【正文】 磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。 (3)測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置 即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉換、電流源或電壓源、調節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和 指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅動顯示等環(huán)節(jié)。首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉換成電壓信號。放大后的模擬電壓信號經(jīng) A/D 轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。 電子秤的計量性能 電子秤的計量性能涉及的主要技術指標有：量程、分度值、分度數(shù)、準確度等級等。 （ 2）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。 （ 3）分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實現(xiàn)計量的彈簧秤 ,居民用戶使用的基本是桿秤。 微控制器技術、傳感器技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，電子產(chǎn)品的更新速度達到了日新月異的地步。 另外由于實際應用當中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此我們還設計了過載提示和聲光報警功能。單片 機經(jīng)過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量，然后再顯示出來。分度值 。電源 DC 5V。 2. 系統(tǒng)方案論證與選型 按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由 6個部分組成：控制器部分、測量部分、報警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、和電路電源部分， 系統(tǒng)設計總體 方案框圖 下 圖所示。控制器部分接受來自 A/D 轉換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)字信號轉換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中。數(shù)據(jù)顯示部分 根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、測量結果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求 最后我們最終選擇了 AT89S52 這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。 數(shù)據(jù)采集部分 電子秤的 數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路和 A/D 轉換電路，因此對于這部分的論證主要分三方面 傳感器的選擇 在設計中 ,傳感器是一個十分重要的元件 ,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要 ,不僅要注意其量程和參數(shù) ,還有考慮到與其相配置的各種電路的設計的難以程度和設計性價比等等 . 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、 可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。其公式如下： C＝ K0K 1K 2K 3(W max＋ W)/N （ ） C— 單個傳感器的額定量程； W— 秤體自重 ； Wmax— 被稱物體凈重的最大值； N— 秤體所采用支撐點的數(shù)量 ； K0— 保險系數(shù)，一般取值在 ～ 之間； K1— 沖擊系數(shù)； K2— 秤體的重心偏移系數(shù)； K3— 風壓系數(shù)。傳感器的淮南師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 7 量程應根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。 重量誤差應控制在 177。由于 惠斯登電橋具諸如 抑制 溫度變化的影響，抑制干擾，補償方便等 優(yōu)點，所以該傳感器測量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛用于各種結構的動、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。 非線性 Nonlinearity %. 177。 蠕變恢復 creep recovery 零點輸出 Zero balance %. 177。 額定輸出溫度系數(shù) Rated output temperature coefficient 輸入電阻 Input resistance Ω 415～ 445 輸出電阻 Output resistance Ω 349～ 355 絕緣電阻 Insulation resistance MΩ ≥ 5000 供橋電壓 Supply voltage V 12（ DC/AC） 溫 度 補 償 范 圍 Temperature pensation range ℃ 10～ +50 允許溫度范圍 Safe temperature range ℃ 20～ +60 允許過負荷 Safe overload %. 120 極限過負荷 Ultimate overload %. 200 四角誤差 Four corner error %. 連接電纜 Connect cable mm Φ 300 接線方式 Method of connecting wire 輸入 Input（ +） : Red 輸入 Input（ ） :White 輸出 Output（ +） :Green 輸出 Output（ ） :Blue 屏蔽 Shield : Yellow 其 測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。由于內部線路采用惠更斯電橋，當彈 性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出 ： 淮南師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 9 E i nR4 R4R3 R3R2 R2R1 R1)42( 42E ??????? ??????? △△△△RR RRout （ 22） 放大電路選擇 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉換后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。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。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。否則，放大器的負載效應會使所測電壓造成偏差。 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。 能附加一些適應特定要求的電路。 我們考慮了以下幾種方案： 方案一 利用普通低溫漂運算放大器構成多級放大器。由于 A/D 轉換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。 方案二 由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器。 優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器 R6可以調節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。 缺點：此電路要求 R R4 相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。 方案三 采用專用儀表放大器，如： AD620， INA126 等。 以 AD620 為例，內部結構如圖 （ 2） 所示： 淮南師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 11 RgVVi ininG ????)21)(( RgRVV inin ??? ??))(21(12 ?? ?????? ininO VVRgRUV)( ?? ?? inin OV VV UA)21( RgR???圖 （ 2） AD620的內部等效圖 接口如圖 5所示： 圖 5 AD620 的接口圖 電路的工作原理： A A2 工作在負反饋狀態(tài)，其反向輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相等。因此 （ ） 設圖（ ）中電阻 R1=R2=R，則 A A2 兩輸出端的電壓差 U12 為 )( 2112 RgRRiU G ??? （ ） 將式（ ）代入式（ ）得 放大器的增益 Av 為 （ ） 可見，僅需調整一個電阻 Rg，就能方便的調整放大器的增益。 在接口圖（ ）中，通過改變可變電阻 R3的阻值大小來改變放大器的增益，放大器增益計算公式如下： 13KG R ??? （ ） AD620 具有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點。 AD620 在外接電阻 Rg 時，可實現(xiàn)基于電子稱的電子稱的設計 12 12 1~1000 范圍內的任意增益；工作電源范圍為177。 18V；最大電源電流為 ；最大輸入失調電壓為 125? V；頻帶寬度為 120kHz（在 G=100 時）。 顯示電路部分的選擇 數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。的組成有以下兩種方案 可供選擇：一是 LED 數(shù)碼管顯示 ,二是 LCD 液晶顯示兩種選擇 . LCD 液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍時儀表到便攜式微型計算機以及一些文字處理機都廣泛利用了液晶顯示器。在本系統(tǒng)中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出 報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。 淮南師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 13 圖 （ 1） AT89S52 圖 （ 2） 時鐘電路 基于電子稱的電子稱的設計 14 14 圖 （ 3） 復位電路 圖 （ 4） 串口電路 淮南師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 15 圖 （ 5） LCD 驅動及顯示電路 在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換元件）， 稱重傳感器在受到壓力或拉力時會產(chǎn)生電信號，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號也隨著變化，而且力與電信號的關系一般為線性關系。由于傳感器輸出的為模擬信號，所以需要對其進行 A/D 轉換為數(shù)字信號以便單片機接收。 在本系統(tǒng)中，硬件電路的構成主要有以下幾部分： AT89C52 的最小系統(tǒng)構成、電源電路、數(shù) 據(jù)采集、人 機交換電路等。由 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使 得 AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。而且，它還具有一個看門狗（ WDT） 定時 /計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統(tǒng)復位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護你的硬件電路。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 淮南師范學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 17 圖 AT89S52引腳圖 單片機管腳說明 ： VCC：供電電壓。 P0口 ： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口也可作為 AT89S52的一些特殊功能口，如下表所示： 表 3 P3口引腳 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0輸入） INT1（外部中斷 1輸入） T0（定時器 0外部脈沖輸入） 基于電子稱的電子稱的設計 18 18 T1（定時器 1外部脈