电子秤的设计与制作.docx

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1、一.设计思路1.1用什么显示测量值。1.2电阻应变式传感器（测量范围为2kg,其分辨力为1克，测量精度0.5%RD1字）。1.3弹性敏感元件1.4自感式传感器（根本变间隙自感式传感器，差动变间隙式传感器，螺管型电感式传感器）二.选材21具有重量值的显示功能；数码管（共阴,共阳）；共阴一一高电平驱动；共阳一一低电平驱动；1.CD一一单片机（硬件系统，软件系统）硬件一一接口电路；软件.一一应用；2.2传感器：2.2.1 电阻应变式传感器（电阻应变片）金属电阻应变片利用金属电阻的应变效应原理制成的。半导体应变片-利用半导体材料的压阻效应原理制成。2.2.2 压电传感器2.2.3 电容式传感器2.2.

2、4 电阻应变式传感器3 .弹性敏感元件的选用；a）柱式弹性元件b）薄壁圆简C）悬臂梁4 .转换电路；.A/D或D/A转换电路；三.整体设计方案（框图）。3.1 系统总体设计方案比拟与论证在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种：方案一数码管显示方案结构简图如下列图所示：此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件局部简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件局部简单，虽然可以实现电子秤根本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设

3、定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能到达显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机,系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。方案二前端信号处理时，选用放大、A/D转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的1.CD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。结构简图如下列图所示：点。但其缺点是外围电路比拟复杂,编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来一定的难度。鉴于本电子秤的设计并不太复杂，单片机完全能实现所

4、需功能，我们考虑材料有限，也由于我们刚接触，学的还不多。所以在臬体设计时,采用了第一种设计方案。时钟芯片3.2 数据采集局部的方曼确耳一传感谈械义:装置。Ii籁传期受规并投照一定感器由皴感元件和加元件且成。量的向曲将传现代科&开M1.类社耳曲敏规律搜耐用粘出信号的器件或感元指传感器能直接感受被测州邮1UMinJ量的电信号局部。进入子信息时优，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传

5、感器的地位与作用特别重要。方案一压力传感器压力传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定外表产生电荷的压电效应。压力传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点：高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。方案二电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检

6、测压力、力、位移以及振动学非电参量。电容传感器的根本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应(两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化)时，其电容量为(2.1)式(2.1)中d两极板间的距离；A一一两平行极板相互覆盖的有效面积；r介质的相对介电常数；o真空中介电常数。假设被测量的变化使式中d、A、J三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：(1)小功率、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因C太小，故

7、容抗Xc=UoC很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=42c,C很小，那么P也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。(2)初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。方案三电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为aRZR后，由于应变量及相应电阻变化一般都很

8、微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的4RR变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强,但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下列图为一直流供电的平衡电阻电桥，&接直流电源E：图2.6传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥,即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有：=(2.2)当满足条件R1R3=R2R4时，即R/=RJ(2.3)mo=0,4o式(2.3)称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而

9、使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。假设差开工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R,R4=R+ZR,按式(2.2),那么电桥输出为=kE(2应变片式传感器有如下特点：(1)应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。(2)分辨力和灵敏度高，精度较高。(3)结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。(4)商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。通过以上对传感器的比拟分析，最终选择了第三种方案。3.3电源系统电源分为：串并联稳压、三端集成稳压、开关稳压。此次设计的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波

10、电路和稳压电路四个局部组成，如图图2.10稳压电源组成图(1)三端集成稳压：由于本次设计的电路需要多电源，所以采用三端集成稳压进行级联。采用1.M317、1.M337共地可调式三端稳压器电源1、1.M317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为：Vo=1.25(lRPR)o1.M337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和1.M317及1.M337组装，操作比拟简单。电路图如下所示：图2.111.M317与1.M337组装电路2、采用7805,

11、7905,7812和79用组成稳压电路7805,7905固定式三端稳压器可输出5V,固定式三端可调稳压器7812和7812组装电路可对称输出12v,其电路图如下图.图2.121.M317与1.M337组装电路综合以上考虑将选择三端集成稳压3. 4A/D转换器选择及简介方案一:逐次逼近型A/D转换器，如：ADS7805ADS7804等。逐次逼近型A/D转换，一般具有采样/保持功能。采样频率高，功耗比拟低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。但考虑到所转换的信号为一慢变信号，

12、逐次逼近型A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。方案二:双积分型A/D转换器：如：IC1.7135.IC1.7109等。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢（如：IC1.7135）,具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于1O3M）,可自动调零，超量程信号，全部输出于TT1.电平兼容。方案三:采用V/F变换该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案可不用A/D芯片，V/F转换器上把电压信号转换为频率信号的期间，有良好的精度、线性和积分输入特点，它的应用电路简单，外围元件性

13、能要求不高，对环境适应能力强，转换速度不低于一般的双积分型A/D期间，且价格较低。目前，V/F直接处理技术得到了广泛应用。当前12位以上的A/D转换器价格昂贵,人们正在寻找新的途径来取代它,其中V/F变换器便是一种较好的选择。由于集成V/F变换器件具有高精度、高线性度,而且外接电路和与整个系统由测量电桥，信号调理电路，A/D转换器，单片机，显示器组成。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，以模拟信号的方式输出。经过了信号调理电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，滤波，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，传送到单片机后进行调整，最后由显示电路显示数据。四.电路调试(1)首先在秤体自然下垂已无负载时调整RPl,使显示器准确显示零。(2)再调整Rp2,使秤体承当满量程重量(本电路选满量程为2千克)时显示满量程值。(调节Rp2衰减比)(3)然后在秤钩下悬挂1千克的标准祛码，观察显示器是否显示1.O()0,如有偏差，可调整RP3值，使之准确显示1.000。(4)重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止。(5)最后测量RP2、RP3电阻值，并用固定精密电阻予以代替。RPl可引出表外调整。测量前先调整RPl,使显示器回零。