测控电路设计实践.docx

1、测控电路设计实践 测控电路设计实践报告 题目 人体电子秤设计 院 系 仪器科学与光电工程学院 专 业 测控技术与仪器 班 级 测控1303 学生姓名 2013010472杨通香2013010460郭健宁 指导老师 郑青玉、那云虓、李东、王小飞 实验时间 2016 6 26-2016 7 8 目 录1、课程设计目的及意义.32、系统设计的主要任务.33、总体设计方案.44、电路设计及调试.54.1称重传感器电路.54.2放大电路.64.3比较电路.84.4报警系统.105、实验数据分析与处理126、电路设计过程中的问题及调试.14七、电路系统实物验证.15八、总结16一、课程设计目的及意义测控电

2、路课程设计是测控电路课程体系的一个重要组成环节，独立实践教学环节是对测控电路理论部分的必要补充。课程设计内容为典型测控系统电路设计，通过课程设计，使学生完成测控系统任务分析、电路总体设计、单元电路设计以及电路调试等各个环节。掌握有关传感器接口电路、信号处理电路、放大电路、运算电路、显示电路以及执行部件驱动电路等内容在测控系统中的使用方法。了解有关电子器件和集成电路的工作原理。在课程设计中，做到理论联系实际，加深对理论知识的进一步理解，提高分析问题和解决问题的能力。本课程设计以AD620、LM741、与门电路为核心，进行智能人体电子秤的设计,并详述该系统硬件的设计方法。该系统集称重、显示、报警于

3、一体,功能齐全,实用性强，充分利用了电路分析、模拟电路、测控电路、信号分析与处理、传感器等课堂上学到的知识，有机的将所学到的知识融合在一起，投入到实际运用中，便于对知识的综合掌握及运用。二、系统设计的主要任务任务：设计一个人体电子秤测量系统。要求：1）基本要求最大称重：150KG 用3位半数字显示表头显示体重，输入电压范围0-2V,当体重大于W1时，点亮LED1，发出声音提示；当体重小于W2时，点亮LED2，发出声音提示。2）提高部分提高线性度可以设置W1和W2;语音提示；自由发挥 三、总体方案设计本系统主要由称重传感器模块、滤波放大电路模块、调零模块、报警电路模块、LCD显示模块等部分组成。

4、人体的体重信息由称重传感器转换成电信号,并通过测量电路进行滤波放大,通过显示电路进行显示,如体重超出设定范围系统还会报警。图1：系统结构框图四、电路设计及调试4.1称重传感器电路称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件。选用适当传感器,用来感知被测量,当物体放在秤盘上时,压力传给传感器,该传感器发生形变,从而使阻抗发生变化,电桥失去平衡,传感器输出一个变化的模拟信号。图2：称重传感器电路图3：AD620引脚配置框图放大电路采用四个半桥式传感器构成全桥。当压力传感器受到外力，RV4与RV5拉伸，电阻变大，RV2与RV3压缩，电阻变小，故产生输出电势差，并输入芯片AD620中，通过其进行放大。4.

5、2放大电路AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低(最大电源电流仅1.3 mA)，因此非常适合电池供电的便携式(或远程)应用。增益方程式为： G =48.9 k/R G + 1 G是放大倍数，RG是连接在1管脚和8管脚的可调电阻。AD620主要技术指标:带宽: 800MHz输出功率: 2. 4mW功率增益:120dB工作电压: 正负3V-正负15V静态功耗: 0. 48mW输入失调电压: 小于等于60uV转换速率: 1. 2V/LS 封装形式:DIP8 工作

6、温度范围: -55到+125摄氏度电路连接：图4：620放大调零电路图5：调零电路 AD620的2、3引脚接压力传感器的信号输入，7引脚接7.3V的高电平，4引脚接-5V的低电平。5引脚为调零端口，电路连接为调节RV9可以输出一个调零电压。达到初始化调零的作用。4.3比较电路利用三个741芯片组成的比较电路。利用3管脚上的滑动变阻器，改变其阻值，使3管脚的标准电压改变。当2管脚的输入电压大于3管脚的标准电压，741输出低电平，三极管无法导通，LED灯与蜂鸣器不工作。反之，当2管脚输入电压小于3管脚的标准电压，741输出高电平，三极管导通，LED灯与蜂鸣器工作。（一）最大测量上限比较电路：图6：

7、上限电压比较电路电路连接原理说明：用741设计的比较器电路，741的7引脚接+5V，4引脚接-5V电势，3引脚接AD620的6引脚输出。7242引脚接标准电压调节电路：图7：设置上限标准电压电路调节RV7=1.2/10k，741的2引脚输出为0.8V。根据比较器的原理，当AD620的6引脚的输出电压大于0.8V时，741的6引脚输出高电平，导通NPN三极管，点亮LED1灯，蜂鸣器响起。达到上限报警功能。超过80KG是报警。（二）最小测量下限电路：图8：最小测量下限电路图9：下限电压比较电路（1）使用芯片74LS08与门电路，将两个参考下限电压与起来，所以在两个下限电压之间才会输出高电平。图10

8、：与门电路当Vo小于0.1时电路输出低电平，不报警，即电子秤上不站人。当输出电压在0.1到0.152之间时，输出为高电平，报警，此时表明电子秤人的重量大于10Kg小于15Kg。当电压值在0.152到0.8之间时，电路输出为低电平，不报警，可正常测量体重。当电压值大于0.8时，电路输出为高电平，报警，表示超重。4.5报警系统图11：蜂鸣器元器件：蜂鸣器、LED灯蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）、硅（Si

9、）等的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。当达到报警需要的条件时，比较器相应输出口输出高电平，使二极管导通，然后使得蜂鸣器和LED灯工作。图13：共用报警电路图12：下限电压报警电路（1）电路说明：比较器的原理同上限，U2的741设置的比较标准电压为0.15V电压，U5的741设置的标准电压为0.1V，当AD620的输出电压小于0.152的电压时与大于0.1V时a3输出高电平，点亮LED2灯，使蜂鸣器响起。达到在15-10KG的重量时报警。总电路图：图14.总电路图五、 实验数据分析与处理实际测量放

10、大倍数：（1）620原始输入：0.02mv620原始输出：1.5mv620放大后输出：0.590v（2）620原始输入：0.02mv620原始输出：1.9mv620放大后输出：0.669v（3）620原始输入：0.2mv620原始输出：2.4mv620放大后输出：0.842v理论计算放大倍数：电位器电阻：128.2分析：测量的放大倍数和理论放大倍数的差距在误差允许的范围之内，但是有点波动，经查明原因是由于噪声的干扰引起的。测量误差计算：标准重量（KG）1056.866.884.6测量重量（KG）9.857.267.984.8图15：标准体重与输出电压曲线图横坐标是AD620的输出电压，纵坐标是

11、传感器承受的重量。蓝线表示标准曲线，红线是电路测线曲线。两条线几乎重叠，说明误差很小。9.25k+7.3v1.2/10k上限电压比较器电阻计算：下限电压比较器电阻计算：+7.3v9.42k0.139/10k+7.3v9.3k0.202/10k六、电路设计过程中的问题及调试电路设计过程中的问题：差模放大电路起初用的是AD204,因为AD204比AD620更加精准，但是由于实验室没有AD204，且AD204的价格比AD620要高很多，所以最终选择的差模放大电路用的是AD620。电路调试过程中的问题：问题1：起初接入传感器时，AD620放大输出的电压超过正常值，输出4.80V。经过查明，是因为调零电

12、路给出的电压是-2.1V。解决方法：将调零电路的电压端口接到+5V。这样就可以给出一个正值的参考电压，达到调零效果。问题2：下限的比较器设置为0.10V-0.152V，在AD620输出电压为这个区间里面时候，LED灯会亮起，蜂鸣器会亮起。但是，电路检测出来的结果是，当AD620输出的电压在0.1V以下时，LED灯才会亮起蜂鸣器响起。解决方法：由于设置下限报警是用一个与门实现的，但是现实中74LS08芯片并没有发挥预期的效果，经过检测，发现把74LS08芯片的输入的两个引脚直接短接，出来的结果可以达到与门的效果。电路检测没有问题。问题3：由于起初接入传感器时，调零后还会有波动，开始以为是噪声问题

13、，于是接上50HZ的巴斯沃特低通滤波器。接入低通滤波器后，测试的结果是LED灯和蜂鸣器不灵敏了，LED灯是还没到的报警重量就开始闪，蜂鸣器的叫声很沙哑。解决方法：把低通滤波器从电路中去掉，因为比较器出来的电势变化是阶跃的，加了滤波器以后波形变得平滑了，所以才会出现上面的问题。至于有波动，是正常现象，因为实验室里本来就有细微的电势变化，经过传感器和AD620的放大以后，就变得有点波动，但是波动也只是0.01级别的波动，不影响正常测量。七、电路系统实物验证图16：下限报警启动如图，把一个10KG的物体放在秤上，测得重量是10.2KG。刚好达到10-15KG的下限，绿灯亮起，蜂鸣器响起。图17：上限

14、80KG报警启动当超过80KG时，红灯会亮起报警。图18：上限停止报警低于80KG时上限红灯灭，停止报警。八、总结经过两个星期的课程设计，从最开始的了解任务详情，到整理思路，再到设计电路，然后搭电路，最后调试查错。我们实践学习中学习到了很多关于电路的知识。整理思路:我们的任务是设计一个电子秤，要求在较轻的质量测量时，电路会报警，提示质量较轻。如果质量太大，也会报警。知道这两个要求以后，我们便有了思路，可以用两个比较器实现。于是便开始设计了两个741芯片的计较器。我们打算用一个全桥电路来模拟压力传感器的输出，以便和信号放大调零的电路。我们查询资料，决定用四个电位器模拟全桥电路，用AD620作为信号放大芯片。设计电路：我们用的是protues8.0的电路仿真软件。在设计电路的过程中，我们经过在软件上仿真，模拟调试电压和电阻，确定电路安全可靠。最后把电路设计出来以后，能够正确地仿真。搭建调试电路:搭建和调试电路是计较麻烦和耗时间的工作，这个工作有我们一起完成，在调试的过程中出现了很多问题，我们经过电路的原理分析，最终得以解决。在这次的测控电路的课程设计中，我们学会了一些基础的电路故障排查方法，并且能够设计一些简单的电路系统。参考文献：电工学秦曾煌 2009年六月第七版传感器原理及检测技术 梁福平 2014年2月第一版测控电路及应用 史红梅 2011年1月第一版