畢業(yè)設(shè)計(jì)電子秤的設(shè)計(jì)

1、電子秤設(shè)計(jì)電子秤設(shè)計(jì) 摘摘 要要 電子秤是將檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù) 綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器。它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密結(jié)合成為一種方便、 快捷、稱量精確的工具，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工廠生廠、集貿(mào)市場(chǎng)、超市、大 型商場(chǎng)、及零售業(yè)等公共場(chǎng)所的信息顯示和重量計(jì)算。 電子稱主要以單片機(jī)作為中心控制單元，通過(guò)稱重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元，在配以鍵盤(pán)、顯示電路及強(qiáng)大軟件來(lái)組成。電子稱不但計(jì)量準(zhǔn)確、快 速方便，更重要的自動(dòng)稱重、數(shù)字顯示，對(duì)人們生活的影響越來(lái)越大，廣受 歡迎。 本系統(tǒng)針對(duì)電子稱的自動(dòng)稱重、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制作。為了闡 明用單片機(jī)是如何對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)的

2、采集和轉(zhuǎn)換、計(jì)算問(wèn)題進(jìn) 行了研究，討論了單片機(jī)控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的計(jì)算問(wèn)題。本文在給出智能電子 稱硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電子稱的軟件控制方法。單片機(jī)控制的電 子稱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，深受人們的喜愛(ài)，本文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電子稱；單片機(jī)；稱重傳感器 abstract intelligent electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, an integrated moder

3、n technology of new weighing equipment. it is closely integrated with our daily lives into a convenient, fast, precision weighing instrument, widely used in commercial, plant health plant, country markets, supermarkets, shopping malls, and retail and other public places, information display and weig

4、ht. intelligent electronics said the key to scm as the central control unit, through the weighing sensor analog-digital conversion unit, in the accompanied keyboard, display circuit and powerful software to component. said not only accurate measurement of the electronic, fast and convenient, more im

5、portantly, automatic weighing, statistics show that by the majority of users. intelligent electronics said that as easy to carry, easy to use, the impact on peoples lives more and more. this system is known for the electronic automatic weighing and data processing of research. to illustrate how to u

6、se the mcu is sampling data processing, data acquisition and conversion, computational problems studied. discuss the key scm system calculation. this paper presented the hardware design of intelligent electronics that, based on detailed analysis of the electronic control, said the software. as the s

7、tructure of microprocessor controlled electronics that simple, low cost and very popular, this will be discussed in detail. keywords: electronic scale; mcu; load sensor 目目 錄錄 摘 要.i abstract .ii 目 錄.1 第一章 緒 論.1 1.1 稱重技術(shù)和衡器的發(fā)展.1 1.2 電子秤的組成 .2 1.2.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu).2 1.2.2 電子秤的工作原理.3 1.2.3 電子秤的計(jì)量性能.3 1.3 本設(shè)計(jì)思

8、路.4 第二章 系統(tǒng)方案論證與選型.6 2.1 控制器部分.6 2.2 數(shù)據(jù)采集部分.8 2.2.1 傳感器的選擇.8 2.2.2 放大電路選擇.9 第三章 硬件設(shè)計(jì).12 3.1 總體規(guī)劃 .12 3.2 主控制器電路 .12 3.3 傳感器放大電路 .12 3.4 顯示電路 .13 第四章 軟件設(shè)計(jì).15 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用程序組成 .15 4.2 主程序流程圖 .16 4.3 ad 采樣程序塊 .16 4.4 液晶顯示程序塊 .17 4.5 稱重?cái)?shù)據(jù)處理技術(shù) .21 第五章 總結(jié)與展望.24 參考文獻(xiàn).26 致 謝.27 附錄一.28 附錄二 .29 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 稱重

9、技術(shù)和衡器的發(fā)展 稱重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視，作為一種計(jì)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(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子秤 是電子衡器中的一種，衡器是國(guó)家法定計(jì)量器具，是國(guó)計(jì)民生、國(guó)防建設(shè)、 科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直 接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。 電子秤的發(fā)展過(guò)程與其它事物一樣，也經(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。特別 是近 30 年以來(lái)，工藝流程中的現(xiàn)場(chǎng)稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的 監(jiān)測(cè)等工作，都離不開(kāi)能輸出電信號(hào)的電子衡器。這是由于電子衡器

10、不僅能 給出質(zhì)量或重量信號(hào)，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個(gè)單元承擔(dān)著控制和檢驗(yàn) 功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動(dòng)化和合理化。 近年來(lái)，電子秤已愈來(lái)愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制中?，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(chǔ)運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商 業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。隨著稱重傳感器各項(xiàng)性能的不斷突破， 為電子秤的發(fā)展奠定了其礎(chǔ)，國(guó)外如美國(guó)、西歐等一些國(guó)家在 20 世紀(jì) 60 年 代就出現(xiàn)了 0.1%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在 70 年代中期約對(duì) 75%的機(jī)械秤 進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式的電子化改造。 稱重裝置不儀是提供重量數(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(gè)

11、組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它 起到了縮短作業(yè)時(shí)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(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍 及到圍民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國(guó)都非常重視。50 年代中期 電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子 衡器以來(lái)，經(jīng)過(guò) 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，我國(guó)電子衡器從最初的機(jī)電結(jié) 合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型?，F(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得 到了新發(fā)展。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測(cè) 量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)

12、量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快 速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。通過(guò)分析近年來(lái)電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況 及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、 智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功 能趨向是稱重計(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。電子秤是電了衡器中的一種，衡器是國(guó)家法定 計(jì)量器具，是圍計(jì)民生、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè) 備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng) 濟(jì)效益的提高。 1.2 電子秤的組成 1.2.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是

13、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。不管根據(jù)什么原理制 成的電了秤均由以下三部分組成： （1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤 體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位 減振機(jī)構(gòu)等。 （2）稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換 成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電 感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、

14、 盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。 對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有 良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較 差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 (3) 測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置 即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或 電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)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） 。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。在數(shù)字 式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾波、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控 制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。 1.2.2 電子秤的

15、工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)秤體傳遞到稱重傳感 器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一 定函數(shù)關(guān)系（一般成正比關(guān)系）的電信號(hào)（電壓或電流等） 。此信號(hào)由放大 電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模數(shù)( a/d)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微 處器的 cpu 處理，cpu 不斷掃描鍵盤(pán)和各功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)輸入內(nèi)容和各 種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析，再由軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算 結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，cpu 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯 示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、a/d 轉(zhuǎn)換在硬件電路中完 成，濾波以及信號(hào)各種運(yùn)算處

16、理在 cpu 中完成。 1.2.3 電子秤的計(jì)量性能 電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn) 確度等級(jí)等。 (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。 (2) 分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。 用 e 或 d 來(lái)表示。 (3) 分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 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=nd (4) 準(zhǔn)確度等級(jí) 國(guó)際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成 t、ii、iii、四類等 級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度

17、的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如表 1 所示： 表 1 不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) 1.3 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?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤 或以彈簧、拉伸變形來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈 簧盤(pán)秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問(wèn)題無(wú)法徹底解決，一旦超過(guò)彈簧彈 性限度，彈簧秤就會(huì)產(chǎn)生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠 性，只是一種暫時(shí)的代用品，也被列入逐漸取消的行列。 微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品 的更新速度達(dá)到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)

18、過(guò)程中，除了能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的基本功能外，還增加了打印和通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)和其他機(jī)器或設(shè)備（包 括上位 pc 機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備）交換數(shù)據(jù)，除此之外，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)，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時(shí)候，只需要增 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 100 n 1000 加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。 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。 綜上所述，本設(shè)

19、計(jì)的主要思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生 的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)，最后把數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱 物品的重量及總額，然后再顯示出來(lái)。主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍 03000g，分度值 1kg，精度等級(jí) iii 級(jí)，電源 ac220v。 這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便，能夠滿足商業(yè)貿(mào) 易和居民家庭的使用需求。 第二章第二章 系統(tǒng)方案論證與選型系統(tǒng)方案論證與選型 按照本設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由 5 個(gè)部分組成：控制器部分、測(cè)量部分、 數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤(pán)部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖 1

20、 所示。 圖 1 設(shè)計(jì)思路框圖 測(cè)量部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì) 為電壓信號(hào)） ，而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路， ）處理后，送 單片機(jī)中的 a/d 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，控制器接受來(lái)自 a/d 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信 號(hào)，并將其送到顯示單元中。 2.1 控制器部分 本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，而且以單片機(jī)為 主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組 成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)” 。 這種新型的智能儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化

21、、測(cè)量結(jié)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(jìn)展。再則由于系統(tǒng)沒(méi)有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又 考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè) 簡(jiǎn)單的的系統(tǒng)，可以選用帶 a/d 轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用 程序直接存儲(chǔ)存片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡(jiǎn)化。stc 公 司的 12 系列的單片機(jī)都可使用，在這里選用 stc 生產(chǎn)的 stc12c5a60s2 單片 機(jī)。stc12c5a60s2 與 mcs-51 相比有如下優(yōu)勢(shì)： 1、指令集與 mcs-51 系列單片機(jī)完全兼容 2、片內(nèi)存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，并且支持 spi-isp 在線編程，使程序 寫(xiě)

22、入更加方便，提高了調(diào)試效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期； 3、提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路體積更小。此外價(jià)格低廉、 性能比較穩(wěn)定的 mpu，具有 64k8rom、1ram、2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器、4 個(gè) 8 位 i/o 接口。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測(cè)量和控制要求。 4、單指令周期，運(yùn)行速度高。 5、自帶上電復(fù)位電路，可減低單片機(jī)外圍電路的復(fù)雜程度。 6、內(nèi)置 8 路 10 位高速 a/d 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度 25 萬(wàn)次/秒。 經(jīng)過(guò)放大電路的信號(hào)是模擬信號(hào)即模擬量，需要把它變成數(shù)字量才能送 入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，所以需要有 a/d 轉(zhuǎn)換電路?？紤]到其他部分所帶來(lái) 的干擾 ,8 位 a/d 無(wú)

23、法滿足系統(tǒng)精度要求。作為一般小商品稱重需求，我們 只需要選擇 10 位的 a/d 轉(zhuǎn)換器就可以了。 最后我選擇了 stc12c5a60s2 這個(gè)比較常用的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能 要求。stc12c5a60s2 內(nèi)部帶有 60kb 的程序存儲(chǔ)器，并且?guī)в?8 路 10 位精度 的 a/d 轉(zhuǎn)換器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。stc12c5a60s2 單片機(jī)的引 腳圖如圖 2 所示。 圖 2 stc12c5a60s2 單片機(jī)的引腳圖 2.2 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、處理電路電路，因此對(duì)于 這部分的論證主要分兩方面。 2.2.1 傳感器的選擇 在設(shè)計(jì)中，傳感器是一個(gè)十

24、分重要的元件，因此對(duì)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(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)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(gè)數(shù)、秤體的 自重、可能產(chǎn)生的最人偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，傳感 器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí) 際使用時(shí)，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(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素， 保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體 的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。本設(shè)計(jì)要求稱

25、重范圍 0-3000g， 重量誤差不大于 0.1kg。 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)。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來(lái)選擇。在實(shí)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。重量誤差應(yīng)控制存 0.01kg，又考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器， 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，確定傳感器的額定載荷為 5kg，允許過(guò)載為 150%f.s，精度 為 0.05%，最大量程時(shí)誤差0.1kg，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用電阻應(yīng)變式傳感器，其最大量程為 5kg.稱重傳感 器由平行梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變片構(gòu)成，具有過(guò)載

26、保護(hù)裝置。由于惠斯登電 橋具諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補(bǔ)償方便等優(yōu)點(diǎn)，所以該傳感器 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。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜 線等組成，其工作原理如圖 3 所示。 rdra rcrb res bridge ein eout 圖 3 稱重傳感器原理圖 本設(shè)計(jì)的測(cè)量電路采用最常見(jiàn)的橋式測(cè)量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感 器半橋式測(cè)量電路。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測(cè)量電阻隨 重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化。其測(cè)量原理：用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，將 其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏

27、感柵也隨同變形，其 電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(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(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式 給出： 上式說(shuō)明電橋的輸出電壓 v 和四個(gè)橋臂的應(yīng)變片感受的應(yīng)變量的代數(shù)和 成正比。 2.2.2 放大電路選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 020mv。而 a/d 轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為 02v，因此放大環(huán)節(jié)要有 100 倍左右的增益。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可 調(diào)的（70150 倍） ，根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為 100 倍即可，零點(diǎn)和增 益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。按照輸入電壓 20mv，分辨率 20000 碼的情況， 漂移要小于 1 舊

28、。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時(shí)漂（li.lv） ，從 而保證了放大環(huán)節(jié)對(duì)零點(diǎn)漂移的要求。殘余的一點(diǎn)漂移依靠軟件的自動(dòng)零點(diǎn) 跟蹤來(lái)徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以保證其負(fù)反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好 選用高阻值的電阻和多圈電位器。 由稱重傳感器的稱量原理可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變 轉(zhuǎn)換成r/r，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻 值 120，靈敏系數(shù) k=2，彈性體存額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?l000， 應(yīng)變電阻相對(duì)變化量為： r/r=k=2100010-6 =0. 002 由上式可以看出電阻變化只有 0.24，其電阻變化率只有 0.2%。這樣 小的電阻變化既難以

29、直接精確測(cè)量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換 電路，把應(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)。在前級(jí)處理電路部分，我們考慮可以采用以下幾種 方案： 方案一：利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成前級(jí)處理電路； 普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲。由于 a/d 轉(zhuǎn)換 器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。 所以，此種方案不宜采用。 方案二：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；差動(dòng)放人器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可

30、以利用普通運(yùn) 放(如 op07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。 一般說(shuō)來(lái)，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而 在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中都是把集成化儀器放人器作為前置放人器。然而，絕人 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(guān)：增益越高，共模抑制比越大。而集成化儀器放大器作為心電前置 放大器時(shí)，由于極化電壓的存在，前置放大器的增益只能在幾十倍以內(nèi)，這 就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時(shí)的共模抑制比不可能很高。有同 學(xué)試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）來(lái)避免極化電壓使 高增益的前置放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由于信號(hào)源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不 平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其