【正文】 好的傳感器再配合高增益高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)處理模塊，可以避免由于外界環(huán)境的干擾信號(hào)的影響所產(chǎn)生的運(yùn)行不穩(wěn)定，進(jìn)一步提高電子秤的測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多功能智能化實(shí)用性。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓 力的測(cè)量。功率小，就意味著輸出的能量較微弱，電纜分布的電容以及噪聲干擾都會(huì)影響壓電傳感器的輸出特性，這一點(diǎn)就意味著對(duì)其外接電路的要求非常高。它擁有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 雖然電容式傳感器有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有其不足之處： （ 1）高阻抗、小功率。由于電容量C 太小，所以它的容抗就會(huì)變得很大，用來(lái)作為一個(gè)高阻抗元件，它重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 10 的負(fù)載能力又顯得較差，功率 P 也會(huì)很小。 （ 2） 初始的電容小，電纜電容以及線路所存在復(fù)雜散亂的電路所構(gòu)成的寄生電容對(duì)其影響很大。電阻應(yīng)變片式電阻是電阻應(yīng) 變式傳感器的核心元件，它的工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量以及相應(yīng)的電阻量變化一般都很微小，很難能夠直接精確的測(cè)量，而且不方便數(shù)據(jù)處理。它的轉(zhuǎn)換電路常用全橋測(cè)量電路來(lái)將應(yīng)變片的△R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。電阻應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)： （ 1） 測(cè)量和應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)變片可以制作成各種機(jī)械量傳感器，滿足測(cè)量要求。 （ 3）機(jī)械結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件的影響小， 對(duì)復(fù)雜的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高壓、高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)也好。 由于本次設(shè)計(jì)是一種多功能的電子秤，需要 分 辨力和靈敏度高，精度較高的傳感器 元件，并且要求 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，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。 2） 信號(hào)轉(zhuǎn)換 方案一 采用 A/D 轉(zhuǎn)換原理： 逐次逼近法 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(shí)間為微秒級(jí)?；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(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。然后再置逐次逼近寄存器次高位為 1，將寄存器中新的數(shù)字量送 D/A 轉(zhuǎn)換器，輸出的Ｖ o 再與Ｖ i 比較，若Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清除 [5]。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 12 逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。 雙積分法 采用雙積分法的 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。雙積分法A/D 轉(zhuǎn)換的過(guò)程是：先將開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i，Ｖ i 采樣輸入到積分器，積分器從零開始進(jìn)行固定時(shí)間Ｔ的正向積分，時(shí)間Ｔ到后，開關(guān)再接通與Ｖ i 極性相反的基準(zhǔn)電壓ＶＲＥ F，將ＶＲＥ F 輸入到積分器，進(jìn)行反向積分，直到輸出為 0V 時(shí)停止積分。計(jì)數(shù)器 在反向積分時(shí)間內(nèi)所計(jì)的數(shù)值，就是輸入模擬電壓Ｖ i 所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)了 A/D 轉(zhuǎn)換。 列如 LM331： LM331 是性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器及其他相關(guān)器件。 LM331 的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 13 作頻率低到 時(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12 位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或F/V 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。由輸入比較器、定時(shí)比較器、R－ S 觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。 LM331可采用雙電源或單電源供電，可工作在 ～ 40V 之間，輸出可高達(dá)40V，而且可以防止 Vcc 短路。 3） 顯示模塊 方案一 使用 8 位數(shù)碼管作為顯示，此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡(jiǎn)單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)， 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅(qū)動(dòng)電路 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼 。缺點(diǎn)是：硬件部分簡(jiǎn)單，雖然可以實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過(guò)于簡(jiǎn)單 ，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，功能過(guò)于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。 LCD1602由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。 這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力 ，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng) ,而且其具有成本低 ,功耗低 ,體積小，算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng) ,技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)集成于一片 Xilinx 公司的 SpartanⅡ系列 XC2S100E 芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及 適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。 FPGA 的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 15 板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時(shí)還可以提高設(shè)計(jì)的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。其主要在 PC機(jī)接口卡的總線接口、程控交換機(jī)的信號(hào)處理與接口、雷達(dá)聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù) 控機(jī)床的測(cè)試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。 本章小結(jié) 本章對(duì)設(shè)計(jì)所需要的模塊設(shè)計(jì)出了總體方案，論述了總體方案的內(nèi)容，并對(duì)各個(gè)方案的提出和比較進(jìn)行了相應(yīng)的闡述。再結(jié)合設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)圖，只需要 對(duì)各個(gè)方案的思路進(jìn)行規(guī)劃與完善，則可以實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的要求。本節(jié)內(nèi)容就是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行逐個(gè)的介紹和分析。在系統(tǒng)測(cè)重方面，電阻應(yīng)變式壓力傳感器，重量輕，分辨力和靈敏度高，精度較高，對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；在轉(zhuǎn)換模塊方面，才用 A/D 芯片 ADC0808 進(jìn)行轉(zhuǎn)換， ADC0808 是 8 位 AD 芯片；在顯示方面，采用 LCD1602 液晶顯示，可以將電阻應(yīng)變式壓力傳感器所測(cè)的數(shù)據(jù)和功能狀態(tài)進(jìn)行顯示和調(diào)節(jié)。 STC89C52 芯片概述 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89C52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 17 停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051.[2] ： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） ： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz 8K 字節(jié) 512 字節(jié) RAM I/O 口（ 32 個(gè)），復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， ,P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。即定時(shí)器 T0、 T T2 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 （ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART ： 40～ +85℃（工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃（商業(yè)級(jí)） 封裝 重量測(cè)量模塊的設(shè)計(jì) 本模塊采用的是電阻應(yīng)變式壓力傳