電子秤設計機械測試技術.

1、摘要電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術、電子技術和計算機技術一體化的電子稱量 裝置，才能滿足并解決現(xiàn)實生活中提出的“快速、準確、連續(xù)、自動”稱量 要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程 控制的應用要求。本課程設計的電子秤是利用全橋測量原理， 通過對電路輸出電壓和標準重量 的線性關系，建立具體的數(shù)學模型，將電壓量綱V改為重量綱g即成為一臺原始 電子秤。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，本設計采用全橋測量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差 更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。而三運放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模 擬信號進行一定倍數(shù)的放大

2、，以滿足 A/D轉換器對輸入信號電平的要求。A/D轉 換的作用是把模擬信號轉變成數(shù)字信號， 進行模數(shù)轉換，然后把數(shù)字信號輸送到 顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。關鍵詞：一體化；全橋測量原理；傳感器第一章數(shù)字電子秤簡介1.1數(shù)字電子秤的基本原理1第二章 數(shù)字電子秤的構成 22.1傳感器錯誤！未定義書簽。2.2三運放大電路22.3間接比較型模式轉換器ADC 32.4 CT74LS290計數(shù)器介紹62.5集成二進制一七段譯碼驅動器介紹 7第三章設計總結錯誤！未定義書簽。第四章附錄10第五章.參考文獻 13一、數(shù)字電子秤簡介電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術、電子技術和計算機技術一體化的電子稱量裝置

3、，才能滿足并解決現(xiàn)實生活中提出的“快速、準確、連續(xù)、自動”稱量 要求，同時有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程 控制的應用要求。1.1數(shù)字電子秤的基本原理數(shù)字電子秤一般由以下5部分組成：傳感器、信號放大系統(tǒng)、數(shù)轉換系統(tǒng)、 顯示器、和量程切換系統(tǒng)。其原理圖如圖 1.1所示。圖1.1原理圖電子秤的測量過程實際是通過傳感器將被測物體的重量轉換成電壓信號輸 出，放大系統(tǒng)把來自傳感器的微弱信號放大， 放大后的電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉換把 模擬信號轉換成數(shù)字量，數(shù)字量通過顯示器顯示重量。1圖2.1全橋測量電橋圖(其中激勵電壓：9VDC12VDC輸入阻抗:405 10Q極限過載范圍：150%;

4、使用溫度范圍：-20 C+60C第二章、數(shù)字電子秤的構成2.1傳感器電子秤傳感器的測量電路通常使用橋式測量電路，它將應變電阻值的變化轉換為電壓或電流的變化，這就是傳感器輸出的電信號。電橋電路有四個電阻， 其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓U,另一個對角線為輸出電壓 Uq其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電 橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確 地測量微小的電阻變化。測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)， 在制作的過程中應盡量選 擇好元件，調(diào)整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。V0輸出為02mv)靈敏度：

5、2 0.1mV/V 輸出阻抗:350 3 Q安全過載范圍：120%2.2三運放大電路我們將采用三運放大電路，主要的元本次課程設計中，需要一個放大電路， 件就是三運放大器。在許多需要用A/D轉換和數(shù)字采集系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，傳 感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放 大，才能滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種 符合要求的放大器。IKIK100K-IIIK1OOK vx 43 ii i / iii_i10K KW4 10K 丄圖22三運放大電路結構圖為使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，傳統(tǒng)上，設計秤重、測力、轉矩及壓力測量系統(tǒng)時， 輸出的數(shù)據(jù)更精確

6、廣泛采用全橋接電阻傳感器的方法。本設計采用全橋測量電 路。大多數(shù)橋接傳感器都要求較高的激勵電壓（通常為10 V），同時輸出較低的滿量程差動電壓，約為2 mv/v。傳感器的輸出通常由儀表放大器加以放大。2.3間接比較型模式轉換器 ADC2.3.1雙積分ADC簡介間接比較型A/D轉換器是先將模擬信號電壓變換為相應的某種形式的中間信號，然后再將這個中間信號變換為二進制代碼輸出。雙積分式ADC就是一種首先將輸入的模擬信號變換成與其成正比的時間間隔，然后再在這段時間間隔內(nèi)對固定頻率的時鐘脈沖信號進行計數(shù)的 A/D轉換器，所獲得的計數(shù)值就是正比 于輸入模擬信號的數(shù)字量。雙積分ADC電路由積分器、比較器、計

7、數(shù)器、參考電壓源、電子切換開關、 邏輯控制及CP信號幾部分組成，原理框圖和積分波形如圖 2.3.1,232示?；聲r圖2.3.1原理圖計數(shù)諾圖2.3.2積分波形圖圖232所示為雙積分ADC原理圖，圖中So, Si為模擬開關，控制邏輯包 括一個n為計數(shù)器，附加觸發(fā)器Fc,模擬開關驅動電路Lo，Li及門Gi, G2等。轉換開始前，令轉換控制信號 Vs=0計數(shù)器和附加觸發(fā)器均置0, So閉合， 電容器充分放電，Voi=O。當Vs=1以后,So斷開，A/D轉換開始。分下面兩個階 段：1) 通過2次積分將V轉換成相應的時間間隔。轉換開始時t=o,S 1與V接通，2) V通過R對C充電，積分器輸出電壓負向線

8、性變化，積分器對V在oti時間積分。tiVi當 t=t 1 時，Voqt1) =Vidtt1、oRC式中，V為ot1時的輸入模擬電壓的值。t2,完成A/D轉換。通過R對C反向充電，Vo1逐漸上升,3) 量化編碼階段。利用計數(shù)器對已知的時鐘脈沖計數(shù)至 從t=t1開始，S1與參考電壓一VREF接通， 經(jīng)t2 11時間間隔，Vo=o。t (Ft -(t 2 -t2ViVo(t 汗V 0:(1 )1 VREd 工tRC所以T2 =t 2_t 1 丄“Vref因為VREF和t1為定值，所以T2與V成正比，即將V變換為與它成正比的 時間間隔在T2階段，將CP (周期為Tc)送入計數(shù)器計數(shù),12ti ViT

9、c VrefD-1控制門G1J圖2.3.3雙積分A/D裝換器原理圖由此可見，計數(shù)器計數(shù)所獲得的數(shù)字量正比于輸入模擬電壓。雙積分A/D轉換器工作波形如圖234所示。它具有工作性能穩(wěn)定的優(yōu)點， 輸出數(shù)字量與積分器時間常數(shù)無關，對干擾（如工頻干擾等）有很強的抑制作用, 但該電路轉換速度低。a神圖2.3.4雙積分A/D裝換器工作波形圖2.4 CT74LS290計數(shù)器介紹由雙積分A/D裝換器轉換出的數(shù)字脈沖進入 CT74LS29計數(shù)器中進行計數(shù)進 位計算其工作原理如下當輸入第19個脈沖時，百分位片計數(shù)；十分位片、個位片、十位片的CP0 未出現(xiàn)脈沖下降沿，因而保持計數(shù)“ 0”狀態(tài)不變；當輸入第10個脈沖時

10、，百分位片返回計數(shù) “0”狀態(tài)，其Q3輸出一個下 降沿使十位片計數(shù) “ 1”，因此輸出讀數(shù)為 QsQQQ，Q Q2 Qi Q = 00010000， 即計數(shù) “0. 10”。當輸入第1119個脈沖時，仍由百分位片計數(shù)，而十分位片保持 “ 1” 不變，即計數(shù)為“ 1119” ；當輸入第20個脈沖時，個位片返回計數(shù)“ 0” 狀態(tài)，其Q3輸出一個下降沿使十位片計數(shù)“ 2”，即計數(shù)為“ 0.20”。以后以 次類推。當輸入第101109個脈沖時，十分位片計數(shù)；個位片的CP0未出現(xiàn)脈沖下 降沿，因而保持計數(shù)“ 0”狀態(tài)不變；當?shù)?10個脈沖時，十分位片返回計數(shù)“0”狀態(tài)Q 3輸出一個下降沿使個位片計數(shù) “

11、 1”，因此輸出讀數(shù)為Q 3Q 2Q 1Q oQ 3Q 2Q1Q oQ3Q2Q1Qo=000100000000,即計數(shù)“ 1.0 0”當輸入第111119個脈沖時，仍由十分位片計數(shù)，而個位片保持“ 1”不變，即計數(shù)為“ 11111 9”；當輸入第120個脈沖時，十分片返回計數(shù)“ 0” 狀態(tài)Q 3輸出一個下降沿使十位片計數(shù)“ 2”，即計數(shù)為“2 .0 0”。以后以次類 推。由個位向十位進位時步驟和上面一樣。綜上所述，該電路構成10000進制四位異步加法計數(shù)器。G0Q：G 4Q：Q；Q：44 f ff f f f-I 一計數(shù)J_ 一 _L J_ 一I一ET 誓出CT74LS290CT74LS290

12、眼蘇S?A甌%RgB XRfltR, i； So； S；rCT74U29iCP0圖2.4計數(shù)器工作原理圖2.5集成二進制一七段譯碼驅動器介紹輸出的信號分別Q 3 .Q0進入集成二進制一七段譯碼驅動器中，集成二進 制一七段譯碼驅動器的使用端 BI/RBO LT和RB的功能如下所述：消隱（滅燈）：輸入BI在低電平時有效。當BI為低電平時，不論其余輸入 狀態(tài)如何，所有輸出無效，數(shù)碼管七段全暗，無顯示?？捎脕硎癸@示的數(shù)碼閃爍， 或與某一信號同時顯示。在譯碼時，BI應接高電平或懸空（TTL）。燈測試（試燈）：輸入LT在低電平時有效。在BI/RBO為高電平的情況下， 只要LT為低電平，無論其輸入時什么狀態(tài)

13、，所有輸出全有效，數(shù)碼管七段全亮。 可用來檢驗數(shù)碼管、譯碼器和有關電路有無故障。在譯碼時，LT應接高電平或懸空（TTL）。脈沖消隱（動態(tài)滅燈）：輸入RBI高電平或懸空（TTL）時，對譯碼器無影響。 在BI和LT全為高電平的情況下，當RBI為低電平時，若輸入的數(shù)碼是十進制的 零，即0000,貝吐段全暗，不加以顯示；若輸入的數(shù)碼不是十進制的零，則照 常顯示。顯示數(shù)碼時，有些零可不顯示。例如， 003.80中百位的零可不顯示，則十位的零也可不顯示。小數(shù)點后第二位的零，如不考慮有效數(shù)字的零稱為冗余零。 脈沖消隱輸入RBI為低電平，就可使冗余零消隱。脈沖消隱（動態(tài)滅燈）：輸出RBO和消隱輸入BI共用一個

14、管腳，當它用作輸 出端時，與RBI配合，共同使冗余零消隱。以3位的十進制的零是否要顯示，取 決于百位是否為零，有否顯示。這就將要用圖（8）電路中的RBC進行判斷。在 RBI和A3、A2、A1、A0全為低電平時，RBC俞出低電平；否則，輸出高電平。百 位為零（及百位的 A3、A2、A1、A0全為低電平），而且被消隱（及百位的 RBI 也為低電平），則百位的RBC和十位的RBI全為低（因為二者連在一起），其余數(shù) 碼照常顯示。若百位不是零，或是未使零消隱，則百位的RBC和十位的RBI全為 高電平，使十位數(shù)的零不具備消隱條件，而好其他數(shù)碼一起照常顯示。74IS48引腳功能表一七段譯碼驅動器功能幾設計總

15、圖見附錄圖 2.5.1 74LS48驅動共陰極數(shù)碼管原理圖三、設計總結3.1實驗過程中遇到的問題及解決方法 面包板測試測試面包板各觸點是否接通。 七段顯示器與七段譯碼器的測量把顯示器與cd4511相連，第一次接時，數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字，檢查后發(fā) 現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的，接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字， 用萬用表檢測 后，發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的， 所以確認芯片是否接觸良好是非 常重要的一件事。 時間計數(shù)電路的連接與測試六進制、十進制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的老問題，只要重新插 過芯片就可以解決了。但在六十進制時，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是 100進制的，而不是六

16、十進制，檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都 沒有問題。最后，在重對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的，改過之后，顯示就 正常了。 校正電路因上面程因引腳接錯而造成錯誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的， 在測試時，開始進行時校時時，沒有出現(xiàn)問題，但當進行到分校時時，發(fā)現(xiàn)計數(shù) 電路的秒電路開始亂跳出錯。因此，電路一定是有地方出錯了，在反復對照后， 發(fā)現(xiàn)是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的， 因此，在接線時一定要注意把不要的多余的線拿掉。74ls48引腳功能表-七段譯碼驅動器功能表十進數(shù)輸入BI/RBO輸出備注 v/TDv TR或功能LTRBID C B Aabc

17、defg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H111000018Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0 0 0 0L00000003LTLxx x x xH11111114Vco五、參考文獻1. 高吉祥等.電子技術基礎試驗與課程設計.北京.電子工業(yè)