【正文】 ....................................................................................... 26 . 軟件程序調(diào)試 .................................................................................................................. 26 . protues 模擬仿真 .............................................................................................................. 26 . 硬件模塊調(diào)試 .................................................................................................................. 27 . A/D 轉(zhuǎn)換與顯示電路調(diào)試 ............................................................................................ 27 . 稱重傳感器的調(diào)試 ....................................................................................................... 27 . 硬件系統(tǒng)安裝與調(diào)試 ...................................................................................................... 29 6. 結(jié)論 ..................................................................................................................................... 30 附錄 A 程序清單 ..................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 36 致 謝 ........................................................................................................................................ 38 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 1 頁 共 38 頁 1. 緒論 . 引言 在生活中經(jīng)常都需要測量物體的重量，于是就用到秤，但是隨著社會的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展，我們對其要求操作方便、易于識別。電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加 [1]。 . 本課題的研究背景與意義 稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。 電子衡器產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)競爭的重要陣地。手工磅秤計量，定容式轉(zhuǎn)盤計量或機(jī)械式 計量設(shè)備由于準(zhǔn)確度低、維修頻繁、通訊困難等原因已不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要 [6]。同時，用戶對控制器的計量精度和工藝控制要求越來越高，這使得舊式稱重儀表在計量上存在的缺陷顯示了出來。 作為重量測量儀器，智能電子秤在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測量2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 38 頁 準(zhǔn)確，測量速度快，易于實時測量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測量稱，成為測量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱量工具。 目前市場上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)正時間長，易損件多，維修困難，裝機(jī)容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高。因此，有針對性地開發(fā)出一套有實用價值的電子稱重系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。 . 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 國外研究現(xiàn)狀 稱重儀的發(fā)展過程與其它事物一樣，也經(jīng)歷了由簡單到復(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程。這是由于電子衡器不僅給出質(zhì)量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔(dān)著控制和檢驗功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化?，F(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。 電子稱的發(fā)展集中體現(xiàn)在稱重傳感器技術(shù)的提高，國際稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展動向是：把稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性作為極其重要的質(zhì)量指標(biāo)，把制造技術(shù)和制造工藝作為核心競爭力，緊緊抓住稱重傳感器的特性問題、生產(chǎn)問題和應(yīng)用問題進(jìn)行基礎(chǔ)研究、工藝研究和應(yīng)用研究 [14]。 (2)德國 HBM 公司研制成功 C2A、 C16A 兩種不同結(jié)構(gòu)的 1100t 具有耐壓外殼保護(hù)的防爆稱重傳感器 ,其防爆性能符合歐洲 EN50014 和 EN50018d 級標(biāo)準(zhǔn)。用于濕度大 ,腐蝕性強的環(huán)境中 ,而且防水。其特點是線性好 ,固有頻率高 ,動態(tài)響應(yīng)快。組裝 3一 30kg 電子平臺秤 ,準(zhǔn)確度可達(dá) 4000d。 50 年代中期電子技術(shù)的滲入推動了電子 秤 制造業(yè)的發(fā)展。我國電子衡器的技術(shù)裝備和檢測試驗手段基本達(dá)到國際 90 年代中期的水平 ,少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平 [19]。 電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。 但就總體而言，我國電子 秤 產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不夠先進(jìn)、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等 [24]。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 38 頁 . 本課題的設(shè)計內(nèi)容與任務(wù) 隨著自動化測試技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、性價比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對微小質(zhì)量的測量方面更顯得力不從心。按照設(shè)計的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送給控制器處理，由控制器完成對該數(shù)字量的處理，驅(qū)動顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 38 頁 2. 稱重 儀的總體方案設(shè)計 . 稱重儀的工作原理 基于單片機(jī)設(shè)計的稱重儀是以電子元件 :稱重傳感器，放大電路 ,AD 轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，顯示電路等電路組成 。該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器。 CPU 根據(jù)程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器，直至顯示這種結(jié)果。 按照本設(shè)計功能的要求，系統(tǒng)可具體分為 5 個部分組成：控制器部分、信號采集部分、報警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計總體方案框圖如圖 所示?？刂破鞑糠纸邮軄碜?A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復(fù)雜的運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲 到存儲單元中。電路電源部分主要是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉(zhuǎn)換成所需的177。報警部分只要是在超重時對使用者發(fā)出警告。目前，無論在數(shù)量上還是在應(yīng)用領(lǐng)域上，與其他傳感器相比都具有重要的地位。 因此此次設(shè)計采用 電阻應(yīng)變式傳感器 作為稱重傳感器。 導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。 下圖 為一直流供電的平衡電阻電橋， inE 接直流電源 E： 圖 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 因此，應(yīng)變式稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片與電纜線等組成，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，輸出信號電壓可由式（ ）給出 [28]： ? ?inERRRRRRRRRR RRU ??????? ??????????? 4 43 32 21 142 420 （ ） 若其中第一臂為電阻應(yīng)變片，由應(yīng)變引起的電阻變化為△ R1，當(dāng) R1=R R3=R4時，R3ΔR3 R4+ΔR4 R2+ΔR2 R1ΔR1 U0 Ein 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 38 頁 此時有電橋的 輸出 電壓： 11110211 141RRRREU in ????? （ ） 當(dāng)應(yīng)變很小時： 110 41 RREU in ?? （ ） 由式（ ）可知，電橋的輸出電壓 ? ?RfU ??0 是非線性的 ； 式（ )是在假定應(yīng)變片承受的應(yīng)變很小時得到的結(jié)論，此時 ? ?RfU ??0 是線性的，實際的非線性特性曲線與理想的線性特性曲線的偏差稱之為非線性誤差。故電阻應(yīng)變式稱重傳感器都選用直流供電 的 全橋 連接 ，該電橋的電壓靈敏度比單一工作應(yīng)變片的電 壓靈敏度提高了 4倍，且具有溫度補償作用， 各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷 。根據(jù)設(shè)計要求與經(jīng)驗，通常選擇梁式傳感器作為智能稱重儀的 稱重傳感器。 圖 懸臂梁 結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)對其自由端施加垂直載荷后，懸臂梁結(jié)構(gòu)會因受力而發(fā)生彎曲變形，且其內(nèi)部應(yīng)力（應(yīng)變）越接近固定端變化越大，其上表面為拉伸狀態(tài)，下表面為壓縮狀態(tài)，依據(jù)此原理可進(jìn)行傳感器的貼片工作，設(shè)計所需的稱重傳感器。為此，測量電路中常設(shè)有放大環(huán)節(jié)。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源內(nèi)阻。 抗共模電壓干擾能力強。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動變換等。但是考慮到實際狀況、精度要求等因素，選擇高精度低漂移運算放大器 0P07同樣可以滿足要求，并且其價格便宜，應(yīng)用電路簡單，因此選擇運放 0P07 組成前級放大部分。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25μ V），所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 2nA）和開環(huán)增益高（對于 OP07A 為 300V/mV）的特點 ，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 圖 OP07 芯片引腳圖 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 38 頁 管腳功能說明： 1 和 8 為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 為反向輸入端， 3 為正向輸入端， 4 接電源 負(fù) 端， 5空腳 6為輸出， 7接電源 正 端。 圖 0P07 芯片及其特點 . 信號轉(zhuǎn)換（ A/D 轉(zhuǎn)換）部分 根據(jù)設(shè)計要求，信號轉(zhuǎn)換模塊是將測得的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，因此有幾種方案可采用： 方案一：采用 V/F 變換，例 如芯片 LM331。 該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，單片機(jī)通過計數(shù)獲得重物的重量，此方案需要比較復(fù)雜的小信號放大、調(diào)理電路，并且 LM331 外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對嚴(yán)格，故未采用。 逐次逼近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。并且此方案經(jīng)小信號放大、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。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 DC0808/0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，圖 所示是其引腳排列圖。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 38 頁 ADDA－ C：地址線。 START：啟動轉(zhuǎn)換信號。當(dāng)它為下降沿后，開始 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE：輸出允許信號，是 D0－ D7 的輸出控制端 。 CLOCK：時種信號。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。 EOC＝ 1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。一般 REF(=)＝ 5v RE