【正文】 在低量程段線性度差的缺點。在實際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在20%～80%之間，線性好，精度高。又考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，根據(jù)式21的計算結果，允許過載為150%，%，表21即為壓力傳感器主要技術指標。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 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： （22）稱重傳感器輸出電壓振幅范圍0～20mV。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調的（70～150倍），根據(jù)本設計的實際情況增益設為100倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。V。1181。殘余的一點漂移依靠軟件的自動零點跟蹤來徹底解決。，電阻應變片組成的傳感器是把機械應變轉換成ΔR/R，而應變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應變片電阻值120Ω，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應變?yōu)?000ε，應變電阻相對變化量為：ΔR/R = Kε= 2100010－6 = （23），%。因此，必須采用轉換電路，把應變計的ΔR/R變化轉換成電壓或電流變化，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉換成可以被A/D轉換芯片接收的信號。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、主要由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器，而構成的前級處理電路；差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器。下面舉例用INA128儀用儀表放大器來實現(xiàn)。然而，絕大多數(shù)的集成化儀器放大器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關：增益越高，共模抑制比越大。有學者試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進入飽和狀態(tài)，但由于信號源的內阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡）使等共模干擾轉變?yōu)椴钅８蓴_，結果適得其反，嚴重地損害了放大器的性能。理論上不難證明，在運算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放大器的輸入阻抗為無窮大，共模抑制比也為無窮大。 （2）阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動放大器構成的前級放大器和由儀器放大器構成的后級放大器之間，這樣可為后級儀器放大器提高增益，進而提高電路的共模抑制比提供了條件。 （3）后級電路采用廉價的儀器放大器，將雙端信號轉換為單端信號輸出。從理論上計算整個電路的共模抑制比為： (24)式中：CMRTotal或CMRRTotal－放大器的總共模抑制比；CMR1－第一級放大器的共模抑制比；CMR2或CMRR2－第二級放大器的共模抑制比；A1d、A1c、A2d和A2c－分別為第一級放大器和第二級放大器的差模增益和共模增益。有以上分析以及基于電子秤的要求精確度不是很高，所以選擇由普通放大器所組成的差動放大器作為本設計的信號放大電路。目前，世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型ADC，也有近年來新發(fā)展起來的∑Δ型和流水線型ADC，多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體應用要求。并行比較ADC是現(xiàn)今速度最快的模/數(shù)轉換器，采樣速率在1GSPS以上，通常稱為“閃爍式”ADC。這種結構的ADC所有位的轉換同時完成，其轉換時間主取決于比較器的開關速度、編碼器的傳輸時間延遲等。(2)逐次逼近型A/D轉換器：如：ADS780ADS7804等。缺點：在高于14位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模/數(shù)轉換之前需要進行調理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。積分型ADC又稱為雙斜率或多斜率ADC，是應用比較廣泛的一類轉換器。與此同時，在此時間間隔內利用計數(shù)器對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn)A/D轉換。此外，由于輸入端采用了積分器，所以對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力。這類ADC主要應用于低速、精密測量等領域，如數(shù)字電壓表。缺點是：轉換速率低，轉換速率在12位時為100～300SPS。缺點是：類似于積分型ADC，其轉換速率受到限制，12位時為100～300SPS。且雙積分型A/D轉換器具有很強的抗干擾能力。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。鍵盤的擴展有使用以下方案：采用矩陣式鍵盤：矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。44矩陣式鍵盤共可以安裝16個鍵，但只需要8條測試線。圖25 矩陣式鍵盤結合本設計的實際要求，16個按鍵使用44矩陣式鍵盤，另外一個復位鍵使用獨立式按鍵實現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇。選擇智能儀器一般都具有報警和通訊功能，報警主要用于系統(tǒng)運行出錯、當測量的數(shù)據(jù)超過儀表量程或者是超過用戶設置的上下限時為提醒用戶而設置。超限報警電路是由單片機的I/O口來控制的，當稱重物體重量超過系統(tǒng)設計所允許的重量時，通過程序使單片機的I/O值為高電平，從而三極管導通，使蜂鳴器SPEAKER發(fā)出報警聲，同時使報警燈D1發(fā)光。如圖31：單片機16個按鍵輸入電路LCD顯示器位碼驅動電路時鐘電路復位電路LCD顯示器段碼驅動電路10位LCD顯示器電路蜂鳴器電路圖31硬件電路設計框圖在本系統(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。圖32 AT89S52引腳圖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，如表31所示：表31 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）T1（定時器1外部脈沖輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出）RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 AT89S52的最小系統(tǒng)電路構成AT89S52單片機的最小系統(tǒng)由時鐘電路、復位電路、電源電路及單片機構成。單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。51單片機的復位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內部復位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。考慮本次設計的實際要求，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，提高產(chǎn)品的性價比，電源電路的設計決定采用如圖33方案：圖33 電源電路圖220V的交流電經(jīng)過變壓器后輸出15V的電壓，經(jīng)整流濾波電路后， 通過LM7812和LM7905進行DC/DC變換得到＋12V和+5V、5V供器和系統(tǒng)的其他芯片使用。 數(shù)據(jù)采集部分電路設計數(shù)據(jù)采集部分電路包括傳感器輸出信號放大電路、A/D轉換器與單片機接口電路。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確使用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。傳感器檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵?，由于惠斯登電橋具有很多?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，又因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以在本設計中選用最終方案我們選擇的是上海開沐自動化有限公司生產(chǎn)的NSTH1系列稱重傳感器，額定載荷20Kg，該稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。其電路圖如34所示。電阻應變片實心軸沿軸向線應變?yōu)椋? （31）實心軸沿圓周向線應變?yōu)椋? （32）金屬材料的電阻相對變化公式為： (33)把331代入3