【導(dǎo)讀】感器在出廠前必須對每臺傳感器進(jìn)行蠕變誤差標(biāo)定。本課題是對工位梁式稱重傳感器蠕變壓。力機設(shè)計一套控制系統(tǒng)，實現(xiàn)標(biāo)定過程的自動加載、自動采集、記錄和控制的工作。統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，操作方便，人機界面友好。完成開題報告和英文資料翻譯。擇相關(guān)元器件，繪制電路圖1張，搭建系統(tǒng)電路。明書1份，格式和字?jǐn)?shù)滿足學(xué)校要求。查閱有關(guān)應(yīng)變式傳感器制造規(guī)范和參數(shù)標(biāo)定國標(biāo)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)；計算機數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)存儲方法和人機界面設(shè)計方面的資料。辯資料，完成答辯工作.

　　

【正文】 一定時間的負(fù)荷之后，測量傳感器的無負(fù)荷輸出隨時間發(fā)生的穩(wěn)態(tài)變化。 蠕變與蠕變恢復(fù)通常是在施加額定載荷或去掉額定載荷之后，在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行測量，并用額定輸出的百分?jǐn)?shù)表示。如圖 所示的傳感器蠕變 (或稱相對蠕變 )CP 可按下式算 : （ ） 式中 δ s傳感器輸出在規(guī)定觀測時間內(nèi)的最大變化量； S? — 傳感器在額定負(fù)荷△ L 作用的額定輸出； 圖 傳感器蠕變圖線 顯而易見，額定輸出△ S 依賴于采樣條件，一般只能通過計算多次測量結(jié)果的平均值來確定其數(shù)值。因此，嚴(yán)格地講，在只獲得一個測量列的情況下是無法以額定輸出作為參比值來計算相對蠕變的。然而，眾所周知，一次完整的蠕變試驗過程至少要經(jīng)歷 1 小時甚至更長。所以，無論是傳感器的研制者還是使用者都希望能夠找到一種比較合理的近似算法，以便通過一組完整的測量數(shù)據(jù)即可評價被測試傳感器的蠕變特性。 首先，自然會想到能否用 t2 時刻的初讀數(shù)來近似代替額定輸出 DS。我們所介紹的測試程序?qū)Τ踝x數(shù)的采樣做了三種方式的規(guī)定，讓操作人員來選擇 : 內(nèi)，前后兩次讀 數(shù)之差不超過某設(shè)定數(shù)值的時候立即采樣 。 s 后立即采樣 。Return 鍵后立即采樣。其中，前兩種方式完全由計算機自動判斷和采樣，測量結(jié)果的重復(fù)性顯然要優(yōu)于人工測量。然而，由于采樣條件可自由選擇，所獲測量列中的第一個測量值仍帶有某種不定性。因此，以初讀數(shù)來近似代替額定輸出是不一定可取的。 大量的試驗結(jié)果表明，蠕變現(xiàn)象在試驗初始階段比較明顯，當(dāng)觀測時間足夠長 (比如，t 30min)時，傳感器輸出值將趨于穩(wěn)定。因此，選擇測量列的最后一個測量值作為計算蠕變的參比值是比較適宜的。基于這種考 慮，本文所介紹的測試程序采用如下公式來計算蠕變CP(t)和蠕變恢復(fù) Cr( t): Cp(t) = )()()(??? tA tAtA加載加載加載 （ ） Cr(t) = )()()()(????? tAtA tAtA加載卸載卸載卸載 （ ） 式中 ： A 加載（ t） 蠕變實驗（加載過程） A 卸載（ t） 蠕變恢復(fù)實驗（卸載過程）中隨時間變化的測量值 t觀測時間 （在實際應(yīng)用公式（ 2）、（ 3）時， A 加載（ ?t ）與 A 卸載 ?t 分別取為蠕變試驗或蠕變） 恢復(fù)試驗所得測量列中的最后一個測量值。對于人工測量，若能使采樣時間間隔壓縮到5s 已相當(dāng)困難。測試程序可以充分發(fā)揮計算機自動采樣優(yōu)勢，按從小漸大的規(guī)律將采樣時間間隔依次規(guī)定為 :、 ls、 2s、 4s 等。每次采樣的時間 ti 與下次采樣的時間 ti+1 之間的關(guān)系符合下述公式 : ti+1=+2 ti （ ） 如上所述，在蠕變試驗過程的初始階段，傳感器輸出值的變化明顯，然后逐漸趨于穩(wěn)定。為了既能充分反映試驗初始階段的測量值變化趨勢，又不至于使曲線圖的橫向尺寸過長，特地將蠕變特性曲線的橫坐標(biāo) (時間軸 )按對數(shù)關(guān)系進(jìn)行不等分刻度，其計算公式如下 : Xt=X0+X0 lgt （ ） 式中： X0時間軸上對應(yīng)于 1s 的坐標(biāo)值； Xt與時間 t 對應(yīng)的橫坐標(biāo)； t時間， s、 min、 h； 以上，討論了蠕變測試程序設(shè)計過程中所涉及的幾個主要問題。 第六章 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計與仿真 由于一些外部條件所限，我們無法真實購買到硬件設(shè)備，進(jìn)行真實的硬件電子電路設(shè)計。遇到這個問題該怎么辦呢？無疑仿真軟件是解決電子電路設(shè)計這個問題的最好方法。其中Proteus 和 keil 兩個仿真軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計。 Proteus 軟件具有強大仿真功能和解決外圍電路與單片機混合仿真的問題，但卻沒有 C51 仿真功能。 Proteus 與 keil C 的聯(lián)合使用則可使這兩個仿真軟件優(yōu)勢互補，組建單片機應(yīng)用系統(tǒng)在 C51 條件下的整機虛擬實驗環(huán)境。該虛擬實驗環(huán)境包括一硬件執(zhí)行環(huán)境和一個軟件執(zhí)行環(huán)境，其中 proteus 提供硬件仿真與運行環(huán)境， keil 提供軟件執(zhí)行環(huán)境。 keil 的使用 Keil C51 編譯器的簡介 圖 keil 軟件界面 Keil 是德國 keil Software 公司出品的單片機集成開發(fā)軟件，是目前國內(nèi)最為流行的單片機軟件開發(fā)工具，該軟件支持 51 單片機的所有變種（目前有 400 多種型號）。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理及一個功能強大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，并通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uvision4）將這些部分組合在一起。 Keil 單片機集成開發(fā)軟件可以運行在 Windows98/NT/20xx 及 XP 等操作系統(tǒng)下。 Keil 軟件雖然本身不是很大，只有幾十兆字節(jié)，但是要完全掌握其所有功能，短短一章是不可能的，針對組成結(jié)構(gòu)作個簡單介紹。 uvision4 的軟件界面包括 4 大組成部分，即 菜單工具欄、工程管理窗口、文件窗口和輸出窗口。以下對其功能簡單介紹： ①．菜單工具欄：菜單為標(biāo)準(zhǔn)的 Window 風(fēng)格， uvision4 中共有 11 個下拉菜單。 ②．工程管理窗口 :工程用于管理工程文件目錄，它由 5 個子窗口組成，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。 ③．文件窗口：文件窗口用于顯示打開的程序文件，多個文件可以通過窗口下方的文件標(biāo)簽進(jìn)行切換。 ④．輸出窗口：輸出窗口用于輸出編譯過程中的信息，由三個子窗口組成，可以通過子窗口下方的標(biāo)簽進(jìn)行切換，他們分別是編譯窗口、命令窗口和搜尋窗口。 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管理文件的。所有的文件，包括源程序、頭文件及說明性的文檔等，都可以放在工程項目文件中統(tǒng)一管理。概括地說， Keil 環(huán)境下的軟件開發(fā)主要步驟如下所 述。 ①．新建工程：主要包括工程項目文件的新建、目標(biāo)器件的選著等。 ②．新建文件：在該工程下新建程序代碼編寫文件，并且在該文件中輸入源程序。當(dāng)工程比較大時候，可能會在一個工程下新建多個文件。 ③．項目文件的設(shè)置：主要包括對目標(biāo)的設(shè)置、輸出選項的設(shè)置、仿真類型的設(shè)置等。 ④．軟件編譯與鏈接：檢測源程序的語法錯誤，生成單片機可執(zhí)行的 .hex 文件。 ⑤．軟件調(diào)試：檢查設(shè)計的程序是否完成了特定功能。 Proteus仿真軟件 Proteus簡介 Proteus 打開界面如圖所示。 Protues 是英國 Labcenter electronics 公司開發(fā)的 EDA工具軟件。 Labcenter electronics 公司與相關(guān)的第三方軟件公司共同開發(fā)了 SPICE 電路仿真、處理器模型、動態(tài)元器件庫（基本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、 MOS 管、555 定時器等）、虛擬儀器、處理器軟件仿真器、第三方編譯器和調(diào)試器等組件，從而生產(chǎn)了這款 EDA 仿真軟件 [63]。第一次使得在物理原型構(gòu)建出來之前，在計算機上完成從原理圖的設(shè)計、電路測試仿真、處理器代碼調(diào)試聯(lián)系電路實時仿真設(shè)計、功能驗證、出板成品為可能。 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。工程師們總結(jié)其特點如下 : 1） 提供了強大的原理圖繪制功能和 PCB 制版功能。 2） 支持一些主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有 8051 系列、 ARM 系列、AVR、系列、 PIC 系列以及各種外圍芯片。 3） 實現(xiàn)了單片機仿真和 SPIE 電路仿真的相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、信號產(chǎn)生器、邏輯分析儀等。 4）具有軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè) 置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前的狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也具備這些支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil 等軟件。 本課題主要使用 Proteus 軟件的 ISIS 對稱重傳感器標(biāo)定機電系統(tǒng) AD 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集以及單片機 STC90C516RD 進(jìn)行原理圖設(shè)計，并在原理圖上對單片機 C 語言程序進(jìn)行調(diào)試與仿真。 圖 Proteus 軟件界面 Proteus的應(yīng)用領(lǐng)域 由于具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、微處理器及其外圍電路組成系統(tǒng)仿真、各種虛擬儀器測試及圖表分析功能、 PCB 布板等眾多強大的功能，因此，可以很方便地使用其完成模擬電路測試、數(shù)字電路測試、微處理器系統(tǒng)調(diào)試而不必拘束于實驗器材及環(huán)境，并且可以通過仿真形成產(chǎn)品。使用 Proteus 形成“實驗方案設(shè)計原理圖輸入 PCB 布板最終產(chǎn)品”的電子電路設(shè)計過程，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。 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)電子電路知識的朋友，可能由于條件所限無法進(jìn)行真實的硬件電子電路測試幫助自己加深認(rèn)識。 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。 2）電子電路競賽；參加電子設(shè)計比賽的朋友，由于時間緊、任務(wù)重，一次失敗意味著與獎項無緣。 Proteus 可以幫助選手最大可能降低失敗率。 3）電子電路的開發(fā)：從事電子電路開發(fā)的工程師及從事電子電路研究人員，許多時候需要通過實驗了解電路的特性， proteus 克服實驗條件多變，通過設(shè)置可以構(gòu)建滿足要求的穩(wěn)定實驗室，完成理論到實驗的到 工程的鏈接。 Proteus設(shè)計流程 我們的軟件在 proteus 進(jìn)行設(shè)計的流程是按照“設(shè)計仿真調(diào)試完成”。設(shè)計的思路分為自頂向下設(shè)計和自下而上設(shè)計。其中自頂向下設(shè)計是將復(fù)雜的大問題分解為相對簡單的小問題，優(yōu)先考慮系統(tǒng)的功能，然后具體到低層應(yīng)該負(fù)責(zé)的工作，找出每個問題的所在。 自下而上設(shè)計是一種自下而上的遞增型的設(shè)計方法，要求工程師先搭建好低層物理平臺，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，最后整合為一個系統(tǒng)，在考慮系統(tǒng)的特性，本課題設(shè)計理念是根據(jù)自下而上 設(shè)計進(jìn)行設(shè)計的。 Proteu的基本操作 使用 Proteus 進(jìn)行設(shè)計仿真的基本操作流程如下： ①．新建設(shè)計文件 ②．選取元器件 ③．放置元器件、電源和地 ④．電路布線 ⑤．設(shè)置元器件屬性 ⑥．電氣檢查 ⑦．仿真 繪制 硬件電路圖 綜合前面各個模塊的介紹，綜合繪制硬件的原理圖。 具體的步驟： ①．啟動 Proteus ISIS，新建一個項目。 ②．從工具箱內(nèi)選取元件模式按鈕，使得元件的模式激活。 ③．單擊對象選著器中的元件選擇按鈕，彈出元件選擇對話框如圖 411 所示。 圖 原件選擇對話框 ④．在 keywords 中輸入想要選擇的元器件的型號，并選取元件。 ⑤將相對應(yīng)的元器件 STC90C516RD、 PCF8591 等放到 ISIS 的設(shè)計界面內(nèi) ⑥．然后在根據(jù)相對應(yīng)的器件所要實現(xiàn)的功能添加一些對應(yīng)的電路，例如單片機需要的振蕩器，復(fù)位電路，以及總線需要一個上拉電阻等前面各個軟件使用時候所需要的一些必備條件，設(shè)計出向?qū)?yīng)的電路。最終繪制出的硬件原理圖如所示。 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 C51 單片機進(jìn)行操作，在 Keil 中進(jìn)行編寫。其中程序的源代碼入附錄一 . 仿真與調(diào)試 將上面的 C 代碼在 Keil uvision4 進(jìn)行編譯并生成 .HEX 文件，然后將生成的 HEX 文件與 proteus 原理圖中單片機 STC90C516RD 進(jìn)行綁定操作，如圖 所示。 圖 導(dǎo)入 .HEX 文件 導(dǎo)入 .HEX 文件后，在 keil 軟件中進(jìn)入調(diào)試界面，即可在 Proteus 看到運行結(jié)果聯(lián)合調(diào)試，可以使用 keil 的單步執(zhí)行、設(shè)置斷點等調(diào)試功能。其操作如下圖 、 所示。 圖 keil 軟件中調(diào)試 圖 Proteus 運行調(diào)試 總結(jié)與展望 總結(jié) 本篇論文主要是針對四工位梁氏稱重傳感器蠕變加載機控制系統(tǒng)的設(shè)計 致謝： 經(jīng)過幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于實踐經(jīng)驗的匱乏，有許多考慮不周全的地方。多虧了黃教授的督促和精心的指導(dǎo)，才順利完成這次畢業(yè)設(shè)計。 首先要非常感謝我的指導(dǎo)老師黃崇莉教授，黃教授平日里工作繁