手提电子秤.docx

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手提电子秤

成绩评定：

传感器技术

课程设计

题目手提电子秤

摘要

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。

关键词：

电子秤  测量  显示

一、设计目的1

二、设计任务与要求1

2.1设计任务1

2.2设计要求2

三、设计步骤及原理分析2

3.1设计方法2

3.2设计步骤2

3.3设计原理分析4

四、课程设计小结与体会10

五、参考文献11

一、设计目的

 电子秤是日常生活中常用的电子衡器，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。

电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。

相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作、使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。

目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调整时间长，易损坏，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。

而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。

因此有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义.

二、设计任务与要求

2.1设计任务：

（1）整体电路设计（画出电路组成框图）； 

（2）信号检测电路设计； 

（3）信号放大电路设计，电路参数选取、数据计算； 

（4）Ａ / Ｄ转换电路设计； 

（5）显示电路设计。

 2.2设计要求：

（1）采用电阻应变式传感器组成测量电桥； 

（2）电路组成：

测量电桥、运算放大电路、Ａ / Ｄ转换、显示电路； 

（3）称重范围为：

2～５kg； 

（4）假设在实验装置上进行模拟实验，测量出需经实验确定的参数或系数。

三、设计步骤及原理分析

3.1设计方法

根据设计要求，选用电阻应变式传感器,它是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。

 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。

3.2设计步骤

首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到A/D转换器。

其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。

再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。

 具体方案如下：

图1

 安装芯片要点

（1）.辨认引脚：

芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。

（2）.关键点的电压：

芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。

第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 －3V 至 －5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。

芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入 ±199.9mV 的电压。

在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。

（3）.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。

芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。

（4）.注意接地引脚：

芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地。

（5）.比例读数：

把 31 脚与 36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之间，越接近 100.0 越好。

这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。

如果差的太多，就需要更换芯片了。

3.3设计原理分析

 1．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，可利用灵敏检流计来测量

测量电桥如图：

图2

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RP1使数码显示屏显示零。

这里若考虑系统高稳定性，可选用Tedea-Huntleig的2kg拉式称重传感器。

2．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A/D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A/D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，我们这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的差动放大器。

它只需高精度LM358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。

本设计中差动放大电路结构图如下：

推导过程：

I=

Vo=（R8+R7+R8）I

=（1+

）Vi，

则Avf=1+

图3

图4:

（2）所用芯片：

适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用  LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，运算放大器的场合。

3．A/D转换：

A/D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A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设计运用的是双积分式A/D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A/D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7段译码信号b.7107直接驱动LED

c.

位十进制A/D转换器d.双积分型电路

（2）双积分A/D转换器结构与原理

常见A/D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A/D转换器），双积分式A/D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。

图5

4.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。

图6

图7

四、课程设计小结与体会

目前，电子秤正朝着小型化、高精度、智能化方向发展。

ICL7106采用较小的封装，尺寸很小，所需的外围器件也很少，满足了电子秤小型化的需求；其内置各种控制寄存器和数据寄存器，并且可以通过SPI接口方便地控制和读取这些寄存器，满足了电子秤智能化的需求。

因此ICL7106是电子秤中模数转换器的想选择。

在电子技术的课程设计中，我花了大量的时间和精力进行资料查阅和方案论证，结合自己所学，认真解决每一个功能模块中遇到的问题．有时，为了解决一个具体问题，竟到了绞尽脑汁的地步． 

在设计完各个功能模块之后，我用Protel 99 SE绘图软件进行了各个模块的绘制，并最终绘制成一个总的电路原理图，收到了很好的效果。

但由于缺乏实践经验，电路中还有些功能不够完善，参数不够精确，而且抗干扰能力也不够好。

总之，在这次课程实际中，我学会了怎样把自己所学的书本知识应用到实处。

通过具体的操作，我掌握了各个功能模块的接口设计方法，无论是在设计思想还是在动手能力上都有了很大的提高。

从这次的课程设计中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，课程设计更是如此，只有经常的动手，理论与实际结合的过程中才开门看见外面的世界是如此之大，如同井底之蛙跳上井沿过程中要有很好的团结合作意识和责任感，积极的参与到实验设计的讨论中去，学习和听取别人的意见，我也主动的发表意见，用一个积极上进、激情乐观的态度面对每一天的实验设计生活，让我的学习生活丰富多彩。

五、参考文献 

【1】何道清张禾等.传感器与传感器技术[M]，科学出版社，2011年第2版；

【2】张琳娜，刘武发． 传感检测技术及应用[M]，中国计量出版社，1999；

【3】康华光等.电子技术基础模拟部分[M]高等教育出版社，2010年第4版；

【4】马家辰.MCS-51单片机原理及其接口技术[M]，哈尔滨工业大学出版社，1997；

【5】张毅刚等. 单片机原理及应用[M]，高等教育出版社，2011年第2版。

【6】松井邦彦. 传感器实用电路设计与制作，科学出版社，2007年第4版

【7】童诗白，华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社

【8】梅丽凤，王艳秋，汪毓泽.单片机原理及接口技术.239~255.  

【9】陈尔绍编著 传感器使用装置  人民邮电出版社  

【10】沙占友主编    智能仪表原理、使用与维修电子工业出版社