电子秤的设计报告Word格式.docx
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0~1.999KG。
二、系统概述
1.方案比较:
1)设计方案一
①.系统框图:
②.
系统设计思路、工作原理
压力传感器实现压电转换,将压力转换为电信号。
经过高精度差
动放大器放大后。
输入给模数转换器,转化为数字信号,由该数字
信号控制编码器的编码,从而控制数码管显示。
③该设计的优劣:
a.
优点:
每个模块的功能单一,且没有复杂的编程问题。
在整个系
统进行调试时,可以比较方便的对每个模块进行测试,能够迅速
3
找到出现问题的模块。
比较容易制作。
b.
缺点:
使用的芯片较多,信号的噪声较大,且数码管与编码器的
电路比较繁杂,在实际焊接中容易出现问题。
2)设计方案二
系统设计思路、工作原理:
经过高精度
差动放大器放大后。
输入给模数转换器,从而控制数码管显示。
功能单一,仅能作为日常生活使用。
不可有其他的功能扩
展。
2.方案比较
在介绍每个方案时已经对每个方案的优劣进行了阐述。
以下再对
每种方案的突出特点进行比较。
优点缺点
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元件/集成块
型号
功能
说明
ICL7107
双积分
转换
转换模-数信号
R1、R2、R3、R4
(2kg
称重传感器可代)
E350-ZAA
箔式电阻应变片
传感器
RP1
5K
电位器
方案一易于检查模块较多,
电路复杂
功能单一
方案二易于检查
模块最少,
电路简单
综述:
对于方案一,它的电路连接与方案二相比较为复杂。
且功能模
块也较多,没有方案二易于调试。
成本也相对较高。
这里也不采用。
综上所述,这次试验我选择了实验二为最终的设计方案。
其流程如下:
电阻应变
数码管
式传感器
输出信号
三.单元电路设计与分析
1.元器件清单表
显示电路
5
RP2、RP3
电源
+5V、-5V
直流电源
电阻
各阻值共
13
块
24k
47k
100k
1k
10k
1m
5k
精密金属膜电阻
电容
各容量共
0.1u,
0.47u
0.22u
110p
0.02u
积分电路中不能
用瓷片电容
差动放大器
Ina114ap
Lg5011bsr
2、电子称工作原理
当被称物体放置在电子秤的称台上时,起重量便通过称体传
递给称重传感器,传感器随之产生力-电效应,将物体的重量转换成
与被称物体重量成一定函数(一般成正比关系)关系的电信号(电
压或电流),此信号经放大电路放大、滤波后传达给
转换器进
行转换,数字信号经一定的电路进行输出显示。
由于本次课设我们
使用的是硬件电路,采用芯片
ICL7107,这个芯片是
3
位半的
ADC
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转换芯片,一般的万用表上使用的芯片,很经典的双积分
AD,带
显示驱动,可以直接把显示数码管与芯片连接进行显示,电路结构
比使用单片机来做简单得多,原理也清楚明了。
3.测量电路:
电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变
化
再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。
在这
里,我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。
并应根据测量
对象的要求,恰当地选择精度和范围度。
(1)电阻应变式传感器的组成以及原理:
电阻应变式传感器简称电阻应变计。
当将电阻应变计用特殊胶
剂粘在被测构件的表面上时,则敏感元件将随构件一起变形,其电
阻值也随之变化,而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系,
进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。
通过应变计在
构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接,即可测得重力、变形、
扭矩等机械参数
(2)电阻应变式传感器的测量电路:
电阻应变片的电阻变化范围为
0.0005—0.1
欧姆。
所以测量电路
应当能精确测量出很小的电阻变化,在电阻应变传感器中做常用的
是桥式测量电路。
桥式测量电路有四个电阻,电桥的一个对角线接
入工作电压
E,另一个对角线为输出电压
Uo。
其特点是:
当四个桥
臂电阻达到相应的关系时,电桥输出为零,否则就有电压输出,可
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E
R5
R6
R1
R3
利用灵敏检流计来测量,所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。
测量电桥如图:
它由箔式电阻应变片电阻
R1、R2、R3、R4
组成测量电桥,测
量电桥的电源由稳压电源
E
供给。
物体的重量不同,电桥不平衡程
度不同,指针式电表指示的数值也不同。
滑动式线性可变电阻器
RP1
作为物体重量弹性应变的传感器,组成零调整电路,当载荷为
0
时,调节
使数码显示屏显示零。
4.差动放大电路:
(1)
原理:
本次设计中,要求用一个放大电路,即差动放大电路,主要的
元件就是差动放大器。
在许多需要用
转换和数字采集的单片机
系统中,多数情况下,传感器输出的模拟信号都很微弱,必须通过
一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大,才能满足
转换器对
输入信号电平的要求,在此情况下,就必须选择一种符合要求的放
大器。
仪表仪器放大器的选型很多,我们这里使用一种用途非常广
泛的放大器,就是典型的差动放大器
ina114ap。
它只需高精度和几
只电阻器,即可构成性能优越的仪表用放大器。
广泛应用于工业自
动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。
本设计中差动
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放大电路结构图如下:
∞
A1
ViR7
放大倍数的推导过程:
I=
Vo=(R8+R7+R8)I
Vi2
2R8
=(1+
)Vi,
R7
则
Avf=1+
Vi1
-
A2
R8
Vo
放大电路与
ICL7107
的连线示意图如下:
5V
V+
IN-
R7=
5.1
K
R8=30K
1M
RP3
IN+
Vref+
Vref-
Rp2
COM
5.A/D
转换:
转换的作用是进行模数转换,把接收到的模拟信号转换成
数字信号输出。
在选择
转换时,先要确定
转换的位数,该
设计运用的是双积分式
转换器
ICL7107,A/D
转换误的位数确
定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关,系统精度
涉及的环节很多,包括传感器的变换精度,信号预处理电路精度
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转换器以及输出电路等。
(1)ICL7107
双积分型的
A/D
转换器的特点
a.直接输出
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段译码信号b.ICL7107
直接驱动
LED
c.位十进制
转换器d.双积分型电路
(2)双积分
转换器结构与原理
常见
转换器的转换方式有积分式和非积分式两类(如逐次
逼近比较式
转换器),双积分式
转换器的基本组成如图,
它由积分器、比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器及时钟脉
冲源等电路所组成。
四、总体工作电路原理图
数显电子秤具有准确度高,易于制作,成本低廉,体积小巧,
实用等特点。
其分辨力为
1
克左右,在
2
千克的量程范围内经仔细
调校,测量精度可比较高。
7107
数码管显示电
路
称重传感器放大电路
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这个图是前端的测量放大电路
下面的仿真图就是
TC7107
与硬件的连接,只不过为了简便起见
我们用一个滑动变阻器代替压力传感器,用一个运算放大器代替三
运放。
从图上可以看出我们用了五个数码管,其中上边的那个是作
为比较,如果输入没超过量程,数码管闲事
1,超出量程,数码管
显示为
0。
本次仿真结果的量程为
0.000-1.999,不过由于存在误差,
数码管最小显示为
0.002。
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五、调试
调试过程
(1).首先在秤体自然下垂已无负载时调整
RP1,使显示器准确显示
零。
(2).再调整
Rp2,使秤体承担满量程重量(本电路选满量程为
千
克)时显示满量程值。
(调节
Rp2
衰减比)
(3).然后在秤钩下悬挂
千克的标准砝码,观察显示器是否显示
1.000,如有偏差,可调整
RP3
值,使之准确显示
1.000。
(调节反
向定值积分时间
λ=
2n
Vref
Vi)
(4).重新进行
2、3
步骤,使之均满足要求为止。
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(5).最后准确测量
RP2、RP3
电阻值,并用固定精密电阻予以代替。
可引出表外调整。
测量前先调整
RP1,使显示器回零。
六、系统方案总结
工作原理数显电子秤电路原理如上图所示,其主要部分为电阻
应变式传感器
及
IC2、IC3
组成的测量放大电路,和
IC1
及外围元件组成的数显面板表。
传感器
R1
采用
E350~ZAA
箔式
电阻应变片,其常态阻值为
350
测量电路将产生的电阻应变
量转换成电压信号输出。
将经转换后的弱电压信号进行放大,
作为
转换器的模拟电压输入。
IC4
提供
l.2V
基准电压,它同
时经
R5、R6
RP2
分压后作为
转换器的基准电压。
3-1/2
位
A/D,转换器
的参考电压输人正端,由
中间触头引入,
负端则由
的中间触头引入。
两端参考电压可对传感器非线性误
差进行适量补偿。
当然,可能还有这样那样的问题,特别是非线性误差方面的问
题,在实际的制作中可以加以完善。