電子配料秤課程設(shè)計

1、遼寧工業(yè)大學(xué) 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）題目：電子配料秤院（系）： 電氣工 程 學(xué) 院專業(yè)班級： 電氣091 學(xué) 號 090303007 學(xué)生姓名： 張寶全 指導(dǎo)教師 _教師職稱 _起止時間 _ 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號090303007學(xué)生姓名張寶全專業(yè)班級電氣091課程設(shè)計（論文）題目電子配料秤課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計參數(shù)：（1）在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將不同物料按一定重量比例配置進行混合加工，現(xiàn)設(shè)計一種加料重量計量裝置，用于配料生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)1. （2）設(shè)計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：（3）配料精度優(yōu)于百分之一。（4）配料重量

2、連續(xù)可調(diào)，料滿自動停止加料（5）工作穩(wěn)定可靠設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目錄第1章電子配料秤設(shè)計方案論證1

3、1.1 電子配料秤的應(yīng)用意義1 1.2 電子配料秤設(shè)計的要求及技術(shù)指標11.3 設(shè)計方案論證11.4 總體設(shè)計方案框圖及分析2第2章電子配料秤各單元電路設(shè)計32.1 傳感器路設(shè)計32.2 傳感器放大電路設(shè)計42.3 比較器電路設(shè)計62.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計7第3章電子配料秤整體電路設(shè)計93.1 整體電路圖及工作原理93.2 電路參數(shù)計算103.3 整機電路性能分析10第4章 設(shè)計總結(jié)11參考文獻11電子配料秤設(shè)計方案論證1.1電子配料秤的應(yīng)用意義配料工序是工廠中關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。配料是采用特定的配料裝置，按照飼料配方的要求，對多種不同品種的飼料原料進行準確稱量的過程。配料裝置的核心設(shè)備是電子配料秤。

4、配料秤性能的好壞，將直接影響配料質(zhì)量的優(yōu)劣。在電子配料秤的使用當中，人們常用配料精度來評定配料秤的性能好壞。配料精度實際上是對稱量結(jié)果與真值的接近程度的一種描述，也就是對配料系統(tǒng)誤差與隨機誤差的一種反映。采用微機控制進行稱重配料，可以對稱量誤差進行自動補償，保證配料的準確性，還可以通過微機的鍵盤和顯示器方便地進行人機對話，完成參數(shù)設(shè)置，檢查和修改工藝設(shè)定值，并監(jiān)視稱重配料的生產(chǎn)過程，發(fā)現(xiàn)故障及時報警。使用微機還可以調(diào)用管理程序，通過建立的模型自動完成對稱重配料系統(tǒng)的控制。因此，采用微機控制稱重配料系統(tǒng)，可降低原料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的科學(xué)管理。而電子配料秤成本低，制作簡單，測量準確

5、，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。1.2電子配料秤設(shè)計的要求及技術(shù)指標1. 配料精度優(yōu)于百分之一。2. 配料重量連續(xù)可調(diào)，料滿自動停止加料。3. 工作穩(wěn)定可靠。1.3設(shè)計方案論證方案一：通過秤重電橋產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7799進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入單片機，有單片機進行數(shù)據(jù)處理和對A/D轉(zhuǎn)換的控制，再有單片機輸出顯示信號，通過顯示電路進行顯示。此方案的優(yōu)點是可控制性好，電路簡單，缺點是數(shù)據(jù)量大且存儲器存儲容量有限。但要求是用我們所學(xué)的數(shù)字電路知識，運用簡單數(shù)字芯片進行設(shè)計，單片機需要編寫程序進行數(shù)據(jù)處理。故我們不采用。但是次電路過于復(fù)雜方案二

6、：其電路構(gòu)成主要有傳感器電路電路，差動放大電路，比較器電路，首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測量電路測出物質(zhì)的重量信號，再將模擬信號放大傳送。其次，由比較器把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號與預(yù)設(shè)的信號進行一定比較從而得到配料的多少這里采用第二種方案1.4總體設(shè)計方案框圖及分析圖一首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測量電路測出物質(zhì)的重量信號，再將模擬信號放大傳送。其次，由比較器把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號與預(yù)設(shè)的信號進行一定比較其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。而差動放大電路的

7、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，對輸入信號電平的要求。 電子配料秤各單元電路設(shè)計2.1傳感器驅(qū)動電路設(shè)計圖三如圖所示為壓力傳感器的驅(qū)動電路，A1與晶體管VT構(gòu)成驅(qū)動電路，這里采用VT進行電流放大，由穩(wěn)壓二極管VS的穩(wěn)壓電壓Uz通過A1加到RP上，因此RP上的電壓等于穩(wěn)定電壓Uz.于是Iz=Uz/RP.由于電壓Uz恒定不變，因此，輸出電流Iz有RP來決定。這樣，調(diào)節(jié)RP1的阻值就能夠得到供給給壓力傳感器所需要的電流Iz.2.2傳感器及放大電路設(shè)計圖四電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多

8、的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計者設(shè)計，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動

9、電流太大，同時應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。 如圖所示A1,A2為壓力傳感器的放大電路采用兩個運算放大器構(gòu)成的差動放大電路，增益Av=R3/R4。差放的基本性能是指差放對差模信號的放大能力和對共模信號的抑制能力。(1)差模電壓增益差模電壓增益分為單邊差模電壓增益Avds1(或Avds2)和總差模電壓增益Avd,它們定義為：(2-2-1)(2-2-2)可見，在電路參數(shù)相同的條件下，若為差放雙端輸出方式時，差模電壓增益和單管放大電路相同；而單

10、邊差模電壓增益為單管放大電路的一半。(2)差模輸入電阻差模輸入電阻分為單邊差模輸入電阻Rids和雙端差模輸入電阻Rid。Rids是指從一個輸入端到地之間看進去的輸入電阻，定義為(2-2-3)(2-2-4)(3)差模輸出電阻差模輸出電阻分為單邊差模輸出電阻Rods和總差模輸出電阻Rod。Rods是指從一個輸出端到地之間看進去的輸入電阻，Rod是指從兩個輸出端看進去的輸入電阻。(1)對差模輸入信號的放大作用當差模信號vId輸入(共模信號vIc=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反，導(dǎo)致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出

11、電壓vod1、vod2大小相等、極性相反，此時雙端輸出電壓vo=vod1vod2=2vod1=vod,可見，差放能有效地放大差模輸入信號。要注意的是：差放公共射極的動態(tài)電阻Rem對差模信號不起(負反饋)作用。(2)對共模輸入信號的抑制作用當共模信號vIc輸入(差模信號vId=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相同，即vI1=vI2=vIc,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相同，導(dǎo)致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓voc1、voc2大小相等、極性相同，此時雙端輸出電壓vo=voc1voc2=0,可見，差放對共模輸入信號具有很強的抑制能力。此外，在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑

12、制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力。2.3比較器電路設(shè)計圖五如圖為比較器電路 比較器是用來比較輸入信號Vi和參考電壓Vref的電路比較器的門限電壓隨輸出電壓的變化而變化，可以用來控制加料的多少 比較器的基本特點:(1) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。(2) 開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。(3) 非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖9.4.3所示。當輸入電壓Vi從零逐漸增大，且ViVT時，Vo=Vom,VT稱為上限觸發(fā)電平。 2.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次級電壓u2較

13、小。2)整流電路：將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3，它包含直流成份和許多諧波分量。3)濾波電路：濾除脈動電壓u3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。該電壓往往隨電網(wǎng)電壓和負載電流的變化而變化。4)穩(wěn)壓電路：它能在電網(wǎng)電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標。本電路的目的是在第一級穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上實現(xiàn)線形高精度穩(wěn)壓，降低紋波，提高電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，最終達到題目的指標要求。原理如圖所示此電路繼承了DC-DC變換器的輸出電壓。在本電路中，首先輸入電壓在精密穩(wěn)壓源上產(chǎn)生一個穩(wěn)定的參考電壓，接到由運放組成的比較電路

14、的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過電阻分壓之后反饋至運放的負輸入端。運放的輸出電壓控制達林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的支流電壓。在輸入端電路加入了過壓保護，串聯(lián)了附加電路，用于消耗過電壓存儲的電磁能量，從而使過電壓的能理不會加到主開關(guān)的器件上，為了使主電路更安全，也加入了阻容吸收電路。至此輸入端電路設(shè)計完畢。電子配料秤整體電路設(shè)計3.1整體電路圖及工作原理首先，輸入電壓在精密穩(wěn)壓源上產(chǎn)生一個穩(wěn)定的參考電壓，接到由運放組成的比較電路的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過電阻分壓之后反饋至運放的負輸入端。運放的輸出電壓控制達林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的支流電壓。調(diào)節(jié)RP1的阻值就能夠得到供給給壓

15、力傳感器所需要的電流Iz差模信號vId輸入(共模信號vIc=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反，導(dǎo)致兩輸出端對地的電壓增量， 即差模輸出電壓vod1、vod2大小相等、極性相反，此時雙端輸出電壓vo=vod1vod2=2vod1=vod,可見，有效地放大差模輸入信號。共模輸入信號具有很強的抑制能力。此外，在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力。最后比較輸入信號Vi和參考電壓Vref的電路比較器的門限電壓隨輸出電壓的變化而變化，可以用來控制加料的多少。3.2電路參數(shù)計算SP30C系列壓力

16、傳感器的額定壓力，對于501為+-0.5/kgf/cm*cm，對于102為+-1.0kgf/0+-20mv;使用溫度范圍為-20到+80C;滿標度電壓為60到140mv;失調(diào)電壓為0+-20mv;.橋電阻為5K+-1K;驅(qū)動電流為1mv.電路中的A1構(gòu)成恒流源電路,調(diào)節(jié)RP2為SP30C傳感器提供1mA的驅(qū)動電流.由于SP30C無電零電路,因此用A2構(gòu)成調(diào)零電路,調(diào)節(jié)RP1使輸入為0時輸出也為0.A3到A5構(gòu)成儀用放大器對SP30C的輸出信號進行放大.3.3整機電路性能分析其電路構(gòu)成主要有測量電路，差動放大電路，比較器電路。其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳

17、感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測量裝置。而差動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，對輸入信號電平的要求。第4章 設(shè)計總結(jié)電子配料秤成本低，制作簡單，測量準確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點。在生產(chǎn)生活中占有重大的意義。 本設(shè)計主要應(yīng)用傳感器，放大器。尤其是傳感器應(yīng)用相當廣泛，值得我們?nèi)W(xué)習。通過課程設(shè)計，我了解并發(fā)很多電路原理，而且懂得了如何辨別電路中各個部分的作用。對模擬電子技術(shù)的認識得到了進一步的提高。針對模擬電子技術(shù)書本知識得到了進一步的鞏固，具體化就是加深了我對模電原理的結(jié)構(gòu)的理解。我的收獲很大。通過課程設(shè)計和在設(shè)計過程中遇到的問題的思考，有效的提高了我對電子電路的認識和理解，切實的提高了我的認知模電原理的能力，補全了我的不足。通過這次課程設(shè)計，我鞏固所了學(xué)過的知識，能用學(xué)過的功放，運放，負反饋設(shè)計電路。通過這次實際動手能力的培養(yǎng)，我進一步熟悉了電路的結(jié)構(gòu)和各元件使用方法，基本達到了能辨別電路功能，設(shè)計簡單的應(yīng)用電路的水平。參考文獻1：常健生主編 檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) 機械工業(yè)出版社 19972：陳爾紹編著 傳感器使用裝置 人民郵電出版社 19993：沙占友主編 智能儀表原理、使用與維修 電子