【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。但其可移植性差。本設(shè)計(jì)采用匯編方式編程。 程序測(cè)試工具 本設(shè)計(jì)是以 KELL 測(cè)試軟件作為軟件的測(cè)試工具的。源程序在軟件 KELL 窗口內(nèi)編譯運(yùn)行。軟件界面如圖 5 所示 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 7 頁(yè) 共 32 頁(yè) 圖 5 程序測(cè)試界面環(huán)境 4 硬件設(shè)計(jì) 直流電源的設(shè)計(jì) 直流電源的組成 本 設(shè)計(jì) 的直流電源 需要由 220V 的交流電轉(zhuǎn)換而來(lái)，所以需要把 220V 交流電變壓到 合適的大小。該直流電源 主要由以下四大 模塊 組成：電源變壓器模塊、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電源框圖如 圖 6 所示 。 電 源 變 壓器整 流 電 路 穩(wěn) 壓 電 路濾 波 電 路 圖 6 直流穩(wěn)壓電源框圖 直流電源各 模塊的設(shè)計(jì) （ 1）電源變壓器 它的任務(wù) 就 是把電源電壓 220V 交流電變壓到合適的大小。如果 u2（變壓器次級(jí)電壓）的值太大，會(huì)造成集成三端穩(wěn)壓器的功耗太大，溫度升高，容易把管子燒壞，且浪費(fèi)電能。反之，如果 u2的值 小到一定的程度，三端穩(wěn)壓器就不能正常工作，失去穩(wěn)壓作用。因此 u2的值應(yīng)大小合適，這個(gè)值應(yīng)該使三端穩(wěn)壓器在交流電網(wǎng)電壓最低和輸出電流最大時(shí)能正常工作。而且在正常穩(wěn)壓的前提下，它的壓降應(yīng)盡可能小，以減少功耗。 查閱集成三端穩(wěn)壓器的資料可知，對(duì)輸出電壓在 5v~12v 之間的穩(wěn)壓器，其輸入端的電壓一般要比輸出端電壓高 5v。而輸出電壓在 15v~24v 的穩(wěn)壓器，其兩端電壓差達(dá)到7v~9v 左右。在此，如果輸出端的電壓為 5V，那么可以求得 u2為 10v。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 8 頁(yè) 共 32 頁(yè) （ 2）整流電路 它的任務(wù)是將正弦波電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。這里一般采用橋式整 流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即可用四個(gè)二極管來(lái)組成，也可用整流橋來(lái)完成，只要參數(shù)選擇合理。這里為了簡(jiǎn)化電路，選擇整流橋作為整流電路。 1）反向耐壓 根據(jù)橋式整流電路的性能可知，每個(gè)整流二級(jí)管在交流電網(wǎng)最高時(shí)承受的最大反向峰值電壓為： ? ? VVUU RM % m a x2 ????? 為了安全，整流管的反向耐壓應(yīng)比上述值高 50%以上，因此選擇整流管時(shí)，其耐壓應(yīng)按下式考慮： ?? VVU RM 23% ???? 2）正向電流 橋式整流電路中，每個(gè)整流二極管的正向電流平均值是輸出電流的一半，其最大值為： ? ? AI oD A VI m a xm a x ?? 由于整流管在接通電源瞬間流（即充電電流）通過(guò)，因此，整流管的參數(shù) （正向電流平均值）應(yīng)比上述值大（ ~有相當(dāng)大的沖擊電 2）倍。若按 比上述值大 倍考慮，則： ? ? ?? AAII D A VF m a x ???? 不過(guò)市場(chǎng)上有各種規(guī)格的整流橋堆出售，它有兩個(gè)交流輸入端和兩個(gè)直流輸出端。由于它體積小，使用方便，已成為常用整流元件。根據(jù)上面的計(jì)算，在本電源的整流電路中可選用 1A/25V 的整流橋堆。 （ 3）濾波電路 它的任務(wù)是將整流后的波形通過(guò) RC 濾波以后轉(zhuǎn)換成更平坦的直流電壓，減小脈動(dòng)，提高輸出直流電壓的質(zhì)量。這時(shí)整流管中通過(guò)的電流的最大瞬時(shí)值的要比平均值大得多，特別在接通電源瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流 （即充電電流）通過(guò)整流管，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)中我特別的重視。從電容濾波出發(fā)， C1 的容量應(yīng)足夠大，但 C1 的容量也不能太大，否則整流元件的瞬時(shí)電流太大，而且容量越大，電容器的體積越大，價(jià)格越貴， 根據(jù)RLC（ 3～ 5） T/2， 取 C1=3300uF。 （ 4）穩(wěn)壓電路 要求輸出恒定的直流電壓，且要達(dá)到提出的要求。在本電路中采用的穩(wěn)壓元件是集成三端穩(wěn)壓器。根據(jù)上述的計(jì)算來(lái)看，這里可以選擇輸出電壓為 5V和 12V 的穩(wěn)壓元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子產(chǎn)品中常見到的 三端 穩(wěn)壓 集成電路有正電壓輸出 78 系列和負(fù)電壓輸出的 79系列。 顧名思義 ，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子 像 是普通的三極管， TO 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013 樣子的 TO92 封裝。 用 78/79系列三端穩(wěn)壓 IC來(lái)組成 穩(wěn)壓電源 所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 9 頁(yè) 共 32 頁(yè) 過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)即可靠 又方便 ，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC 型號(hào)中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V， 7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。有時(shí)在數(shù)字 78 或 79 后面還有一個(gè) M 或L，如 78M12 或 79L24，用來(lái)區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中 78L 調(diào)系列的最大輸出電流為 100mA， 78M 系列最大輸 出電流為 1A， 78 系列最大輸出電流為 。它的封裝也有多種。塑料封裝的穩(wěn)壓電路具有安裝容易、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此用得比較多。79 系列除了輸出電壓為負(fù)。引出腳排列不同以外，命名方法、外形等均與 78 系列的相同。 因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用，可以用來(lái)改裝分立元件的穩(wěn)壓電源，也經(jīng)常用作電子設(shè)備的工作電源。器件管腳圖和電路圖如圖 7 所示。 圖 7 三端穩(wěn)壓器（ 7 79 系列）管腳序號(hào)判斷技巧 三端集成穩(wěn)壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯(cuò)，不然容易燒壞。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為 2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)使電壓差保持在 45V，即經(jīng) 變壓器變壓，二極管整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些 。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出 以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來(lái)，使其最大輸出電流為 N 個(gè) ，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 在 78 ** 、 79 ** 系 列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是 TO220 和 TO92 兩種封裝。這兩種封裝的圖形以及引腳序號(hào)、 引腳功能如圖 7 所示 。圖中的引腳號(hào)標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到底的順序標(biāo)注的。這樣標(biāo)注便于記憶。引腳 ① 為最高電位， ③ 腳為最低電位， ② 腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負(fù)壓， ② 腳均為輸出端。對(duì)于 78**正壓系列，輸入是最高電位，自然是 ① 腳，地端為最低電位，即 ③ 腳，如附圖所示。對(duì)與 79**負(fù)壓系列，輸入為最低電位，自然是 ③ 腳，而地端為最高電位，即 ① 腳，如附圖所示。此外，還應(yīng)注意，散熱片總是和最低電位的第 ③ 腳相連。這樣在 78**系列中，散熱片和地相連接，而在 79**系列中，散熱片卻和輸入端相連接。 直流電源的電路 本設(shè)計(jì)需要 177。12V、 +5V 的電源。應(yīng)該選擇 7805 和 7812 及 7912 來(lái)實(shí)現(xiàn)此電路。 +5V常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 10 頁(yè) 共 32 頁(yè) 和 +12V 的 電源 輸出電路 圖 如圖 8 所示。 12V 的電源輸出 電路結(jié)構(gòu)和其一樣， 如圖 9 所示 。 T1 和 T2 為同一變壓器，輸出為兩個(gè)繞組。 圖 8 +5V 和 +12V 直流電源 輸出電路 圖 9 12V 直流電源輸出電路 信號(hào)采樣與放大電路的設(shè)計(jì) 壓力傳感器采集的模擬信號(hào)只有幾十個(gè)毫伏，而 A/D 轉(zhuǎn)換器所能處理的 電壓是 0～5V，所以必須在 A/D 轉(zhuǎn)換器和信號(hào)采樣電路之間加入一個(gè) 放大電路以實(shí)現(xiàn)電壓的放大，放大倍數(shù)為 100～ 200 倍，使輸出電壓為 0～ 5V。 壓力 傳感器的選擇 壓力傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占電子秤整機(jī)誤差的 50%~70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們?cè)O(shè)計(jì)電子秤時(shí)，正確地選用稱重傳感器非常重要。 （ 1） 常用 壓力 傳感器 壓力傳感器的種 類很多，根據(jù)工作原理來(lái)分常用的有以下幾種： 電阻應(yīng)變式、電容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器：是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式 組成電橋的一種將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件。 電容式稱重傳感器：是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為電容器容量變化的一種傳感器，它是 以各種不同類型的電容量作為轉(zhuǎn)換元件，實(shí)際是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器由于它存在輸出特性的非線性、寄生電容和分布電容對(duì)靈敏度和稱重精度的影響、傳感器聯(lián)接電路比較復(fù)雜等原因，直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應(yīng) 用。近些常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 11 頁(yè) 共 32 頁(yè) 年來(lái)由于集成電路特別是微處理技術(shù)的發(fā)展，可將電子線路緊靠傳感器的極板以減小電纜分布電容 的影響，并可利用微處理技術(shù)對(duì)電容式傳感器的溫度特性和非線性進(jìn)行 償，所以電容式傳感器在電子稱重技術(shù)中的應(yīng)用又得到了重視，在國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了可與電阻應(yīng)變式傳感器電子秤準(zhǔn)確度相比的電容式臺(tái)秤和電容式吊秤等產(chǎn)品。 壓磁式稱重傳感器：也稱磁彈性傳感器，它是一種力電轉(zhuǎn)換的無(wú)源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化變換成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號(hào)。壓磁傳感器具有輸出信號(hào)大、抗干擾性能好、過(guò)載能力強(qiáng)、不均勻載荷 對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響小、能在惡劣的環(huán)境中工作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于加工等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低、反應(yīng)速度慢。它常用于冶金、礦山、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門的承受大噸位，并要求牢固可靠、安全報(bào)警等測(cè)力或稱重場(chǎng)合。 諧振式稱重傳感器：也稱頻率式傳感器，它是利用機(jī)械振子的固有頻率或石英晶體 的諧振特性，隨著被稱物體重量的變化而產(chǎn)生頻率變化現(xiàn)象而形成的一種傳感器。諧振式傳感器可分為振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶體諧振式等多種類型。在稱重技術(shù)中主要采用的是振弦式稱重傳感器和振梁式稱重傳感器類的一種復(fù)合音叉振子傳感器。 （ 2） 電阻 應(yīng)變式稱重傳感器 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組 成電橋的一種將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件：利用它將被測(cè)的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是電阻應(yīng)變計(jì)：它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電阻應(yīng)變片所感受的機(jī)械應(yīng)變量一般為 10 6 ~10 2 ，隨之而產(chǎn)生的電阻變化率也大約在 10 6 ~10 2 數(shù)量級(jí)之間。這樣小的電阻變化用一般測(cè)量電阻的儀表很難測(cè)出，必須采用一定形式的測(cè)量電路將微小的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來(lái)。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中通過(guò)橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖如圖 10所示 。 敏 感 元 件 應(yīng) 變 片 測(cè) 量 電 橋輸 出電 阻 變 化 Δ R應(yīng) 變 ε載 荷 P 圖 10 電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖 當(dāng)傳感器不受載荷時(shí)，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時(shí)，即彈性敏感元件受載荷 P 時(shí) 應(yīng)變片就會(huì)發(fā)生變形，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。如圖 11 所示 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 12 頁(yè) 共 32 頁(yè) 圖 11 橋式測(cè)量電路 R R R R4為 4個(gè)應(yīng)變片電阻，組成了橋式測(cè)量電路， Rm為溫度補(bǔ)償電阻， e為激勵(lì)電壓， V為輸出電壓。若不考慮 Rm，在應(yīng)變片電阻變化以前，電橋的輸出電壓為： ? ?eV RR RRR R 43 321 1 ?? ?? 由于橋臂的起始電阻全等，即 R1 = R2 = R3 = R4 = R，所以 V=0 。當(dāng)應(yīng)變片的電阻R R R R4變成 R+△ R R+△ R R+△ R R+△ R4時(shí)，電橋的輸出電壓變?yōu)椋? ? ?eV RRRR RRRRRR RR 43 421 1 ????? ??????? ?? ?? 通過(guò)化簡(jiǎn)，上式則變?yōu)椋? ? ?RRRRRRRReV 43214 ???? ???? 也就是說(shuō)，電橋輸出電壓的變化與各臂電阻變化率的代數(shù)和成正比。如果四個(gè)橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同，則上式又可寫成 ： ? ?43214 ???? ???? eKV 式中 K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)， ε為應(yīng)變量。 上式表明，電橋的輸出電壓和四個(gè)轎臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中， 4個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的 4個(gè)敏感部位， 傳感