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) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i摘摘 要要電子秤是將檢測與轉(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、超市、大型商場、及零售業(yè)等公共場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，通過稱重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強(qiáng)大軟件來組成。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)簡單，成本低廉，深受人們的喜愛，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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iiabstractintelligent electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, an integrated

3、 modern 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 an

4、d weight. 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, m

5、ore importantly, 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 ho

6、w to use 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

7、 the structure of microprocessor controlled electronics that simple, low cost and very popular, this will be discussed in detail. keywords: electronic scale; mcu; load sensor 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1目目 錄錄摘 要.iabstract .ii目 錄.1第一章 緒 論.11.1 稱重技術(shù)和衡器的發(fā)展.11.2 電子秤的組成 .21.2.1 電子秤的基本結(jié)構(gòu).21.2.2 電子秤的工作原理.31.2.3 電子秤的計(jì)量性能.31.

8、3 本設(shè)計(jì)思路.4第二章 系統(tǒng)方案論證與選型.62.1 控制器部分.62.2 數(shù)據(jù)采集部分.82.2.1 傳感器的選擇.82.2.2 放大電路選擇.9第三章 硬件設(shè)計(jì).123.1 總體規(guī)劃 .123.2 主控制器電路 .123.3 傳感器放大電路 .123.4 顯示電路 .13第四章 軟件設(shè)計(jì).154.1 系統(tǒng)應(yīng)用程序組成 .154.2 主程序流程圖 .164.3 ad 采樣程序塊 .164.4 液晶顯示程序塊 .174.5 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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2附錄二 .29 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁 共 18 頁第一

9、章第一章 緒緒 論論1.1 稱重技術(shù)和衡器的發(fā)展稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，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，衡器是國家法定計(jì)量器具，是國計(jì)民生、國防建設(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。特別是近 30 年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出電信號(hào)的電子衡器。這

10、是由于電子衡器不僅能給出質(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，電子秤已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制中?，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)，國外如美國、西歐等一些國家在 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)組成部

11、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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 共 18 頁衡器以來，經(jīng)過 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，我國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。現(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

12、量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點(diǎn)從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(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。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，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，衡器是國家法定計(jì)量器具，是圍計(jì)民生、國防建設(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確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(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、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第

14、 3 頁 共 18 頁盧表面諧振式）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) 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測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)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，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 不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析，再由軟件來控制各種運(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)算處理在 cpu 中完

16、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：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用 e 或 d 來表示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 共 18 頁(3) 分度數(shù)：衡器的測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 的乘積來表示，即 max=nd(4) 準(zhǔn)確度等級(jí)國際法制計(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

17、度的電子秤和分度數(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)用場所受到制約?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，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)過程中，除了能實(shí)現(xiàn)

18、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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 共 18 頁加很少的硬件電路，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載，但不能超出要求的范圍，為此還設(shè)計(jì)了過載提示。綜上所述，本設(shè)計(jì)的主

19、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)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(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。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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 共 18 頁第二章第二章 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、測量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)

20、總體方案框圖如圖 1所示。圖 1 設(shè)計(jì)思路框圖測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號(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，控制器接受來自 a/d轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過復(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“智能化測量控制系統(tǒng)” 。這種新型的智能儀表在測量過程自動(dòng)化、測

21、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，這樣電路也可簡化。stc 公 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 18 頁司的 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-is

22、p 在線編程，使程序?qū)懭敫臃奖?，提高了調(diào)試效率，縮短了開發(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 萬次/秒。經(jīng)過放大電路的信號(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]到其他部分所帶來的干擾 ,8 位 a/d

23、 無法滿足系統(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 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 共 18 頁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

24、選擇在設(shè)計(jì)中，傳感器是一個(gè)十分重要的元件，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)來確定。一般來說，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)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。本

25、設(shè)計(jì)要求稱重范圍 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，具有過載保護(hù)裝置

26、。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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 18 頁rdrarcrbres bridge eineout圖 3 稱重傳感器原理圖本設(shè)計(jì)的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感器半橋式測量電路。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化。其測量原理：用應(yīng)變片測量時(shí)，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，

27、應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(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。由于其具

28、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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 共 18 頁 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

29、樣小的電阻變化既難以直接精確測量，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)

30、，可以利用普通運(yùn)放(如 op07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。一般說來，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)果適得其反，嚴(yán)重地?fù)p害了放人器的性能。 為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放人，其設(shè)計(jì)電