电子称设计.docx
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电子称设计
课程设计
题目：
电子称设计与制作
院系：
机电工程学院
专业：
应用电子技术
指导老师姓名：
肖兴达
设计时间：
2010.05.30
电子秤设计
第一节绪论………………………………………………………
1.1本设计的任务和主要内容…………………………………
1.2基本工作原理及原理框图…………………………………
第二节硬件电路的设计………………………………………………
2.1电阻应变式传感器的选择……………………………………
2.2三运放大电路的设计……………………………………………
2.3ADC0809A/D转换器…………………………………………
2.4LED显示电路的设计………………………………………………
2.5总体工作电路原理图………………………………………………
第三节软件的设计……………………………………………………
第四节设计总结…………………………………………………………
参考书籍…………………………………………………………………
程序附图……………………………………………………………………
第一节绪论
摘要
本课程设计的电子秤以单片机、金属箔应变片为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。
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，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。
而三运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。
ADC0809A/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。
关键字传感器单片机电子称电阻应变片LCD显示器
1.1本设计的任务和主要内容
设计目的
1掌握金属箔应变片的工作原理及应用；了解应变测量仪的工作原理及其应用。
2通过设计、安装、调试等实践环节，提高学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力。
实验任务
1设计制作一个电子秤，量程为2Kg，传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁需自行粘贴应变片）。
2安装、调试电子秤系统。
首先应进行调零、标定，然后再对系统进行稳定性、漂移、重复性、线性等参数的测试和分析。
3运用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路
4设计一款电子秤，用LED液晶显示器显示被称物体的质量
5电路由全桥测量电桥，三运放大电路，A/D转换电路，LED显示电路
6写出详细的实验报告
实验基本器材
应变片（型号：
3×5电阻值：
1200.2基底：
纸基）
数字万用表
运算放大器
ADC0809A/D转换器
芯片80318155
LED显示器
1.2基本工作原理及原理框图
基本工作原理框图如下：
图1.2-1基本工作原理框图
电路方框图如下：
图1.2-2电路方框图
第二节硬件的设计
2.1传感器的选择
2.1.1电阻应变式传感器的组成以及原理
电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。
由电阻应变片和测量线路两部分组成。
常用的电阻应变片有两种：
电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。
电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：
A.电阻丝温度系数引起的。
B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。
对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。
非线性误差是传感器特性中最重要的一点。
产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。
滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。
由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
图1.2-3应变式传感器安装示意图
全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：
R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uout＝KEε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
2.1.2电阻应变式传感器的测量电路
常规的电阻应变片K值很小，约为2，机械应变度约为0.000001—0.001，所以，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，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，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，或则就有电压输出，可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。
测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，我们在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。
Rw1
图1.2-4全桥测量电桥图
图1.2-5三运放大电路结构图
它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右，测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。
将差动放大器调零，合上电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V。
将10只标准砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V（2V档测量）或－0.200V。
拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.0000V。
重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。
成为一台原始的电子秤。
2.2三运放大电路
本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。
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。
图1.2-6三运放大电路结构图
2.3ADC0809A/D转换器
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
2.3.1ADC0809的内部逻辑结构：
由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
2.3.2引脚结构：
IN0－IN7：
8条模拟量输入通道
ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线：
4条
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。
当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。
A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。
通道选择表如下表所示。
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
数字量输出及控制线：
11条
ST为转换启动信号：
当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。
EOC为转换结束信号。
当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。
OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。
D7－D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线：
因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，
VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。
2.3.3ADC0809应用说明：
1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与8031直接相连。
2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。
3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
2.4LED显示电路设计
2.4.1LED显示器结构与原理
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。
在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。
这种显示块有共阴极与共阳极两种。
共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。
2.4.2LED显示器与显示方式
在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。
N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。
根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。
段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮，暗。
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。
我们使用的为动态显示LED动态显示方式。
在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的I/O口线控制。
图2.4-1LED显示电路图
2.4总体工作电路原理图
第三节软件的设计
;ADC0809通道IN0地址7FF8H
;8155PA口地址7F01H
;PB口地址7F02H
FLAGBIT7FH
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0013H
AJMPINT1
MAIN：
SETBIT1
SETBEA
SETBEX1
LCALLAD_SORT
LCALLBCD_SORT
LCALLDISLED
LCALLDELAY_LO
AJMPMAIN
AD_SORT:
MOVR0,#60H
SETRFLAG
MOVXDPTR,#7FF8H
MOVX@DPTR,A
WAIT:
JBFLAG,WAIT
RET
INT1:
MOVXA,@DPTR
MOV@R0,A
CLRFLAG
RET1
DLSLED:
MOVR3,#01H
MOVA,R3
LOOP:
MOVDPTR,#7F01H
MOVX@DPTR,A
INCDPTR
MOVA,@R0
ADDA,#0DH
MOVCA,@A+PC
DIR1:
MOVX@DPTR,A
LCALLTIM2
INCR0
MOVA,R3
JBACC.1,LOOP1
RLA
MOVR3,A
AJMPLOOP
LOOP1:
RET
TIM2:
MOVR7,#04H
DLT1:
MOVR6,#FFH
DLT2:
DJNZR6,DLT2
DJNZR7,DLT1
RET
BCD_SORT:
MOVA,@R0
RLA
MOVB,#10H
DIVAB
MOV@R0,B
INCR0
MOV@R0,A
RET
DELAY_LO:
PUSH0
PUSH1
PUSH2
MOV0,#01H;
DELAY_LO1:
MOV1,#00H
DELAY_LO2:
MOV2,#0B2H;
DJNZ2,$
DJNZ1,DELAY_LO2
DJNZ0,DELAY_LO1
POP2
POP1
POP0
RET
END
实验附件
1贴片工艺说明书
2试件受力分析
3试件表面处理：
试件表面的待测点应先用刮刀弄平整，仔细地除去漆、电镀层、锈斑、氧化皮、污垢等覆盖层。
然后用0
或1
砂布与应变片粘贴方向成45交叉打磨，打出一些条纹，这样可以加强胶的附着。
4划线定位：
在打磨表面用划针或铅笔轻轻划坐标线，即贴片方位线。
5检查应变片：
用目测检查应变片敏感栅，敏感栅应排列整齐，引出线牢固，基底与覆盖层之间的胶均匀无气泡。
应变片的阻值应为R00.5。
6贴片
①用脱脂棉球蘸丙酮等挥发溶剂对贴片表面进行擦洗，一般要擦洗2~3次，直到棉球没有油污为止。
此后，禁止用手触摸和用嘴吹待测表面。
②先在待测表面滴一滴502胶水，捏着应变片的引出线，用基底将胶水拖匀并形成一个薄层，轻轻校正应变片的方向，然后盖上一张玻璃纸，用手的拇指或食指从片头到片尾轻轻均匀滚压，把多余的胶水和气泡挤出，保证胶层尽可能地薄而均匀，直到应变片贴住为止。
注意：
滚压时，只能是垂直的，不要有旋转，以免应变片移动位置。
7准备导线。
8焊线：
把应变片的引出线与连接线焊接在一起。
9粘贴质量检查
①观察应变片位置是否正确，粘贴层是否有气泡和漏贴部分。
②用万用表测应变片敏感栅的电阻值，是否有短路和断路现象。
③用兆欧表测应变片引出线与试件表面的绝缘电阻，绝缘电阻要达50~100M。
10固定与保护
①固定应变片到应变仪之间的连接线。
②应变片焊好连接线后，要涂上保护层，保护层可用石蜡涂料、环氧树脂等。
这主要是防止大气中水分的浸入，或者在特殊条件下防止酸、碱、油等介质的浸入，并且还可防止机械损伤及引出线抖动和固定连接线的作用。
设计总结
随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。
智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。
而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。
传感器好比人体“五官”的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次课设中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的。
因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。
首先是传感器的精密度，它将直接影响电子秤的称重准确度。
课设时由于传感器发出的信号不是很稳定，所以称重时误差很大。
如果使用精密度较高的传感器，效果会好的多。
其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要分为信号放大、采集，然后进行A/D转换。
该阶段需注意的地方是对传感器输出的信号进行放大时，应选取合适的运算放大电路。
最好是预先计算好应放大的倍数，以便选取。
还有就是进行数据处理时，选取适当的数据转换系数，使输出满足量程要求。
参考文献
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61-
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