虚拟仪器课程设计报告——电子秤设计

中南大学

《虚拟仪器》课程设计报告

设计题目虚拟电子秤设计

指导老师熊红云吴同茂

设计者

专业班级测控0802班

学号

设计日期2011年11月

目录

第一章虚拟仪器课程设计任务及总体设计方案 (1)

1.1设计内容及要求 (1)

1.2 总体设计方案 (1)

第二章硬件设计 (1)

2.1 硬件设计总述 (1)

2.1.1 硬件设计总述 (1)

2.1.2 硬件接线要求 (1)

2.2 硬件模块简介 (1)

2.2.1 传感器 (1)

2.2.2 信号调理电路 (1)

2.2.3 数据采集 (1)

第三章软件设计 (1)

3.1 软件设计概述 (1)

3.2 labview设计总体介绍 (1)

3.3 设计系统有关参数的介绍及其计算 (14)

3.4 labview设计分块介绍 (14)

3.4.1 前面板设计 (14)

3.4.1 总体程序框图 (14)

3.4.1 程序框图分部设计 (14)

第四章系统调试及使用说明 (19)

4.1 软、硬件调试 (19)

4.2 使用说明 (20)

4.3 功能缺陷说明 (20)

第五章收获、体会 (22)

参考文献 (22)

第一章虚拟仪器课程设计任务及总体设计方案

1.1设计内容及要求

1.参考“CSY-XS传感器与检测技术实验仪用户手册”，设计基于应变直流全桥的虚拟电子称的系统电路；

2.利用DAQ MAX配置PCI-6024E卡；

3.完成电子称虚拟仪器的标定程序、测量程序设计；

4.进行测量数据的低通滤波，应用编写的电子称VI进行重量测量，记录数据并与实际值进行比较。简要分析引起测量误差的原因；

5.模拟实际电子称称小于400g的重物，并输入品名及单价，在显示器上显示品名、单价、重量及金额。

1.2总体设计方案

本设计结合传感器技术、数据采集技术和虚拟仪器技术开发了一种基于LabVIEW的智能电子秤,该系统采用普通PC 机为主机，利用图形化可视测试软件LabVIEW为软件开发平台,将被测重量转换处理进行数据采集，实时进行处理、显示。

本系统通过传感器得到反映重量信息的模拟电压信号后，经过调理电路滤波放大处理后，经DAQ采集卡送入电脑处理显示并保存。

理论上，传感器上产生的信号不可避免的有一些干扰信号，而且采集卡采集数据时也有一定误差，因此采集的数据与真实的数据多少会有一定的出入。采用多次测量求平均值的方法能够更好的接近真实值，可把它作为真实值。

具体而言，就是以温度压力试验平台的压力传感器所产生的相应电压值作为输入，利用DAQ assistant以1kHz频率对其进行200点的单位采集，将其求和并取平均值即得本设计最关键的平均电压，接下来就是通过对平均电压的一系列运算，得出实验所需参数及其相关显示。系统的初始化功能由直接赋值实现；

系统的清零功能同样是由直接赋值实现；系统数据及其运算通过while循环进行不断采集、更新与运算；称量数据文件的存储通过文件I/O功能实现；称量数据记录的读取通过文件I/O功能对称量数据文件进行读取；时间显示由“格式化时间/日期字符串”在while中不断刷新实现；内容输入由前面板输入控件及条件结构等实现。

第二章硬件设计

2.1硬件设计总述

2.1.1 硬件设计总述

本系统主要由压力传感器、信号调理电路、数据采集卡和计算机组成,原理框图如图4.1所示。压力传感器为桥路压力传感器。当桥路中的某臂电阻发生变化时，桥路就不平衡，桥路输出的变化量就反映了压力的变化量。该变化量通过二级放大，将微弱信号放大到A/D转换器可以分别的模拟信号。A/D将模拟信号转换成数字信号，利用采集并存储采集到的数据。

W3为测压系统放大倍数调节器（调节系统满度），系统出厂时已调定，用户不要随意调节；W2为测压系统零点调节器，用户可以利用该电位器调节系统零点。

图2.2 电子秤系统原理框图

2.1.2 硬件接线要求：只需将如下图所示的压力实验平台上的电平输出端Pout 接至DAQ采集卡的模拟输入口ai0即可。

图2.1 压力实验平台电子称

2.2 硬件模块简介

2.2.1 传感器

2.2.1.1 传感器概述

是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是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转换为适于传输和测量的电信号部分。

一般讲传感器由敏感原件和转换元件组成。但是由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体或与敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器组成的一部分。

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器等。电阻应变片压力传感器是国内外应用较为广泛的一种，它具有精度高、测量范围广、频响特性好等优点。本系统采用的压力传感器是电阻应变式传感器。

2.2.1.2 电阻应变式传感器

电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，的构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形，其表面产生应变。而粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。这样，通过测量电阻应变片的电阻值变化，就可以确定被测量的大小了。

电阻应变式传感器是一种利用电阻应变式将应变或应力转换为电阻的传感器，可以用于测量应变、力、压力、位移、加速度、力矩等参数。具有动态响应快、测量精度高、使用简便等优点。

根据敏感元件的材料形状的不同，电阻应变式传感器的应变片可分为金属应变片和半导体应变片两种。金属应变式有金属丝式、金属箔式和金属薄膜式；半导体应变片有扩散型、体型、和薄膜型。

电阻应变式传感器主要由电阻应变片和测量电路两部分组成。

当电阻应变式传感器在外力作用下产生机械形变时，其电阻值也相应发生变化，其电阻变化与应变的关系为ΔR/R=K0ε，其中K0为灵敏系数由金属材料决定；ε为应变，当压力F在一定范围内时，ε以一个常数正比于F,应变由物体质量产生的荷重而形成,因此可得： m=ɑ×F+b(a,b为常数)。

2.2.2 信号调理电路

由于由传感器得到的信号可能会很微弱，或者含有大量噪声，或者是非线性的，这种信号在进入采集卡之前必须经过信号调理。信号调理的方法主要包括放大、衰减、隔离、多路复用、滤波、激励和数字信号调理等。

(1)放大

放大器提高输入信号电平以更好的匹配ADC的输入范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号——噪声比。

(2) 衰减