电子秤学习报告docWord下载.docx

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　　按数据输出类型分：

模拟传感器（输出为模拟量信号，如电压、电流等）和数字传感器（输出为直接的数字信号，如公斤、吨等）。

　　按使用温度分：

常温传感器（适用于日常工作环境的通用传感器）、高温传感器（是一种专用传感器，适用于冶金、核电等高温环境中）和低温传感器（是一种专用传感器，适用于低于-30℃的低温环境，如冷冻实验）。

　　按结构分：

柱式、桥式、轮辐式、悬臂梁式等。

　　按工作方式分：

电阻式：

价格适中、精度高、使用广泛;

电容式：

体积小、精度低;

磁浮式：

特高精度、造价高;

油压式：

现市场上已淘汰。

　　4.传感器的特性：

　　1.额定载荷;

2.输出灵敏度;

3.非线性;

4.滞后;

5.重复性;

6.蠕变;

7.零点输出影响;

8.额定输出温度影响;

9.零点输入;

10.输入阻抗;

11.输出阻抗;

　　12.绝缘阻抗;

13.容许激励电压;

（5-18V）

　　5.传感器的特点：

（1）.数字式传感器向仪表输入的是数字信号，如数量、重量等；

模拟式传感器向仪表输入的是模拟量信号，如电压、电流等。

数字式传感器除了具有模拟式传感器的一切优点外，还有以下优点：

　　①.抗干扰能力很强：

不受温度变化的影响，不受电磁干扰；

　　②数字直观显示，故障容易发现、检修：

每只传感器受力的状况或轻微变化都能在仪表上直观的显示出来，出现故障很容易发现并找出是哪只传感器的故障；

（2）.模拟式传感器由接线盒向仪表输入若干只传感器灵敏度的统一值（几只传感器的灵敏度不同，必须统一输出），并不能反映每只传感器的具体情况，其缺点是：

属于新兴传感器，虽然其良好性能已经得到验证，但维修技术还不是特别成熟和普遍，一旦发生故障，维修、换件不太方便，容易耽误客户使用。

　　（3）.柱式传感器的特点是：

成本低，体积小（携带、维修方便），密封性能良好，对于潮湿环境很适用，承载能力强；

其缺点是灵敏度低（如果添加或减少的重量比较小，则不容易从仪表上显示出来）、稳定性低（容易漂移，读数不准），在一定范围之内抗偏载、抗侧向能力比桥式好，必须安装限位装置（如我司2#岗、槽车地磅）。

　　（4）.轮辐式传感器：

传感器本身的高度低，能承受很大的侧向力；

抗偏载，对作用力点的变化不敏感；

适用于轴重仪等秤体高度低的秤。

　　（5）.悬臂梁式传感器有以下特点：

抗偏载能力强、准确度高，传感器受拉伸与压缩时，灵敏度基本相同，所以特别适用于同时受拉和压的测量；

外形低、体积小、重量轻，易于安装和维修；

缺点是满量程准确度不高。

　　（6）.桥式传感器的特点是：

灵敏度高，稳定性强，能自动复位（因为桥式传感器带有钢球），不用安装限位装置；

缺点是：

在一定范围内，容易受侧向力的影响，误差比柱式大。

（如我司改造前的槽车地磅）

　　6.传感器的组成：

　　电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外

　　力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

下面就这三方面简要论述。

（一）．电阻应变片

　　电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。

他的一个重要参数是灵敏系数K。

我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。

当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为

　　R：

R=ρL/S（Ω）（2—1）

　　当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。

设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。

此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

　　对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。

我们有：

　　ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2（2—2）

　　用式（2--1）去除式（2--2）得到

　　ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S（2—3）

　　另外，我们知道导线的横截面积S=πr2，则Δs=2πr*Δr，所以

　　ΔS/S=2Δr/r（2—4）

　　从材料力学我们知道

　　Δr/r=-μΔL/L（2—5）

　　其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。

μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有

　　ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L=（1+2μ（Δρ/ρ）（/ΔL/L））*ΔL/L=K*ΔL/L（2--6）其中K=1+2μ+（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（2--7）

　　式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

　　需要说明的是：

灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在

　　1.7—3.6之间；

其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

　　在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不

　　方便常常把它的百万分之一作为单位，记作με。

这样，式（2--6）常写作：

ΔR/R=Kε（2—8）

（二）.弹性体

　　弹性体是一个有特殊形状的结构件。

它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；

其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变电信号的转换任务。

　　设有一带有孔的长方体悬臂梁。

孔底部中心是承受纯应力，但其上、下部分将

　　会出现拉伸和压缩应力。

主应力方向一为拉伸，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。

下面列出孔底部中心点的应变表达式。

　　ε=（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3）（2--9）其中：

Q--截面上的剪力；

E--扬氏模量：

μ—泊松系数；

B、b、H、h—为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是―局部‖情况，而应变片实际感受的是―平均‖状态。

　　三、检测电路

　　检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。

因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

传感器由三部分组成，分别是：

弹性体、应变电阻片和检测电路。

　　弹性体的作用是：

传递重物本身重力并施加给应变电阻片；

使应变电阻片产生理想的变形，能真实反映力的大小。

　　变电阻片的作用是：

受力变形，本身电阻值发生变化。

　　检测电路的作用是：

将电阻变化情况转换为电信号输出。

　　★检测电路

　　现在各种称重传感器中，采用的检测电路大都为惠斯顿电桥的变形。

它的功能是把电阻应变片感受到应变后，产生的电阻变化转变为电压信号输出。

　　设有四个电阻ABCD?

?

分别将电阻A和电阻B串联,电阻C和电阻D也串联，然后把上述两者并联在一起，最后将并联电路中电阻A和电阻B之间与电阻C和电阻D之间用一根导线连接起来，这样的电路就叫惠斯顿电桥?

　　惠斯顿电桥有四个桥臂若只有一个桥臂的电阻阻值发生变化，则我们常称之为四分之一桥；

若有两个桥臂的阻值发生变化，我们常称之为半桥；

若四个桥臂的阻值均发生变化，那么，我们就称之为全桥。

因为全桥式等臂惠斯顿电桥的灵敏度高，各臂参数一致，容易抑制各种干扰，所以在称重传感器中，得到了广泛的应用。

如图：

四个电阻R1，R2，R3，R4如图联接，在AC上加入激励电压Vi，我们来观察输出电压V0有多大。

　　若我们认为V0=0时，称之为电桥平衡，那么，电桥平衡的条件是R2?

R4-R1?

R3=0，即R2?

R4=R1?

R3。

也就是说，只要电桥二对边阻值的乘积相等，那么，电桥就平衡了，它的输出等于零。

　　上面所说的是任意的惠斯顿电桥均有的特性。

但称重传感器中采用的多为等臂电桥，即四个桥臂的初始阻值是相同的，即R1=R2=R3=R4，也就是说，阻值若不发生变化，V0=0。

　　现在，我们让桥臂在原始阻值都相等的条件下，各有一个小的增量加减（见图中R下面括弧中所示。

并把它们在（13）式中表达出来。

）

　　这就是全惠斯顿电桥输出和输入（激励电压）的关系。

V0和?

R是线性关系。

如果，在桥中，只有一个桥臂的阻值有变化，即是四分之一桥的话，可推得V0将会减小到四分之一，并出现较大的非线性。

　　如果，在桥中，有二个桥臂的阻值发生变化，即所谓半桥的话，可推得V0将会减小到二分之一，并随着不同的桥臂组合而出现非线性较大或较小的两种情况。

若是R2增加?

R，R1减小?

R，则V0和?

R之间有较好的线性；

若是其它组合，则会使V0和?

R之间的线性关系变坏。

　　在前面的叙述中，我们假设了桥的四个臂的初始阻值都相等，并且各个桥臂电阻的变化量的绝对值都相同（均为?

R）。

但在不同结构的称重传感器中，即使各桥臂的初始值相同，它的变化量也不尽相同，例如采用立柱式弹性体的称重传感器和立筒式弹性体的称重传感器即是如此。

　　另有一个要注意的问题是：

我们推导中，使用的（11）（12）式，VB和VD是电位，V0是两点之间的电位差。

所以要测试V0的值时，使用的测试仪表必须有极高的输入阻抗，因为此仪表跨接在BD之间，它的接入将会影响式（11）和（12）的准确性。

　　7.制造材料：

　　现在常见的传感器的材质有3种

　　钢传感器：

主要用在食品、化工、医药等有腐蚀性环境的场所；

　　合金钢：

用于无腐蚀性环境的场所；

　　铝合金：

一般用在量程小、价格低的场所。

　　8.传感器的防护：

　　传感器的内部维护主要是内部每个焊点要保证焊牢、焊实。

外部维护主要是信号线要耐老化、绝缘性要好，防止信号线挤压、扭曲、冲拉等。

传感器信号线汇集到接线盒时一般都会长一段，这段线应如何处理?

　　应予以保留，不能剪掉。

剪掉后会导致数据漂移、跳动，也会导致灵敏度偏（如果信号线电阻足够大，则每剪掉10米，就会使满量程输出值增加20-40公斤，会引起四角误差）。

　　9.传感器的选型：

　　称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。

用传感器茵先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。

（1）.环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：

　　①高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。

对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；

另外，必

篇二：

电子秤报告

　　测控技术与仪器专业

　　《传感器技术》课程设计任务书

　　课题：

电阻应变式电子秤

　　班级测控学生姓名学号

　　指导教师张青春

　　淮阴工学院

　　电子与电气工程学院

　　XX年6月

　　目录

　　1.系统方案设计1.1概述1.2系统方案框图2.工作原理2.1检测原理2.2传感器选择2.3测量电路介绍2.4误差分析与修正

（1）系统误差

（2）随机误差3.系统软件设计3.1软件设计方法3.2测试系统流程图3.3系统软件4.系统调试与验证5.课程设计体会与总结

　　附录：

1、参考资料2、元器件表

　　基于电阻式应变片式传感器的电子秤设计

　　1.系统方案设计1.1概述

　　电子秤作为现代生活中不可或缺的一部分，在各行各业显现出其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量秤，成为测量领域的主流产品。

　　本文设计的电子秤以单片机为核心控制部件，用C语言作为编程语言来进行软件设计，以全桥压力传感器作为压力感受部件,制作出一套测量范围

在0～1.999kg，最小分度值为0.001kg的电子秤。

压力传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。

所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。

然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。

其数据显示部分采用LCD显示，成本低且能很好地实现所要求的功能。

1.2系统原理框图

　　本高精度电子秤系统可分为单片机控制电路、A/D转换电路、复位电路、传感器、时钟电路、LCD显示、滤波电路等几部分，其系统组成如图1所示。

　　电子秤的测量过程是把重量这种非电参数转换电参数即电压，并通过信号调节电路进行放大，把微弱的电压信号，mV级的转换成V级的电压信号，再通过A/D转换器将电信号转换成数字信号送给单片机处理，单片机实现软件清零，软件调整，软件控制等功能，对A/D转换器发送的信息进行处理，送入LCD显示电路，由显示电路输出测量结果。

整个系统实现了用单片机来控制输出，在线性度的确定过程中，需要对程序进行反复的修改，最终实现设计的要求。

2.工作原理2.1检测原理

　　电阻式应变片传感器是通过电阻的应变效应进行测量。

　　系统通过传感器将压力这种物理量转化为电信号，即传感器内部的电阻应变片感应到压力后，电阻发生微小变化，通过全桥测量电路将电阻的微小变化转化成电压的微小变化，ADC0832将信号调整到A/D能采集的范围，然后由A/D进行采集转换，接着把采集到的8位高低电平通过DOUT送到单片机进行处理，单片机处理后，把数字信号输送到显示电路中，由显示电路输出测量结果。

2.2传感器的选择

　　本课题采用电阻式应变片传感器，因为其在小重量的测量上具有较好的线性关系。

并且该传感器是我们最熟悉的一种，上课和实验都接触到，比较了解，

　　图1系统组成框图

　　设计起来比较容易。

　　我们选择具有过载保护的SP20C-G51，内部惠斯顿电桥具有抑制温度变化的影响，抑制干扰等特点。

其工作原理图如下图所示：

　　图2全桥应变式传感器

　　其输出电压为：

　　Eout=R2×

R4/（R2+R4）×

（△R1/R1+△R2/R2+△R3/R3+△R4/R4）×

Ein在传感器实验课上，我们研究了电阻应变式压力传感器的输入和输出关系。

通过研究我们实验中测量的数据，我们发现：

输入的重量和经放大器放大的电桥输出电压值成线性关系。

其结果如下表所示：

　　运算电路、显示电路将测量的重量和显示的数值的线性系数求出来，就可以在数码管上显示出物体的重量。

2.3测量电路介绍

　　2.3.1STC89C52单片机性能介绍

　　STC89C52是一种低功耗、高性能8位微控制器，具有8K的可编程flash存储器[5]。

使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

内512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHZ，6T/12T可选。

片上flash允许程序存储器在线可编程，也适于常规编程器[6]。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统上可编程闪烁存储单元，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。

　　图3STC89C52单片机复位、晶振电路图

　　2.3.2STC89C52单片机引脚功能

　　VCC：

电源。

　　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在闪烁编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻[6]。

　　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

　　P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送“1”。

在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在闪烁编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

　　P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

　　RST：

复位输入。

当晶振工作时，RST引脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。

　　EA/VPP：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。

为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。

在闪烁编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

　　XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

篇三：

电子秤的设计报告

　　电子秤的设计报告

　　学号：

1605111班级：

测控111姓名：

　　绪论

　　手提电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。

是家庭购物使用的首选。

其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。

A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

　　一、课题任务与要求

　　1.设计题目：

便携式电子秤的设计报告2.任务与要求：

　　1）设计一个LED数码显示的便携式电子称。

2）采用电阻应变式传感器。

3）称重范围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）设计方案二①.系统框图：

　　②.系统设计思路、工作原理：

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。

方案一

　　优点易于检查

　　缺点

　　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：

　　功能单一

　　三．单元电路设计与分析

　　1.元器件清单表