简易电子称设计报告
一款简易电子秤的设计

一款简易电子秤的设计文章介绍一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤的设计与制作。
系统主要分为单片机模块、传感与A/D模块、按键模块、显示模块等。
该电子秤可以数字显示被称物体的重量,且称重误差在要求范围之内,并可以设置单价(元/克),可计算物品金额并实现金额累加,且具有去皮功能,去皮范围不超过100g。
测试表明各项指标都符合设计任务要求。
标签:电阻应变片;A/D转换;LED一、设计要求设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤,电子秤的结构要求铁质悬臂梁固定在支架上,支架高度不大于40cm,支架及秤盘的形状与材质不限。
悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。
具体要求:(1)电子秤可以数字显示被称物体的重量,单位克(g)。
(2)电子秤称重范围5.00g~500g;重量小于50g,称重误差小于0.5g;重量在50g及以上,称重误差小于1g。
(3)电子秤可以设置单价(元/克),可计算物品金额并实现金额累加。
(4)电子秤具有去皮功能,去皮范围不超过100g。
二、方案论证(一)显示方案选择方案一:采用LCD液晶显示。
优点:控制方法简单;缺--点:显示内容有限,有些功能需要分页显示。
方案:采用LED显示。
优点:显示内容较多,多项功能可同时显示;缺点:控制稍复杂。
考虑两个方案的优缺点,在本系统中采用方案二。
(二)传感器设计方案本设计采用电阻应变片和铁质悬臂梁自制称重传感器。
设计过程中,用不同厚度的铁片,以及改变桥式连接的电阻应变片的相对位置,分别制作了多个传感器进行试验,最终选定灵敏度最好的进行系统联调。
(三)系统方案最终确定的系统由单片机系统、称重传感器、A/D转换模块、键盘模块、LED 显示模块等构成,调试时需外接一个电源。
三、理论分析与计算(一)电阻应变式称重传感器当传感器不受载荷时,弹性敏感元件不产生应变,粘贴在其上的应变片不发生变形,阻值不变,电桥平衡,输出电压为零;当传感器受力时,即弹性敏感元件受载荷P时,应变片就会发生变形,阻值发生变化,电桥失去平衡,有输出电压。
电子秤课程设计实验报告

1.2.1系统设计
根据设计要求,设计的主要内容如下:
1)利用电阻应变式传感器,并采用全桥测量电路
2)设计一款电子秤,利用OLED屏幕显示被称物体的重量
3)利用矩阵键盘对电子秤进行去皮,计价,录入价格的操作。
4)电路分成以下几个部分:
a.运放电路
b.电路的滤波及电压跟随器电路
其中adc.c如下:
#include "ProHead.h"
#include "ADC.h"
extern float mass;
extern float mass0;
extern float mass_get;
extern u8 danjia[4];
extern u8 danjia_point ;
float adc_get[1000];
c.单片机数据处理及控制电路,包括矩阵键盘,OLED屏幕等。
d.双电源供电及变压电路。
1.2.2 基本工作原理及原理框图
图一:基本硬件系统结构图
全桥电阻应变式传感器输入电压,当标准重物放置在传感器之上时,电阻值发生改变,使加载到全桥电路上的输出电压发生变化,变化范围约为3mV到10mV运用AD620N仪表放大电路将微弱模拟信号放大,并经过LM358搭建的电压跟随器电路滤波。送至STM32单片机中进行A/D模数转换,将模拟信号转变成单片机能够识别的数字信号,并且利用单片机控制整个电路的同时,处理数字信号,并且控制在OLED中显示实时结果。
PA5--DC PA6--SCLK(D0)
PA7--SDIN(D1) 3.3V--VDD+(非单片机引脚)
GND--GND(非单片机引脚)
单片机与传感电路的连接:
简易电子称设计报告

摘要本简易电子秤由数据采集、控制器和人机交互界面三部分构成。
其中数据采集部分由测量电路、差动放大电路与电压采集电路组成;测量电路采用4片电阻应变片组成的全桥电路。
差动放大把传感器输出的微弱模拟信号放大275倍,以满足A/D转换器对输入信号电平的要求;A/D转换器把模拟信号转变成数字信号,控制器把数字信号输送到显示电路中去。
控制器选用IAP15F2K61S2单片机,用按键来选择、确定功能,最后所有结果由OLED进行显示。
电子秤自带电源,并具有称重、设置单价、金额累计、去皮、超量程报警与语音播报等功能。
当电子秤称重范围为5.00g~500g。
当重量小于50g时,称重误差小于0.5g;重量在50g及以上,称重误差小于1g。
整个系统稳定,界面友好,转换精度高,人性化。
关键词:电子秤传感器A/D 控制器目录第1章方案比较论证与选择 (1)1.1整体设计思路 (1)1.2数据采集部分 (1)1.2.1测量电路 (1)1.2.2放大电路 (2)1.2.3电压采集电路 (2)1.3控制器部分 (2)1.4人机交互界面 (3)1.4.1按键 (3)1.4.2显示界面 (3)1.5系统设计框图 (4)第2章系统模块电路设计 (4)2.1数据采集部分 (4)2.1.1测量电路 (4)2.1.2放大电路 (5)2.1.3电压采集电路 (6)2.2控制器部分 (7)2.3人机交互界面 (7)2.3.1按键 (7)2.3.2显示界面 (7)2.4其他 (8)2.4.1系统电源 (8)2.4.2语音播报部分 (8)2.4.3固件升级接口 (8)第3章系统软件设计 (9)3.1软件设计工具与平台 (9)3.2软件设计思想 (9)3.3软件设计流程图 (10)第4章系统调试与测试 (10)4.1调试与测试所用仪器 (10)4.2调试过程 (10)4.3测试过程 (11)4.4测试结果 (13)4.5结果分析 (13)第5章设计总结 (14)参考文献 (14)附录 (15)第1章 方案比较论证与选择1.1整体设计思路此设计分为数据采集部分、控制器部分和人机交互界面三部分。
电子秤综合设计实验总结报告

电子秤综合设计实验总结报告本次电子秤综合设计实验是本人在大学所学的电子课程中重点实验,其主要内容涵盖了电路设计、电子元器件的应用、程序编写、现场实验等方面。
因此,本人在这次实验中深刻地领悟到了实践对于知识学习的巨大影响,同时也积累了宝贵的经验和知识,下面就是本人对本次实验的总结报告。
一、实验目的1、通过对秤的基本原理的分析,掌握电子秤的实现原理;2、通过对电子秤系统设计过程中各个关键组成部分的计算、选择和设计,提高自己解决实际问题的能力;3、熟悉电子元器件的使用方法,掌握CAD、PROTEUS等软件工具的使用方法,提高自己的实践能力;4、了解MCU应用的实践,并掌握MCU编程的应用。
二、实验内容1、电路设计本次实验的电路设计主要分为三个部分:采样电路、模数转换电路和LCD显示模块。
采样电路是用来采集称量物体的电压信号的电路。
电路中采用的是通用运放和电位器来调整参考电平,通过变压器进行防干扰处理,最后输出被称量物品的电压信号。
模数转换电路是用来将电压信号转换成数字信号的电路。
电路中采用的是ADC0804模拟数字转换芯片。
ADC0804是一种8位模数转换器,提供一个串行数据输出(SCLK)和一组并行数据输出。
在实际的电路设计中,需要为其提供时钟信号、底电平、参考电压等输入。
通过将采样电路输出的电压信号输入到ADC0804中,就可以获得相应的数字信号。
LCD显示模块是用来将数字信号转换成对应的重量值并用LCD屏幕进行显示的模块。
其中,在实现该模块时,需要利用MCU进行计算。
MCU根据采集到的数字信号进行计算,将结果转换为重量值。
最后,通过LCD液晶屏幕进行显示。
2、程序编写MCU主控制器选用AT89S52。
AT89S52是8位单片机,具有14个I/O端口,有可编程中断控制器、标准2线UART串行口、3个定时器/计数器、8KB的Flash程序存储器等等。
程序编写的主要内容包括:采集到的数字信号进行计算、将结果转换为重量值、数据显示等等。
电子秤设计实验报告心得

电子秤设计实验报告心得1.引言1.1 概述概述部分:电子秤设计实验是一项重要的实践课程,旨在让学生了解电子秤的工作原理、设计流程和实验步骤,通过手动设计和实验操作,深入理解电子秤的原理和实际应用。
本次实验旨在让学生通过设计和实验,掌握电子秤的测量原理和相关工程应用技术,培养学生的实践动手能力和创新思维,提高学生的实际应用能力和解决实际工程问题的能力。
通过本次实验,学生将学会基本的电子秤设计原理和实验操作,为将来从事相关领域的工作打下坚实的基础。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三部分。
引言部分概述了电子秤设计实验报告的背景和目的,同时介绍了本文的结构。
正文部分包括电子秤设计原理、实验步骤和实验结果分析三个方面的内容。
结论部分总结了实验的心得体会,并给出了设计优化的建议,最后对实验结果进行了总结。
整体结构清晰,内容丰富,逻辑性强,便于读者理解和阅读。
1.3 目的本实验的目的是通过设计和实验,深入理解电子秤的工作原理和设计要点。
通过实际操作,掌握相关电子秤的设计和调试技术,进一步提高我们的电子电路设计和实验能力。
同时,通过对电子秤实验结果的分析,总结出优化设计的建议,为今后的电子秤设计和研究提供有益的参考。
3 目的部分的内容2.正文2.1 电子秤设计原理电子秤是一种通过电子传感器和电路来测量物体重量的设备。
其设计原理主要基于应变片传感器和电桥电路的原理。
应变片传感器是电子秤中最核心的部件之一,它是利用金属材料在外力作用下产生应变的特性来实现测量。
当物体放在电子秤上时,应变片传感器受到物体的重力作用产生微小的形变,这种形变将会导致电阻值的微小变化。
电子秤通过测量这种微小的电阻变化来计算物体的重量。
电桥电路则是用来测量应变片传感器的微小电阻变化的电路。
它由四个电阻组成的桥路,当应变片传感器的电阻值发生微小变化时,电桥电路会产生微小的电压输出。
通过放大和转换这个微小的电压信号,电子秤就能够准确地测量物体的重量。
制作电子秤报告

制作电子秤报告1. 引言本报告旨在介绍制作电子秤的过程和结果。
电子秤是一种用于测量重量的设备,使用传感器对物体施加的力进行测量,并将其转化为数字信号。
在本报告中,我们将介绍电子秤的原理、设计过程和测试结果。
2. 原理说明电子秤的工作原理基于牛顿第二定律,即F = m * a,其中F是施加在物体上的力,m是物体的质量,a是物体的加速度。
电子秤通过传感器测量施加在物体上的力,并转化为电信号,然后使用电路和算法将该信号转化为对应的质量。
电子秤通常由以下几个部分组成: - 传感器:用于测量物体施加的力,常见的传感器有应变片传感器和压力传感器。
- 模拟电路:将传感器输出的电信号放大和处理,以提高测量的准确性。
- 数模转换器:将模拟信号转化为数字信号,以便于电子设备的处理和显示。
- 显示屏:用于显示测量结果。
3. 设计过程3.1 选取传感器传感器是电子秤的关键组成部分,其准确度和灵敏度直接影响测量结果的准确性。
在选取传感器时,我们需要考虑以下几点: - 测量范围:传感器应能够满足预期的测量范围,通常根据应用场景来确定。
- 准确度:传感器的准确度应满足测量要求。
- 稳定性:传感器在长时间使用过程中是否稳定,尽量选择稳定性较好的传感器。
3.2 模拟电路设计模拟电路负责放大和处理传感器输出的微小电信号,以提高测量的准确性。
在设计模拟电路时,我们需要注意以下几点: - 放大比:选择合适的放大比,使得传感器输出的信号能够被放大到数模转换器可以接受的范围内。
- 滤波:添加滤波电路,以去除传感器输出中的噪声信号,提高测量结果的稳定性。
- 电源稳定性:保证电源电压的稳定,以避免对测量结果的影响。
3.3 数模转换器和显示屏选择数模转换器负责将模拟信号转化为数字信号,方便后续电子设备的处理和显示。
显示屏用于显示测量结果。
在选择数模转换器和显示屏时,我们需要考虑以下几点:- 分辨率:数模转换器的分辨率应能够满足测量的精度要求。
电子秤设计实验报告

电子秤设计实验报告电子秤设计实验报告引言:电子秤是一种广泛应用于工业和家庭领域的重量测量设备。
它通过传感器将物体的重力作用转化为电信号,并通过电子电路进行处理和显示。
本实验旨在设计一个简单的电子秤原型,以了解其工作原理和设计要点。
一、实验目的本实验的主要目的是通过设计和制作一个简单的电子秤原型,深入了解电子秤的工作原理和设计要点。
具体目标如下:1. 理解电子秤的工作原理;2. 掌握传感器的选择和使用;3. 学会使用模拟电路和数字电路进行信号处理;4. 设计并制作一个能准确测量物体重量的电子秤原型。
二、实验原理电子秤主要由传感器、模拟电路、数字电路和显示装置组成。
其工作原理如下:1. 传感器:电子秤的核心部件是传感器,它能够将物体的重力作用转化为电信号。
常见的传感器有应变片式传感器和压阻式传感器。
应变片式传感器通过测量物体受力后产生的应变量来间接测量物体的重量,而压阻式传感器则通过测量物体所受压力的大小来直接测量物体的重量。
2. 模拟电路:传感器输出的电信号是微弱的模拟信号,需要经过模拟电路进行放大和滤波处理。
模拟电路通常由运放、滤波电路和放大电路组成。
3. 数字电路:经过模拟电路处理后的信号被转换为数字信号,然后通过数字电路进行进一步的处理和计算。
数字电路通常由模数转换器、微处理器和显示器组成。
4. 显示装置:最终的测量结果通过显示装置以数字或图形的形式呈现给用户。
常见的显示装置有数码管和液晶显示屏。
三、实验步骤1. 选择传感器:根据实验要求和预算限制选择合适的传感器。
在本实验中,我们选择了一款压阻式传感器。
2. 搭建模拟电路:根据传感器的特性和信号处理要求,设计并搭建一个合适的模拟电路。
该电路应包括运放、滤波电路和放大电路。
3. 进行校准:在实验开始前,需要进行传感器的校准。
校准的目的是通过已知质量的物体来调整电子秤的灵敏度和准确性。
4. 搭建数字电路:根据实验要求和设计要点,设计并搭建一个合适的数字电路。
电子秤设计制作实训报告

一、实训背景随着科技的不断发展,电子秤作为一种常见的计量工具,在日常生活中扮演着重要角色。
为了提高学生的动手能力、创新能力和实际应用能力,我们开展了基于51单片机的电子秤设计制作实训。
本次实训旨在让学生了解电子秤的基本原理,掌握电子秤的设计与制作方法,并能够根据实际需求进行创新设计。
二、实训目标1. 掌握电子秤的基本原理和组成部分;2. 学会使用51单片机进行电子秤的设计与编程;3. 熟悉LCD1602液晶显示屏和矩阵按键的使用方法;4. 学会使用HX711高精度AD转换芯片读取压力传感器数值;5. 能够根据实际需求对电子秤进行功能扩展和创新设计。
三、实训内容1. 电子秤原理及组成部分电子秤主要由传感器、信号处理电路、显示模块、按键模块和控制单元等组成。
传感器用于检测物体的重量,信号处理电路将传感器输出的模拟信号转换为数字信号,显示模块用于显示物体的重量和价格,按键模块用于设置单价、计价、清零和去皮等功能,控制单元则负责整个电子秤的运行和控制。
2. 51单片机编程本次实训采用C语言进行51单片机编程。
首先,我们需要定义电子秤的各项参数,如传感器灵敏度、单价等。
然后,编写程序实现以下功能:(1)读取传感器数值,并进行A/D转换;(2)根据传感器数值计算物体的重量;(3)根据单价和重量计算商品价格;(4)显示物体的重量、单价、商品价格和总价;(5)实现计价、清零、去皮等功能。
3. LCD1602液晶显示屏和矩阵按键的使用LCD1602液晶显示屏用于显示物体的重量、单价、商品价格和总价等信息。
矩阵按键用于设置单价、计价、清零和去皮等功能。
我们需要编写程序实现以下功能:(1)初始化LCD1602液晶显示屏;(2)根据按键输入,显示相应的信息;(3)根据按键输入,执行相应的操作。
4. HX711高精度AD转换芯片的使用HX711高精度AD转换芯片用于读取压力传感器数值。
我们需要编写程序实现以下功能:(1)初始化HX711芯片;(2)读取压力传感器数值;(3)将传感器数值转换为重量。
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摘要本简易电子秤由数据采集、控制器和人机交互界面三部分构成。
其中数据采集部分由测量电路、差动放大电路与电压采集电路组成;测量电路采用4片电阻应变片组成的全桥电路。
差动放大把传感器输出的微弱模拟信号放大275倍,以满足A/D转换器对输入信号电平的要求;A/D转换器把模拟信号转变成数字信号,控制器把数字信号输送到显示电路中去。
控制器选用IAP15F2K61S2单片机,用按键来选择、确定功能,最后所有结果由OLED进行显示。
电子秤自带电源,并具有称重、设置单价、金额累计、去皮、超量程报警与语音播报等功能。
当电子秤称重围为5.00g~500g。
当重量小于50g时,称重误差小于0.5g;重量在50g及以上,称重误差小于1g。
整个系统稳定,界面友好,转换精度高,人性化。
关键词:电子秤传感器 A/D 控制器目录第1章方案比较论证与选择 (1)1.1整体设计思路 (1)1.2数据采集部分 (1)1.2.1测量电路 (1)1.2.2放大电路 (2)1.2.3电压采集电路 (2)1.3控制器部分 (2)1.4人机交互界面 (3)1.4.1按键 (3)1.4.2显示界面 (3)1.5系统设计框图 (4)第2章系统模块电路设计 (4)2.1数据采集部分 (4)2.1.1测量电路 (4)2.1.2放大电路 (5)2.1.3电压采集电路 (6)2.2控制器部分 (7)2.3人机交互界面 (7)2.3.1按键 (7)2.3.2显示界面 (7)2.4其他 (8)2.4.1系统电源 (8)2.4.2语音播报部分 (8)2.4.3固件升级接口 (8)第3章系统软件设计 (9)3.1软件设计工具与平台 (9)3.2软件设计思想 (9)3.3软件设计流程图 (10)第4章系统调试与测试 (10)4.1调试与测试所用仪器 (10)4.2调试过程 (10)4.3测试过程 (11)4.4测试结果 (13)4.5结果分析 (13)第5章设计总结 (14)参考文献 (14)附录 (15)第1章方案比较论证与选择1.1整体设计思路此设计分为数据采集部分、控制器部分和人机交互界面三部分。
从整体上看,数据采集部分由测量电路、放大电路和电压采集电路三大部分组成。
测量电路即在悬梁臂上使用电阻应变片构成全桥电路。
当有物体称重时,悬梁臂发生变形,然后由电阻应变片将此变形转化为电阻的变化,再通过全桥电路将电阻的变化转换成电压信号输出。
输出电压经过放大电路后被采集,通过A/D转换电路把电压转换成数字信号。
控制器部分则是通过单片机把A/D电路转换出来的数字信号传送到显示电路,由OLED显示出来。
人机交互界面分为按键部分与显示界面部分。
我们可以通过按键来选择相应的功能,比如单价的加减、价钱的累计等。
最后,所有结果都由OLED显示出来。
1.2数据采集部分1.2.1测量电路测量电路需要测得机械臂的形变,以此来计算物体的重量,所以我们选择用电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的部形变转化为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的形变,然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换为电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换为电压或电流变化信号输出。
为了得到电压变化信号的输出,我们采用电桥电路作为测量电路。
方案一:测量电路使用单臂电路,如图1-1(a)所示。
方案二:测量电路使用半桥电路,如图1-1(b)所示。
方案三:测量电路使用全桥电路,如图1-1(c)所示。
图1-1 应变片测试电路方案论证与选择:由计算可得:单臂中E K U ε410=;半桥中E K U ε210=;全桥中E K U ε=0(K 为灵敏度系数、ε为电阻丝长度相对变化)。
由此可看出单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差;半桥输出是单臂的两倍,性能比单臂有所改善;全桥工作时的输出是单臂时的四倍,性能最好。
因为,为了得到较大输出电压信号我们采用方案三。
1.2.2放大电路方案一:利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。
方案二:直接利用HX711模块,可把输出电压放大到32~128倍。
方案三:由高精度低漂移运算放大器构成差动放大电路。
方案论证与选择:方案一中普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。
由于A/D 转换器需要很高的精度,所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。
方案二只能把电压放大到128倍,而这里的设计需要根据应变片的应变大小来调节放大倍数,如我们需要把电压放大275倍左右,所以不采用方案二。
方案三中差动放大器具有高输入阻抗,增益高的特点,我们可以把电路先放大11倍,再放大5倍,最后再放大5倍,从而达到要求。
因此选择方案三,该方案成本低,直接使用实验室常规元件实现,放大倍数可以根据悬臂梁上应变片的实际应变情况进行调节,设计灵活。
1.2.3电压采集电路方案一:利用HX711高精度24位A/D 转换器芯片方案二:利用ADC0832芯片。
方案三:利用ADS1286芯片。
方案论证与选择:方案一中的HX711芯片虽然位数高,但转换频率太低,并且对微弱信号的处理达不到要求。
方案二中ADC0832为8位ADC芯片,所以分辨率不够,达不到题目精度。
方案三中ADS1286为12位高速ADC芯片,具有低温漂、微功耗的特点,且分辨率能够满足题目要求。
因此选择方案三,该方案完全根据题目测量精度进行选择,既能够满足题目精度,成本也比较低。
1.3控制器部分方案一:FPGA +彩色液晶+按键,程序执行率很高,运行速度很快。
方案二:ARM单片机+OLED,功能强大,功耗低。
方案三:采用IAP15F2K61S2单片机做为控制器,OLED作为显示器。
成本低,操作简单。
方案论证与选择:方案一虽然程序执行率高,运行速度快,但成本较高,对硬件要求很高,程序相对复杂。
方案二控制能力强,速度快。
但相比于方案三来说,方案三操作方便、用法简单,并且价格更便宜。
因此选择方案三,该控制、显示方案成本低、编程简单,完全满足电子称之类的简单应用。
1.4人机交互界面1.4.1按键方案一:利用专用芯片式设计。
专用键盘处理芯片一般功能比较完善,芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖等问题的处理,甚至还集成了显示接口功能,可靠性高,口简单,使用方便,适合处理按键较多的情况。
方案二:利用4×4矩阵键盘。
用I/O口线组成行、列结构,按键设置在行列的交点上。
例如,用2×2的行列结构可构成4个键的键盘,4×4行列结构可构成16个键的键盘。
方案三:利用5个独立按键,分别选择功能。
方案论证与选择:方案一虽然功能强大,但成本比较高,所以不选择。
方案二中按键较多,相对于专用芯片式可以节省成本,且更为灵活,但根据实际情况,我们只需要5个按键就足够了。
因此选择方案三。
1.4.2显示界面方案一:采用七段LED数码管显示。
LED显示器由八个发光二极管中的七个二极管按a、b、c、d、e、f、g顺序组成“8”字形,另一个点形二极管放在右下方,用来显示小数点。
用数码管来显示重量、价格等数字。
方案二:采用LCD1602液晶显示。
LCD1602可以显示字母、数字、符号等字符,显示的容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符。
方案三:采用OLED显示。
OLED分辨率高、功耗低,采用有机发光原理,所需材料很少,成本大幅降低方案论证与选择:方案一只可以显示数字,不能显示字符,所以当电子秤的功能变化时可能会让人不知所显示的是重量还是价钱等其他项。
方案二中LCD1602显示屏可显示的容为32个字符,但我们需要把四种功能同时显示出来,所以方案二的字符不够用,不能采用此方案。
方案三可以完成以上要求,且操作简单、成本低。
因此选择方案三。
1.5系统设计框图图1-2 系统设计框图第2章 系统模块电路设计2.1数据采集部分2.1.1测量电路图2-1 全桥测量电路图2-1为全桥测量电路,此电路由四个电阻应变式传感器、电阻与滑动变阻器组成。
电桥的一个对角线接入工作电压E (-4V ~4V ),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,所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。
在加上Rw1,就可以调节零点漂移,达到温度补偿的效果。
在测量时,当物体的重量不同,电桥不平衡程度不同,指针式电表指示的数值也不同。
滑动电阻器Rw1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Rw1使数码显示屏显示零。
但在调好后,在称重时不能再改变它,以免产生误差。
当给电路输入-4V ~4V 时,可以计算出输出电压为: E R R R R R R R R R R R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆++∆+∆+-∆++∆+∆+=3344442211110 (2-1)当应变片初始值R1=R2=R3=R4,其变化值∆R1=∆R2=∆R3=∆R4时,其电桥输出电压为: E K E R R U ε=∆≈0(2-2) 其中∆R/R 为电阻丝电阻的相对变化、K 为灵敏度系数、ε为电阻丝长度相对变化。
本次设计中,我们采用4个基础电阻均为1000Ω的电阻应变片构成如图2-1所示的全桥测量电路。
并且在全桥电路中串联一个5000Ω的滑动变阻器,在滑动端再串联一个10k Ω的电阻用来电路调零。
选择1000Ω的电阻应变片是因为当电桥产生形变时,电桥输出端的压差会更大,便于采集。
2.1.2放大电路图2-2 放大电路图2-2为差动放大电路,其输入阻抗大,增益倍数高。
IN+、IN-是电桥的输出端,即输入Uo 的值。
OUT+、OUT-为电路的输出端,即输出放大后的Uo 的值。
此电路由三级放大电路组成,第一级增益倍数: 11411491++=R R R Auf (2-3)第二级增益倍数:1172R R Auf =(2-4) 第三级增益倍数:1283R R Auf =(2-5) 计算可得第一级增益为11,第二级增益与第三级增益均为5。
所以,整个系统的增益:321Auf Auf Auf Auf ⨯⨯= (2-6) 即整个差动电路的增益倍数为275。
2.1.3电压采集电路图2-3 电压采集电路图2-3是电压采集电路,+IN 为同向输入端,输入模拟信号。
时钟输入端、数据输出端、片选端/低功耗模式选择端分别连接单片机的P3.7、P4.1、P4.2口。
ADS1286则把电压信号转换成数字信号送给单片机做处理。
ADS1286为12位分辨率的微功耗A/D 转换芯片,通过TL431稳压电路得到4.096V 的基准电压:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=5411R R Vref V OUT (2-7) V V OUT 096.4= (2-8)A/D 转化的数字量为:IN V Vref OUT ⨯=40962(2-9)其中1Vref 为TL431的基准电压2.5V ,2Vref 为A/D 的基准的电压,IN V 为A/D 的采集电压。