jù)變壓器副邊電壓與經(jīng)過(guò)濾波后輸出電壓關(guān)系可知,副邊電壓約為177。9V,據(jù)此確定變壓器原副邊匝數(shù)比這樣即可得到系統(tǒng)所需要的177。5V 電源，電源設(shè)計(jì)圖如圖 32 所示。12圖32 電源設(shè)計(jì)圖 稱重傳感器的基 本 工 作 原 理傳 感 器 實(shí) 際 上 是 一 種 將 質(zhì) 量 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 變 為 可 測(cè) 量 的 電 信 號(hào) 輸 出 的 裝 置 。 用傳 感 器 首 先 要 考 慮 傳 感 器 所 處 的 實(shí) 際 工 作 環(huán) 境 ， 這 點(diǎn) 對(duì) 正 確 使 用 傳 感 器 至 關(guān)重 要 ， 它 關(guān) 系 到 傳 感 器 能 否 正 常 工 作 以 及 它 的 安 全 和 使 用 壽 命 ， 乃 至 整 個(gè) 衡器 的 可 靠 性 和 安 全 性 。 因 此 傳 感 器 外 圍 電 路 的 抗 干 擾 能 力 是 數(shù) 據(jù) 采 集 部 分 電路 設(shè) 計(jì) 的 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) 。稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由式（31）給出： （31）電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相 0 應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。由此可見(jiàn)，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述。（一）電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。我們來(lái)介紹一下它的意義。設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長(zhǎng)度為 L，橫截面是半徑為 r 的圓形，其面積記作S，其電阻率記作 ρ，這種材料的泊松系數(shù)是 μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為 R：R = ρL/S（Ω） （3—2）當(dāng)他的兩端受 F 力作用時(shí)，將會(huì)伸長(zhǎng)，也就是說(shuō)產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少 Δr。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，13此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會(huì)有所改變，記作 Δρ。對(duì)式（32）求全微分，即求出電阻絲伸長(zhǎng)后，他的電阻值改變了多少。我們有：ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （3—3）用式（32）去除式（33）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （3—4）另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積 S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以ΔS/S = 2Δr/r （3—5）從材料力學(xué)我們知道Δr/r = μΔL/L （3—6）其中，負(fù)號(hào)表示伸長(zhǎng)時(shí)，半徑方向是縮小的。μ 是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（3—5）式（3—6）代入式（34） ，有ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L） ）*ΔL/L= K *ΔL/L （3—7）其中K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （3—8）式 37 說(shuō)明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對(duì)變化）和電阻絲伸長(zhǎng)率（長(zhǎng)度相對(duì)變化）之間的關(guān)系。需要說(shuō)明的是：靈敏度系數(shù) K 值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān)，不同的材料的 K 值一般在— 之間；其次 K 值是一個(gè)無(wú)因次量，即它沒(méi)有量綱。在材料力學(xué)中 ΔL/L 稱作為應(yīng)變，記作 ε，用它來(lái)表示彈性往往顯得太大，很不方便。常常把它的百萬(wàn)分之一作為單位，記作 με