智能电子秤设计
智能电子称整体设计方案案例

整体设计方案选择根据1.3中的设计目标,本电子秤包含有主控模块,重量测试模块,显示模块,键盘输入模块,以及可能有的报警检测模块等,系统的工作原理如下图所示:图2.1 系统简易工作原理图硬件选择及其功能设计思路单片机主控芯片的选择在单片机的主控芯片使用上我选择的是STC89C52,这是一款STC公司出产的芯片,以8051为内核,内部含有 Flash EPROM存储器,是一种非常出色的CMOS 产品,内部存储空间达到2KB,价格和存储空间都处在相对适中的区间内,符合一般市场使用的情况[2],,它的低耗能是这款芯片的大优势,具有很多普通单片机所不具有的特殊附加功能,这款芯片能让我们灵活的处理问题,创造各种行之有效的处理方法。
除了这款芯片优秀的性能之外,选择它的原因还在于熟悉度,本人在大学的学过郭天祥先生写的51单片机C语言教程一书,这本书配套的51单片机开发实验板用的正是我在本次设计中选择的来自STC公司生产的89C52芯片,较长时间的使用让我对于这款芯片的引脚功能已经相当了解,非常有利于本次设计的顺利进行。
图2.2 STC89C52实物图2.1.2 称重传感器A/D转换使用芯片选择称重传感器是智能电子秤的灵魂,称重传感器使用的原理是对于不同重量的物体,它能测试出不同的压力,把压力代表的非电量用测量模拟量的方法收集起来,用模拟量和数字量相互转换的方法,把模拟量分成若干个区间,每一个区间压力数据转化而来的平均值,就近似的看作此次测量物体的重量,所以称重传感器A/D转换器芯片的位数越多,把最大量程分的区间越多,测量也就相对更准确。
在本设计之中,我们使用了HX711为我们的称重传感器转换芯片,这是一款专门为高精度电子秤而设计的24位AD转换芯片。
选择它的原因主要有以下几个。
1.精度高:他是24位A/D转换器,精度达最大量程的几百万分之一2.成本低廉,很符合日常设计中使用3.集成度高:在极小的芯片内聚集了所有需要的外围电路4.具有强大的稳定性和反应速度图2.3 HX711实物图2.1.3 LCD液晶显示屏幕的选择液晶屏幕的使用也多种多样,在选择本次设计的LCD液晶显示屏之中,主要考虑国1602,12864和12232[2]三种类型的液晶显示屏,最终选择了12864这款,这款液晶对比其他两款显示屏最大的外观区别在于,其他两款液晶屏幕是扁长型,而12864是近似于长方形,跟适合用于需要显示多种液晶屏幕的智能电子秤。
基于MSP430的智能电子秤设计

基于MSP430的智能电子秤设计一、引言二、设计原理智能电子秤的设计原理主要基于电阻应变式传感器和单片机的控制与处理。
电阻应变式传感器将物体的重量转化为电信号,通过放大、滤波等电路处理后,输入到MSP430 单片机进行A/D 转换和数据处理。
MSP430 单片机根据预设的算法和程序,计算出物体的重量,并将结果显示在液晶显示屏上。
三、硬件组成1、传感器模块电阻应变式传感器:选用高精度的电阻应变式传感器,其灵敏度和线性度较好,能够准确地将重量转化为电信号。
信号调理电路:包括放大电路、滤波电路和稳压电路,用于对传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波和稳压处理,以提高信号的质量和稳定性。
2、单片机模块MSP430 单片机:选用低功耗、高性能的 MSP430 单片机作为核心控制器,其具有丰富的片内资源和强大的运算能力,能够满足智能电子秤的控制和处理需求。
时钟电路:为单片机提供准确的时钟信号,保证其工作的稳定性和准确性。
复位电路:用于单片机的复位操作,确保系统在异常情况下能够正常启动。
3、显示模块液晶显示屏:选用液晶显示屏作为显示器件,能够清晰地显示物体的重量、单价、总价等信息。
驱动电路:用于驱动液晶显示屏的工作,将单片机输出的显示数据转换为液晶显示屏能够识别的信号。
4、按键模块功能按键:设置了去皮、清零、设置单价等功能按键,方便用户进行操作。
按键扫描电路:用于检测按键的按下状态,并将按键信息传输给单片机进行处理。
5、存储模块EEPROM 存储器:用于存储电子秤的校准参数、单价等信息,保证数据在掉电情况下不丢失。
6、通信模块蓝牙模块:可选配蓝牙模块,实现电子秤与手机、电脑等设备的无线通信,方便数据的传输和管理。
四、软件实现1、主程序流程系统初始化:包括单片机的初始化、传感器的初始化、显示模块的初始化等。
按键扫描:实时检测按键的按下状态,并执行相应的操作。
A/D 转换:对传感器输出的模拟信号进行 A/D 转换,得到数字信号。
基于单片机的智能电子秤设计

基于单片机的智能电子秤设计随着科技的不断发展,智能化和自动化已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
在众多领域中,智能电子秤的设计与应用也越来越受到。
本文将介绍一种基于单片机的智能电子秤设计方案,该设计具有高精度、低成本、易于实现等优点,具有一定的实用价值。
一、概述智能电子秤是一种能够自动测量物体重量的设备,广泛应用于超市、菜市场等场所。
与传统的机械秤相比,智能电子秤具有测量精度高、使用方便、易于维护等优点。
而基于单片机的智能电子秤设计,更是将智能化和自动化技术融入到电子秤中,提高了设备的性能和可靠性。
二、设计原理基于单片机的智能电子秤设计主要是利用单片机的控制和数据处理能力,实现对物体重量的准确测量。
其核心部件为压力传感器和单片机。
压力传感器负责采集物体的重量信号,并将信号传输给单片机;单片机则对信号进行处理、分析和存储,同时控制显示屏显示物体的重量。
三、硬件设计1、单片机选择单片机是智能电子秤的核心部件,负责控制整个系统的运行。
本设计选用AT89C51单片机,该单片机具有低功耗、高性能、易于编程等优点,能够满足智能电子秤的设计要求。
2、压力传感器选择压力传感器是智能电子秤的重要组成部件,负责采集物体的重量信号。
本设计选用电阻应变式压力传感器,该传感器具有测量精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
3、显示模块选择显示模块负责将物体的重量信息呈现给用户。
本设计选用LED显示屏,该显示屏具有亮度高、视角广、寿命长等优点。
4、电源模块选择电源模块为整个系统提供稳定的电源,保证系统的正常运行。
本设计选用线性稳压电源,该电源具有输出电压稳定、纹波小、安全性高等优点。
四、软件设计软件设计是智能电子秤的关键部分之一,直接影响设备的性能和可靠性。
本设计的软件部分采用C语言编写,主要包括数据采集、数据处理、数据显示等模块。
具体流程如下:1、开机后,系统进行初始化操作;2、压力传感器采集物体的重量信号;3、单片机对采集到的信号进行处理和分析;4、单片机将处理后的数据存储到存储器中;5、单片机控制LED显示屏显示物体的重量信息;6、系统继续等待下一次测量。
基于单片机的智能电子秤控制系统的设计

基于单片机的智能电子秤控制系统的设计智能电子秤控制系统是一种集成数字电子技术、传感技术、自动控制技术于一体的高精度、高可靠性的电子秤系统。
本文将介绍基于单片机的智能电子秤控制系统的设计原理及实现方法。
一、系统设计原理基于单片机的智能电子秤控制系统主要由称重传感器、AD转换模块、单片机、LCD显示模块和通信接口模块等组成。
其工作原理如下:1. 称重传感器智能电子秤的核心部件是称重传感器,用于将物体的重量转换为电信号。
常用的称重传感器有应变式、电阻式、电容式等。
它们能够根据物体的质量变化而改变输出电信号,作为下一步处理的输入信号。
2. AD转换模块AD转换模块用于将模拟信号转换为数字信号,通过单片机进行处理。
通过AD转换模块,可以将称重传感器输出的模拟信号转换为单片机可以理解的数据,为后续的数据处理提供基础。
3. 单片机单片机是整个智能控制系统的核心,负责接收AD转换模块的信号,并进行数据处理,并通过LCD显示模块将结果实时显示出来。
同时,单片机还可以通过通信模块与其他设备进行数据交互。
4. LCD显示模块LCD显示模块用于将称重结果以数字形式显示出来,提供直观的测量结果给用户。
5. 通信接口模块通信接口模块允许智能电子秤与其他设备进行数据交互,如与计算机进行连接,实现数据的上传和下载。
二、系统设计方法基于单片机的智能电子秤控制系统的设计可以按照以下步骤进行:1. 硬件设计根据系统的功能需求,选择适当的称重传感器和AD转换模块,并通过电路设计将其与单片机和LCD显示模块进行连接。
此外,根据实际需求选择合适的通信接口模块。
2. 软件设计编写单片机的控制程序,包括AD转换的初始化和读取、数据处理、LCD显示等功能。
根据实际需求,可以添加一些额外的功能,如单位选择、重量校准等。
3. 系统测试将硬件和软件进行组装后,进行系统测试。
通过放置不同重量的物体进行秤量,检查显示结果的准确性和稳定性。
同时,测试通信功能是否正常工作。
基于MSP430的智能电子秤设计

基于MSP430的智能电子秤设计一、系统总体设计智能电子秤系统主要由称重传感器、信号调理电路、MSP430 单片机、显示模块、按键模块和电源模块等组成。
称重传感器负责将物体的重量转换为电信号,常用的有电阻应变式传感器。
其工作原理是当物体施加在传感器上的力发生变化时,传感器内部的电阻应变片会产生相应的电阻变化,从而输出电信号。
信号调理电路对传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波等处理,以满足单片机的输入要求。
MSP430 单片机作为核心控制单元,负责对处理后的信号进行采集、计算和处理,并控制其他模块的工作。
显示模块用于实时显示物体的重量值和相关信息,如单位、价格等。
常见的显示方式有液晶显示(LCD)和发光二极管显示(LED)。
按键模块用于设置电子秤的参数,如单位切换、去皮、校准等。
电源模块为整个系统提供稳定的电源供应。
二、硬件设计1、称重传感器选择合适的称重传感器是保证电子秤测量精度的关键。
电阻应变式传感器具有精度高、稳定性好等优点,在本设计中得到应用。
根据测量范围和精度要求,选用相应规格的传感器,并合理安装和固定。
2、信号调理电路传感器输出的信号通常非常微弱且伴有噪声,需要经过信号调理电路进行处理。
调理电路包括放大器、滤波器和模数转换器(ADC)等部分。
放大器将微弱的信号放大到合适的幅度,滤波器去除噪声和干扰,ADC 将模拟信号转换为数字信号供单片机处理。
3、 MSP430 单片机MSP430 单片机具有低功耗、高性能的特点,非常适合在智能电子秤中使用。
选择合适的型号,并根据其引脚功能进行外围电路的设计,包括时钟电路、复位电路、下载接口等。
4、显示模块液晶显示模块具有功耗低、显示内容丰富等优点。
选用合适的液晶显示屏,并通过单片机的并行或串行接口进行控制。
5、按键模块按键模块采用独立按键或矩阵按键的方式,通过单片机的输入引脚检测按键状态,实现相应的功能操作。
6、电源模块电源模块提供稳定的直流电源,可采用电池供电或交流电源适配器供电。
基于单片机的智能人体电子秤设计

基于单片机的智能人体电子秤设计智能人体电子秤是一种智能化的体重测量设备,可以用于监测人体重量及其他相关数据。
这种电子秤通常基于单片机进行设计,其原理是通过测量人体所施加在传感器上的重力来确定人体的重量。
在智能人体电子秤的设计中,单片机起到了关键的控制和处理作用。
一、硬件设计:1.传感器:智能人体电子秤的核心部件是传感器,可以选择采用压阻式传感器。
这种传感器可以通过电阻的变化来测量物体的重量。
2.A/D转换器:传感器输出的是模拟信号,需要通过A/D转换器将其转换为数字信号以供单片机处理。
3.单片机:这是整个电子秤系统的中央处理器,负责控制和处理传感器的数据,并将结果显示在LCD显示屏上。
它还可以与其他设备进行通信,例如蓝牙模块或Wi-Fi模块。
4.LCD显示屏:用于显示人体的重量和其他相关信息,例如BMI指数。
5.按键:用于用户输入和设置,例如调整单位(公斤、斤等)或记录个人信息。
二、软件设计:1.初始化:单片机启动后,需要对各个硬件进行初始化设置,并将LCD显示屏上的初始界面清除。
2.传感器数据读取:单片机需要定时读取传感器输出的模拟信号,并通过A/D转换器将其转换为数字信号。
3.数据处理:读取到的数字信号代表了物体的重量,在该阶段,单片机可以进行一些数据处理工作,例如校正或滤波。
4.显示结果:将处理后的重量数据显示在LCD显示屏上,并可以添加一些附加信息,例如BMI指数或其他健康参数。
5.用户交互:单片机可以通过按键与用户进行交互,例如调整单位或记录个人信息。
6. 数据存储:可以将用户测量的数据存储在Flash存储器中,以便后续查看和分析。
7.通信功能:通过添加蓝牙模块或Wi-Fi模块,可以实现智能人体电子秤与其他设备的通信,例如手机或电脑。
三、优化设计:1.省电设计:可以在合理的情况下,通过开关控制部分硬件的电源,以降低功耗。
2.人体干湿重量识别:通过添加湿度传感器,可以识别人体的干湿重量,从而更好地了解健康状况。
智能电子秤的设计毕业设计

摘 要要智能电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。
它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具,广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。
智能电子称主要以单片机作为中心控制单元,通过称重传感器进行模数转换单元,在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。
该电子称不但计量准确、快速方便,更重要的自动称重、计价功能外,还能自动计算,数字显示,受到广大用户欢迎。
智能电子称由于携带方便,使用简单,对人们生活的影响越来越大。
本系统是针对是电子称的自动称重、自动计价、数据处理进行研究的。
为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理,对数据的采集和转换、计算问题进行了研究。
讨论了单片机控制系统中关键的中断、计算问题,结果表明通过软件设计实现更完善。
本文在给出智能电子称硬件设计的基础上,详细分析了电子称的软件控制方法。
由于单片机控制的电子称结构简单,成本低廉,深受人们的喜爱,本文将对此进行详细讨论。
关键词电子秤;单片机;A/D转换;称重传感器AbstractIntelligent electronic balance values detection and the modern new-type names of technical comprehensive one body such as conversion technical, computer technology, message handling and digital technology instrument. Its and our close combination of daily life becomes a kind of convenient, shortcut, weighing accurate tool , is applied extensively in commercial, factory raw factory , gathers trade market, supermarket and large scale market , the message of the etc. public place of retail trade shows and weight calculation.Intelligent electronic name passes through name mainly with single flat machine as central control unit, value sensor to carry out modulus conversion unit , it is matching with keyboard , show circuit and powerful software to form. It is accurate that this electron claims to not only measure , fast convenience, more important automatic name may still realize besides heavy, valuation function to remove the peel , completely / hair turns , calculate voluntarily, figure shows , is welcomed by masses of user. Intelligent electronic name since carry convenience, it is more and more big to use the simple influence for that people live.This system aims at is the automatic name of electronic name heavy, automatic valuation and data handling carry out research. To expound to use single flat machine , it is to how to carry out handling for sampling data , is for the collection of data and conversion and calculation problem has studied. Have discussed the suspension of the key in single flat machine control system , calculate problem , show as a result that through software design, realization is perfected more. This text is weighing the foundation of hardware design to intelligent electron , has analysed the software control method of electronic name in detail. Since the electron of single flat machine control weighs structure, is simple, cost is cheap, receive deeply people like , this text will carry out detailed discussion for this.KeywordsIntelligence electronic weighing ; MCU;A/D converter;weighing sensor ;目 录要 (I)摘 要Abstract (II)绪论 (1)1. 智能电子秤系统的概况 (2)1.1 电子秤的发展史 (2)1.2 智能电子秤应用范围 (2)1.3智能电子秤的研究动态 (2)2.智能电子秤的工作原理 (4)2.1 智能电子秤性能及技术要求 (4)2.2 工作原理 (4)2.3 基本结构 (4)3 智能电子秤的硬件设计 (5)3.1信号采集电路 (5)3.2 单片机控制系统 (7)3.3键盘显示接口电路 (10)4 智能电子秤的软件设计 (13)4.1主程序设计 (13)4.1.1主程序设计思路 (13)4.1.2 主程序工作原理 (14)4.1.3 主程序流程框图 (15)4.2系统初始化 (16)4.2.1 AT89C52的初始化 (16)4.2.2 8279的初始化 (18)4.2.3 ICL7109的初始化 (18)4.3 A/D转换结果处理程序 (18)4.3.1 A/D转换过程 (18)4.3.2采样数据处理 (19)4.4 键盘与显示处理程序 (19)4.4.2 键盘模块 (20)4.5数据处理程序 (23)4.5.1 重量输出 (23)4.5.2 置零 (23)5机械部分 (25)5.1设计原理 (25)5.2各个零部件的作用 (27)结 论 (28)致 谢 (30)参考文献 (31)附录一 系统主程序 (32)绪论随着科学技术和经济的发展,出售商品品种的增加,需要称量物品的设备也需要更新换代,人们对称重装置的要求也越,电子称重装置推广,从而进入到传感器,电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。
智能电子秤方案设计

智能电子秤方案设计在智能设备爆发式发展的今天,电子称怎么变的智能化呢?第一,与手机连接能生成数据K线图。
传统的电子秤就是称重,如果想看变化,需要自己用手机或电脑记录数据生成K线图。
智能时代通过手机App和蓝牙,直接可将体重值自动生成K线图。
第二,除了测体重还能测更多,比如脂肪率。
目前的智能电子秤强大之处是能测更多的身体指标。
这些数据又是图和测量的呢?事实上智能电子秤利用了生物电阻抗技术,在秤的表面加入了ITO导电膜或者导电金属片,当人体光脚踩上去之后会形成闭环电极,由于脂肪不导电,所以可以通过计算电流值、电阻值配合体重。
目录1.智能电子秤简述2.智能电子秤的工作原理3.智能电子秤的用途1.智能电子秤简述目前在国内的电子秤传感器常见问题维护是根据大多采用电阻应变式称重传感器原理,其应用也越来越普遍电子秤具有称量快速、显示直观、不易磨损等优点,已逐渐取代机械秤。
电子秤主要有承重传力系统、称重传感器和显示仪表组成。
2.智能电子秤的工作原理智能电子秤广泛应用于商业买卖和工业计量中。
工作原理:电子秤的工作原理以电子元件:称重传感器,放大电路,AD转换电路,单片机电路,显示电路,键盘电路,通讯接口电路,稳压电源电路等电路组成。
当物体放在秤盘上时,压力施给传感器,该传感器发生形变,从而使阻抗发生变化,同时使用激励电压发生变化,输出一个变化的模拟信号。
该信号经放大电路放大输出到模数转换器。
转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。
CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器。
直至显示这种结果。
3.智能电子秤的用途一般电子秤都是称重量的,其它用途很少,不过现在都出现新的改变,此前英唐众创有推出一款智能电子体重秤,不仅可以测量使用者基本的体重和体脂,同时还能通过内置的蓝牙传感器与智能手机中的客户端连接计算出使用者的身体质量指数、骨骼密度、肌肉量及身体中的水分,这样就可以清楚知道健康情况,以及需不需要补钙。
出师表两汉:诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。
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1系统方案设计1.1 电子秤的组成结构1.1.1电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量(重量)的测量仪器,也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。
不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成:(1)承重、传力复位系统它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统,又称电子秤的秤体,一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。
(2)称重传感器即由非电量(质量或重量)转换成电量的转换元件,它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。
按照称重传感器的结构型式不同,可以分直接位移传感器(电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等)和应变传感器(电阻应变式、声表面谐振式)或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。
对称重传感器的基本要求是:输出电量与输入重量保持单值对应,并有良好的线性关系;有较高的灵敏度;对被称物体的状态的影响要小;能在较差的工作条件下工作;有较好的频响特性;稳定可靠。
(3)测量显示和数据输出的载荷测量装置即处理称重传感器信号的电子线路(包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等)和指示部件(如显示、打印、数据传输和存贮器件等)。
这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。
在数字式的测量电路中,通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
1.1.2电子秤的工作原理当被称物体放置在秤体的秤台上时,其重量便通过秤体传递到称重传感器,传感器随之产生力-电效应,将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。
此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数(A/D)器进行转换,数字信号再送到微处器的CPU处理,CPU不断扫描键盘和各种功能开关,根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。
运算结果送到内存贮器,需要显示时,CPU发出指令,从内存贮器中读出送到显示器显示,或送打印机打印。
一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。
1.2 电子秤设计的要求及基本思路1.2.1电子秤设计的要求称重范围:不超过9.999Kg测量精度:≤0.005Kg显示方式:LCD显示所称量的物品重量,同时还可显示物品的名称,数量,单价,金额和所有物品的总金额。
使用操作:键盘输入数据,操作简单方便。
特殊功能:具有去皮功能以及能将金额累加计算;当物品重量超过电子秤量程,即过载情况或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度,即欠量程的时候,具有超重报警功能。
1.2.2电子秤设计的基本思路将电子秤大致能划分为三大部分,数据采集模块、控制器模块和人机交互界面模块。
其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。
转换后的数字信号送给控制器处理,由控制器完成对该数字量的处理,驱动显示模块完成人机间的信息交换。
此外添加了一个过载、欠量报警提示的特殊功能。
图1-1(上图为本系统的设计图)1.3 单片机的选型AT89S52单片机是AT89S系列中的增强型高档机产品,它片内存储器容量是AT89S51的一倍,即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。
另外,它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时/计数器2等多种功能。
在工程应用中AT89S52有一显著的优势:不需要烧写器,只借助PC机的并口输出和极为简单的下载电路,便可将程序通过串行方式写入单片机。
并且下载电路可设计在系统中,可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。
由此,通过对目前主流型号的比较,我们最终选择了AT89S52通用的普通单片机来实现系统设计。
AT89S52是一种兼容MCS51微控制器,工作电压4.0V到5.5V,全静态时钟0 Hz到33 MHz,三级程序加密,32个可编程I/O口,2/3个16位定时/计数器,6/8个中断源,全双工串行通讯口,低功耗支持Idle和Power-down模式,Power down 模式支持中断唤醒,看门狗定时器,双数据指针,上电复位标志。
另外在外扩展了32K 数据存储器,以满足系统要求。
1.4 数据采集模块1.4.1传感器传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。
其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分,转换元件指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。
此外传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置,被喻为电子秤的心脏部件,它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。
通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%~70%。
若在环境恶劣的条件下(如高低温、湿热),传感器所占的误差比例就更大,因此,在人们设计电子秤时,正确地选用称重传感器非常重要。
称重传感器的种类很多,根据工作原理来分常用的有以下几种:电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。
(本设计采用的是电阻应变式)电阻应变式称重传感器包括两个主要部分,一个是弹性敏感元件:利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值;另一个是电阻应变计:它作为传感元件将弹性体的应变,同步地转换为电阻值的变化。
电阻应变片所感受的机械应变量一般为10-6~10-2,随之而产生的电阻变化率也大约在10-6~10-2数量级之间。
这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出,必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化,才能用二次仪表显示出来。
在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。
电阻应变式称重传感器工作原理框图如图2-1所示:载荷P 应变ε电阻变化∆R 输出电压如1-2电阻应变式称重传感器工作原理框图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。
图1-3桥式测量电路敏感元件 应变片 测量电桥R1、R2、R3、R4为4个应变片电阻,组成了桥式测量电路,Rm 为温度补偿电阻,e 为激励电压,V 为输出电压。
若不考虑Rm ,在应变片电阻变化以前,电桥的输出电压为: V=eR R R R R R ⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+434211由于桥臂的起始电阻全等,即R1=R2=R3=R4=R ,所以V=0。
当应变片的电阻R1、R2、R3、R4变成R+△R1、R+△R2、R+△R3、R+△R4时,电桥的输出电压变为: V=e R R R R R R R R R R R R ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆++∆+∆+-∆++∆+∆+434211 通过化简,上式则变为: V=4e ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆R R R R R R R R 4321 也就是说,电桥输出电压的变化与各臂电阻变化率的代数和成正比。
如果四个桥臂应变片的灵敏系数相同,且R R∆=K ε,则上式又可写成: V=(4eK ε1-ε2+ε3-ε4)式中K 为应变片灵敏系数,ε为应变量。
上式表明,电桥的输出电压和四个轿臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比。
在电阻应变式称重传感器中,4个应变片分别贴在弹性梁的4个敏感部位,传感器受力作用后发生变形。
在力的作用下,R1、R3被拉伸,阻值增大,△R1、△R3正值,R2、R4被压缩,阻值减小,△R2、△R4为负值。
再加之应变片阻值变化的绝对值相同,即△R1=△R3=+△R 或ε1=ε3=+ε△R2=△R4=-△R 或ε2=ε4=-ε因此,V=4eK×4ε=e K ε。
若考虑Rm ,则电桥的输出电压变成: V=e Rm R R R R R RR R ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆--∆+222 =e R R Rm R R ∆+2=Rm R R 2+K εe令SU=e V ,则SU=Rm R R2+K εSU 称为传感器系数或传感器输出灵敏度。
对于一个高精度的应变传感器来说,仅仅靠4个应变片组成桥式测量电路还是远远不够的。
由于弹性梁材料金相组织的不均匀性及热处理工艺、应变片性能及粘贴工艺、温度变化等因素的影响,传感器势必产生一定的误差。
为了减少传感器随温度变化产生的误差,提高其精度和稳定性,需要在桥路两端和桥臂中串入一些补偿元件。
如:初始不平衡值的补偿、零载输出温度补偿、输出灵敏度温度补偿等。
1.4.2前级放大器由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低而由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。
为此,测量电路中常设有模拟放大环节。
这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。
放大器的输入信号一般是由传感器输出的。
传感器的输出信号不仅电平低,内阻高,还常伴有较高的共模电压。
因此,一般对放大器有如下一些要求:输入阻抗应远大于信号源内阻。
否则,放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。
抗共模电压干扰能力强。
在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性,输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。
从而保证放大器输出性能稳定。
能附加一些适应特定要求的电路。
如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。
基于以上分析,我们最终决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器AD620。
AD620具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。
其最大输入偏置电流为20nA,这一参数反映了它的高输入阻抗。
AD620在外接电阻Rg时,可实现1~1000范围内的任意增益;工作电源范围为±2.3~±18V;最大电源电流为1.3mA;最大输入失调电压为125 V;频带宽度为120kHz(在G=100时)。
AD620的内部结构如下图所示:RgV V i in in G -+-=)21)((Rg R V V in in +-=-+))(21(12-+-+-=-=in in O V V RgR U V图1-4 AD620的内部等效图AD620的接口如下图所示图1-5 AD620的接口图电路的工作原理:A1、A2工作在负反馈状态,其反向输入端的电压与同相输入端的电压相等。
即Rg 两端的电压分别为Vin+、Vin-。
因此设图(2-4)中电阻R1=R2=R ,则A1、A2两输出端的电压差U12为)(2112Rg R R i U G ++=将上式代入第一个式子得)(-+-=in in O V V V U A )21(Rg R +-=放大器的增益Av 为可见,仅需调整一个电阻Rg ,就能方便的调整放大器的增益。