压力测量仪 单片机课程设计

目录

第 1章课程设计简介 (1)

1.1 设计要求 (1)

1.2 要求分析 (1)

第 2章总体设计 (2)

2.1 压力测量仪框图 (2)

2.2 原理 (2)

恒压源供电不能消除温度影响。 (4)

第 3章模块电路设计 (5)

3.1 电桥测量电路 (5)

3.2 模数转换 (6)

3.3 放大电路 (7)

第 4章硬件电路设计 (8)

4.1 模数转换器 (8)

4.2 金属箔应变片 (9)

第五章电路调试与说明 (11)

心得体会 (12)

参考文献 (13)

附录系统原理图 (14)

第 1章课程设计简介

1.1 设计要求

(1) 设计一个电子天平，量程为0 ～ 1.999Kg，传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）。显示电路采用共阳极数码管。3位半A/D转换电路。

(2) 安装、调试电路。首先对电路进行调零、定标，然后再对电路进行稳定性、漂移（零漂、温漂）、重复性、线性等参数的测试和分析。

1.2 要求分析

压力测量仪设计在于其精度高、显示时间快、操作方便、易读数、价格低廉等优点。此次设计通过使用电桥测量传感器采集模拟信号，仪用放大电路对微弱信号进行放大，送入MC14433A/D 转换器进行模数转换，然后进行BCD码的译码，再经驱动电路送入LED显示电路显示，完成了压力测量仪的基本设计。能够实现对0到1.999Kg物体的测量。

需掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法、放大电路、A/D转换电路等

第 2章总体设计

2.1 压力测量仪框图

2.2 原理

压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。

(1) 传感器测量电路

称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。

电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R

1，R

2

，R

3

和R

4，其中两对角点AC接电源电压U

SL

=E（+10V），另两个对角点

BD为桥路的输出U

SC

，桥臂电阻为应变电阻。

R 1R

4

=R

2

R

3

时，电桥平衡，则测量对角线上的输出U

SC

为零。当传

感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥

失去平衡，则测量对角线上有输出，U

SC

≠0。

(2) 放大系统

压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。

为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。

(3) 模数转换及显示系统

传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。显示器可以选用数码管或液晶显示器

(4) 传感器供电电源

有恒压源与恒流源

对于恒压源供电：参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，当有重力作用时，两个桥臂电阻增加△R，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为△R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻

均变化△R

T

。这里假设△R远小于R，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为：

U SC = E*( R+△R+△R

T

)/( R-△R+△R

T

+R+△R+△R

T

)- E*( R-

△R+△R

T )/( R+△R+△R

T

+R-△R+△R

T

)= E*△R/（R+△R

T

）

即U

SC = E*△R/（R+△R

T

）

式(1)

说明电桥的输出与电桥的电源电压E的大小和精度有关，还与温度有关。

如果△R

T

=0，则电桥的电源电压E恒定时，电桥的输出与△R/R

成正比。

当△R

T

≠0时，即使电桥的电源电压E恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明

恒压源供电不能消除温度影响。

对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则

I ABC =I

ADC

=0.5I

有重力作用时，仍有

I ABC =I

ADC

= 0.5I

则电桥的输出为：

U

SC = 0.5I*(R+△R+△R

T

)- 0.5I*(R-△R+△R

T

)=I*△R

即 U

SC

= I*△R 式(2)

因此，采用恒流源供电，电桥的输出与温度无关。因此，一般采用恒流源供电为好。

由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。

第 3章模块电路设计

3.1 电桥测量电路

图2 传感器电桥测量电路

U SC = E*( R+△R+△R

T

)/( R-△R+△R

T

+R+△R+△R

T

)- E*( R-

△R+△R

T )/( R+△R+△R

T

+R-△R+△R

T

)= E*△R/（R+△R

T

）

即 U

SC

= E*△R/（R+△R

T

）

对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则

I ABC =I

ADC

=0.5I

有重力作用时，仍有

I ABC =I

ADC

= 0.5I

则电桥的输出为：

U

SC = 0.5I*(R+△R+△R

T

)- 0.5I*(R-△R+△

R T )=I*△R 即 U

SC

= I*△R

由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。