基于電阻應(yīng)變片數(shù)字顯示握力計(jì)的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)基于電阻應(yīng)變片數(shù)字顯示握力計(jì)的設(shè)計(jì)摘要:本文描述了基于電阻式應(yīng)變片傳感器設(shè)計(jì)的電子測(cè)量握力計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)由51單片機(jī)控制，通過(guò)液晶屏自動(dòng)顯示所測(cè)握力的大小。其電路構(gòu)成主要有測(cè)量電路，差動(dòng)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換，顯示電路。測(cè)量電路利用電阻式應(yīng)變器件將物體的力量信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)大小的電信號(hào)，通過(guò)差動(dòng)放大電路將電信號(hào)放大到AD芯片能夠識(shí)別的范圍內(nèi)從而能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，最終在液晶上顯示所測(cè)的握力。關(guān)鍵詞：電阻應(yīng)變式傳感器、差分放大器、1602液晶Figures

2、based on resistance strain gauge dynamometer designPaul Chang Bin Health Core Exhibition spend JunjieHuanghuai CollegeAbstract: This paper describes the resistive strain gauge sensors based on the design of electronic measuring dynamometer and implementation. The system consists of 51 single-chip co

3、ntrol, through the LCD screen automatically displays the measured size of grip. The circuits are measuring circuit, differential amplifier, A / D conversion, display circuit. Measurement circuit using resistive strain the power of the device to an object the size of the signal into corresponding ele

4、ctrical signals, electrical signals through the differential amplifier circuit will be amplified to the AD chip to identify within which can convert electrical signals into corresponding digital signals, finally measured in the liquid crystal display on the grip.Keywords: strain sensor, a differenti

5、al amplifier, 1602一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字顯示握力計(jì)，可以顯示出當(dāng)前的力量值。2用數(shù)字顯示被測(cè)力量。1.2設(shè)計(jì)思路數(shù)字顯示握力計(jì)的測(cè)量過(guò)程是把被測(cè)物體的力量通過(guò)電阻式應(yīng)變片傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。由于這一信號(hào)通常都很小，需要進(jìn)行放大，放大后的模擬信號(hào)經(jīng)由模/數(shù)芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再通過(guò)顯示器顯示出力量大小。1.3工作原理當(dāng)被測(cè)物體（主要是手臂力量）使用數(shù)字顯示握力計(jì)檢測(cè)時(shí)，其力量使握力計(jì)彈簧變形便通過(guò)電阻應(yīng)變片傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)，將物體的力量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(電壓或電流)。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）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片

6、機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的判斷、分析，再送到顯示電路。二、方案設(shè)計(jì)與論證2.1整體方案通過(guò)電阻應(yīng)變片產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路把信號(hào)放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片TCL2543進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于此芯片可直接用于數(shù)字顯示，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量直接用數(shù)碼顯示器進(jìn)行顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是外部電路非常簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)較高的精度。三、電子元器件的選取3.1傳感器的選擇電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè)量范圍廣,壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。3.2運(yùn)算放大器的選擇市場(chǎng)上有已成形的集成運(yùn)算放大器，如AD620儀用放大器能直接用于該設(shè)計(jì)的放大部分，且集成芯片相對(duì)于

7、自己用單運(yùn)放搭接的運(yùn)放電路具有更穩(wěn)定的性能，誤差更小；但集成運(yùn)算放大器價(jià)格相對(duì)較高，而且自己搭接的運(yùn)放電路其誤差范圍已經(jīng)基本滿足本設(shè)計(jì)的要求，所以我們選取OP07單運(yùn)放搭接差分運(yùn)算放大器的方式，同時(shí)一定程度上鍛煉了模擬電路的實(shí)踐能力。3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)芯片的選取根據(jù)本課題的要求，要滿足最低檔位的分辨率，必須選取位數(shù)較高的A/D芯片，串行的TLC2543芯片驅(qū)動(dòng)程序相對(duì)并行A/D復(fù)雜一點(diǎn)，但根據(jù)市場(chǎng)零售價(jià)格比較，該芯片是滿足要求的最便宜的芯片，本著開(kāi)發(fā)項(xiàng)目盡量縮減成本的原則我們最終選取了該芯片。3.4顯示器的選擇選取SMC1602a LCM點(diǎn)陣型液晶對(duì)放大以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。四、各硬件模塊

8、的具體實(shí)現(xiàn)方案系統(tǒng)硬件包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集及放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、自動(dòng)換檔模塊、數(shù)碼管顯示模塊。4.1電源模塊由于系統(tǒng)硬件有OP07，而運(yùn)放電路要求正負(fù)9V電源，故此整個(gè)放大電路需要的電源可以直接用可充電的鋰電池。4.2傳感器模塊電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路而最后顯示或記錄被測(cè)量值的變化。在這里，我們用電阻應(yīng)變式傳感器作為測(cè)量電路的核心。并應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。4.3、差動(dòng)放大電路數(shù)字顯示握力計(jì)使用電阻應(yīng)變?nèi)珮蚴絺鞲衅?其核心是由電阻應(yīng)變計(jì)(應(yīng)變片)構(gòu)成的電橋電路,這類傳感器具有成本低、精度高且溫度穩(wěn)定性好的特點(diǎn)

9、。但其檢測(cè)原理決定該類傳感器輸出電壓低,要經(jīng)過(guò)差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于A/D轉(zhuǎn)換。一般說(shuō)來(lái)，傳感器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級(jí)甚至微伏級(jí)，需要外部放大電路來(lái)獲得足夠的增益。儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動(dòng)放大器。它只需高精度OP07和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表、電氣測(cè)量等數(shù)字采集的系統(tǒng)中。OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低和開(kāi)環(huán)增益高的

10、特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。4.4、A/D轉(zhuǎn)換在實(shí)際的測(cè)量和控制系統(tǒng)中檢測(cè)到的常是時(shí)間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對(duì)應(yīng)的電信號(hào)是模擬電信號(hào)。模擬量要輸出顯示，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，LCM點(diǎn)陣型液晶才能接收、處理。五、系統(tǒng)調(diào)試51調(diào)試過(guò)程（1）首先在握力計(jì)無(wú)負(fù)載時(shí)確保顯示器準(zhǔn)確顯示零。（2）然后握力臂施以不同的力量，觀察顯示器是否準(zhǔn)確顯示力量大小，如有偏差，采樣十五次求平均值。（3）零位穩(wěn)定是影響握力計(jì)精度非常重要的因素，因受溫度或其它因素影響將引起零位不穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為零漂

11、。由于零漂的影響，零輸入信號(hào)時(shí)，輸出可能不為零，為消除這個(gè)零位漂移值，采用零位補(bǔ)償技術(shù)，零位補(bǔ)償就是把這個(gè)零漂值儲(chǔ)存起來(lái)，每一數(shù)據(jù)采集時(shí)減去這個(gè)數(shù)值，得到的數(shù)值就是消除零漂的有效信號(hào)。六、系統(tǒng)功能該數(shù)字握力計(jì)，測(cè)量范圍分成四檔，01.999Kg、019.99Kg、0199.9Kg、01999Kg。用數(shù)字顯示被測(cè)握力，小數(shù)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)不同的量程顯示，且具有量程自動(dòng)切換功能，能適應(yīng)不同層次的人群。七、設(shè)計(jì)總結(jié)目前，市場(chǎng)上的小型數(shù)顯握力計(jì)很少但是其正朝著小型化、高精度、智能化方向發(fā)展。TCL2543采用較小的封裝，尺寸很小，所需的外圍器件也很少，滿足了握力計(jì)小型化的需求；其內(nèi)置各種控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，并且可以通過(guò)SPI接口方便地控制和讀取這些寄存器，滿足了握力計(jì)智能化的需求。在電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)中，我們花了大量的時(shí)間和精力進(jìn)行資料查閱和方案論證，結(jié)合自己所學(xué)，認(rèn)真解決每一個(gè)功能模塊中遇到的問(wèn)題。我們還用仿真軟件Proteus 6 Professional 進(jìn)行某些功能模塊的仿真，收到了很好的效果。八、參考文獻(xiàn)1 張毅剛單片機(jī)原理機(jī)應(yīng)用北京：高等教育出版社，20032 王化祥、張淑英傳感器原理及應(yīng)用天津：天津大學(xué)出版社，20071 閻