【正文】 傳感器的工作原理和使用方法；學(xué)習(xí)和掌握了利用 稱重 傳感器將 質(zhì)量 量轉(zhuǎn)換到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換原理和方法；學(xué)習(xí)和掌握了 MCS51 單片機(jī)工作原理、數(shù)據(jù)處理及 LED顯示的方法。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文結(jié)構(gòu)較合理、格式較規(guī)范，根據(jù)該生所承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及完成情況，建議畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)椤? ”。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文結(jié)構(gòu)較合理、格式較規(guī)范，根據(jù)該生所承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及完成情況，同意畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)椤? ”。其中由 MTB 稱重傳感器 采集 質(zhì)量 信號(hào)，并且 由 TLC2543 將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn) 質(zhì)量 控制的目的。 關(guān)鍵詞： AT89C52 單片機(jī) MTB 稱重傳感器 重量檢測(cè)與轉(zhuǎn)換 重量顯示 Abstract 11 Abstract This design take at89C52 monolithic integrated circuit as core weight control system39。s way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control system39。 秤是最普遍，最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。 電子秤的發(fā)展 ， 經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由粗糙到精密、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全電子化、由單一功能到多功能的過(guò)程。 電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢(shì)引起了對(duì)低成本，高性能模擬信號(hào)處理器件的需求的增加，分析發(fā)現(xiàn)，電子秤的總的趨勢(shì)是小型化，模塊化，集成化，智能化；技術(shù)性能趨向是速率高，準(zhǔn)去度高，穩(wěn)定性高，可靠性高；功能趨勢(shì)是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化 ”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。 電子秤的組成 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來(lái)確定物體質(zhì)量（重量）的測(cè)量?jī)x器，也可用來(lái)確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、 或特性。 (2)．稱重傳感器 —— 一般稱之為一次變換元件，它可以將作用于其上的重目錄 2 量或力按一定的函數(shù)關(guān)系（一般是線性關(guān)系）轉(zhuǎn)換為電量（電壓、電流、頻率等）輸出 。 (3)．測(cè)量顯示儀表 —— 一般稱之為二次顯示儀表，用于測(cè)量稱重傳感器輸出的電信號(hào)值，并以指針或數(shù)碼形式把重量值顯示出來(lái)（現(xiàn)代測(cè)量?jī)x表中還包括數(shù)據(jù)處理、打印裝置等） (4)．電源 —— 這里指的是向稱重傳感器測(cè)量橋路饋電的、穩(wěn)定度較高的所謂“激勵(lì)電源”，它可以是交流的或直流的穩(wěn)壓電源， 除上述基本組成部分外，有的電子秤；丕采用微處理機(jī)或小型電子計(jì)算機(jī)來(lái)完成更復(fù)雜的功能，成為更趨完善的電子自動(dòng)秤 電子秤的工作原理 當(dāng)物體放在秤盤(pán)上時(shí)，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，產(chǎn)生力一電效應(yīng) ， 從而使阻抗發(fā)生變化，同時(shí)使用激勵(lì)電壓發(fā)生變化，輸出一個(gè)變化的模擬信號(hào)。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)輸出到 CPU運(yùn)算控制。 一般地信號(hào)的放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。 (1) 量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在 正常工作情況下，所能稱量的最大值。用 e 或 d 來(lái)表示。 電子衡器的最大稱量 Max 可以用總分度數(shù) n 與分度值 d 的乘積來(lái)表示，即Max=n178。例：秤量 6000g 最小刻度（ 分度值 ） 。所以，設(shè)計(jì)硬件時(shí)，就應(yīng)該考慮相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)。 標(biāo)志及等級(jí) 電子秤分類 分度數(shù)范圍 特種準(zhǔn)確度 基準(zhǔn)衡器 n 100000 高準(zhǔn)確度 精密衡器 10000 n≤ 100000 中準(zhǔn)確度 商業(yè)衡器 1000 n≤ 10000 普通準(zhǔn)確度 粗衡器 100n≤ 1000 目錄 4 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下： （ 1) 運(yùn)用稱重傳感器并采用直流電橋測(cè)量電路 （ 2) 設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易的重量測(cè)量電路，用 LED 液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量 （ 3) 電路由直流電橋，放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路， LED 顯示電路 （ 4) 可以設(shè)定該秤所稱的上限，當(dāng)物體超重，能自動(dòng)報(bào)警 （ 5) 寫(xiě)出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告 本設(shè)計(jì)的特色 （ 1） 使用單片機(jī)為核心 ，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)組成構(gòu)造 系統(tǒng)地研究了電子秤技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種采用全電子原理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、耗電少、價(jià)格低的電子秤。 （ 2）深入研究了應(yīng)變式稱重傳感器的工作機(jī)理，建立了應(yīng)變式傳感器自校正數(shù)學(xué)模型，為電子秤的低成本準(zhǔn)確稱量奠定了理論基礎(chǔ)。 基本設(shè)計(jì)思路 目前，臺(tái)式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍，但存在較大的局限性：體積大、成 本高、攜帶不便、應(yīng)用場(chǎng)所受到制約。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的 51 系列單片機(jī)，另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱可以有一定量的過(guò)載，但不能超出要求的范圍，為此還設(shè)計(jì)了過(guò)載提示。其中，數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器，信號(hào)前級(jí)處理和 A/D轉(zhuǎn)換部分組成。 目錄 5 硬件電路是決定儀器性能的重要因素。本章對(duì)電子秤的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并對(duì)幾種主要單元電路分別進(jìn)行詳細(xì)論述。 （ 3）盡量采用低功耗、微功耗集成化芯片，減小電路復(fù)雜性。 方案二 : 壓 力 傳感 器信 號(hào) 濾 波 放大 處 理A / D 轉(zhuǎn) 換 器 單 片 機(jī)Z L G7 2 8 9 闕 值 報(bào) 警時(shí) 鐘 芯 片顯 示 器鍵 盤(pán) 電 路 圖 目錄 6 方案二中，單片機(jī)將整形放大的質(zhì)量信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)系顯示出被測(cè)物體的重量，因?yàn)榘存I較多，加入了鍵盤(pán)顯示管理芯片 (ZLG7289)和鍵盤(pán)電路，該方案的缺點(diǎn)是電路過(guò)于復(fù)雜，程序復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難。 傳感器 傳感器的定義： 傳感器（ 英文 名稱： transducer/sensor）是一種能感受到被測(cè)量的信息檢測(cè)裝置并按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出的器件，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的 測(cè)試和控制將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域的不可缺少的重要手段，因此，在本設(shè)計(jì)中，傳感器的選擇和使用特別重要。稱重傳感器是電子衡器的重要組成部分，在使用稱重傳感器時(shí)，應(yīng)考慮使用地點(diǎn)的重力加速度和浮力的影響。由 此可見(jiàn)，稱重傳感器的性能好壞對(duì)電子衡器的性能是至關(guān)重要的。 ① 敏感元件：直接感受被測(cè)量（質(zhì)量）并輸出與被測(cè)量功能有確定關(guān)系的其他量的元件。 ③ 測(cè)量元件 （測(cè)量電路）：將變換元件的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為進(jìn)一步傳輸、處理、顯示、記錄或控制提供方便。一般稱重傳感器均需要外接 目錄 7 電源才能工作。 （ 3） 稱重傳感器的種類較多，但根據(jù)變化工作原理來(lái)分，主要有電阻應(yīng)變式、電容式、差動(dòng)變動(dòng)器式、壓磁式、 壓電 式、振頻式、陀螺式等。生產(chǎn)電子秤的主要難點(diǎn)就是傳感器。設(shè)計(jì)稱重傳感器的指導(dǎo)思想是：追求良好的自然線性，盡量有較高的輸出靈敏度，抗側(cè)向能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和密封，長(zhǎng)期穩(wěn)定性要好。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。若忽略 邊緣效應(yīng) ，平板電容器的電容為ε S/d，式中（ 1）變極距型電容傳感器 (d) （ 2）變面積型電容傳感器 (A) （ 3）變介質(zhì)型電容傳感器 (ε ) 雖然電容式傳感器有 (1)高阻抗、小功率， (2)溫度穩(wěn)定性好。電 容式傳感器的初始電容量很小 ,而傳感器的引線電纜電容，測(cè) 量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大，降低了傳感器的靈敏度，而且將使傳感器工作不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。 檢測(cè)電路的主要部件是惠斯登電橋，它可以比較方便地解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題，其功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)輸出。再經(jīng)相應(yīng)的檢測(cè)電路 ，把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流）輸出，從而完成將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。 圖 23為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 圖 23 傳感器內(nèi)部連接圖 當(dāng)電橋輸出端接無(wú)窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開(kāi)路，此時(shí)直流電橋稱 為 電橋，即只有電壓輸出。式（ ）稱平衡條件。若差動(dòng)工作，即 R1=R△ R,R2=R+△R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式（ ），則電橋輸出為 Ek?? （ ） 應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)： （ 1）應(yīng)用和測(cè)量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器 。 （ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。 通過(guò)對(duì)壓力傳感器與電阻應(yīng)變式傳感器比較分析，最終選擇了第二種方案。 目錄 10 應(yīng)變式傳感器的材料及幾何尺寸選擇 應(yīng)變片傳感器的絕緣材料必須有很高的絕緣性能、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、高形狀穩(wěn)定性及良好的 抗?jié)裥阅堋?為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。重量誤差應(yīng)控制存177。 。該傳感器測(cè)量精度高、溫度特性好、工作 穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)測(cè)量及各種電子稈的一次儀表。 MTB 稱重傳感器應(yīng)用于：主要用于包裝秤、皮帶秤 和化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的 配料稱 重控制。￡ =2179。 106 =0. 002 由上式可以看出電阻變化只有 ，其電阻變化率只有 %。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把目錄 12 應(yīng)變計(jì)的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個(gè)電壓 或電流信號(hào)很小，需要增加增益放大電路來(lái)把這個(gè)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被 A/D 轉(zhuǎn)換器接收的信號(hào)。 放大器的輸入信號(hào)一般由傳感器輸出的，傳感器的輸出信號(hào)不僅電平低，內(nèi)阻高，還常有較高的共模電壓。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定 （ 5）能附加一些適應(yīng)特定要求的電路 放大電路部分的選擇 方案一：差動(dòng)放大器 主要由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，而構(gòu)成的前級(jí)處理電路；可以利用普通運(yùn)放 (如 OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。 優(yōu)點(diǎn)： 差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高，輸入級(jí)加入隨射放大器，增大 目錄 13 了輸入阻抗，中間級(jí)為 差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器 R6 用于調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)是用于微調(diào)放大倍數(shù)，讓輸出滿足滿量程要求。 缺點(diǎn)：此電路要求 R3， R4 相等，誤差將會(huì)影響輸出精度，難度較大。 方案二：采用專用儀表放大器， AD620,INA126 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，精度也高。AD620 的體積小、功耗低成為壓力 傳感器 AD620 由于體積小、功耗低、噪聲小及供電電源范圍廣等特點(diǎn)。 C)特性，是電子秤的理想之選。 AD620 的介紹 AD620 由傳統(tǒng)的三運(yùn)算放大器發(fā)展而成 , 但一些主要性能卻優(yōu)于三運(yùn)算放大器構(gòu)成的儀表放大器的設(shè)計(jì) , 如電源范圍寬 (177。 18 V ) , 設(shè)計(jì)體積小 , 功耗非常低 (最大供電 電流僅 1. 3 mA ) , 因而適用于低電壓、低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合。 AD620 的兩個(gè)內(nèi)部增益電阻為 24. 7 k8 , 因而增益方程式為 G = kΩ /R G + 1 式 (24) 對(duì)于所需的增益 , 則外部控制電阻值為 R G =（ G 1） kΩ (25) 式 (25) AD620 的引腳圖： 目錄 14 P1與 P8 腳接外部增益設(shè)置電阻。 P6腳是輸出端。 5V電源 P5是輸入?yún)⒖茧妷?400mv 基本參數(shù)： 最大增益 :