电子秤设计与制作
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。
电子秤设计与方案
START 控制 逻辑 EOC N位寄存器
锁 存 缓 存 器
二、DA
I VREF
I7 I7 R I6 2R 1 0 I6 R I5 2R 1 0 I5 R I4 2R 1 0 I4 R I3 2R 1 0 I3 R I2 2R 1 0 I2 R I1 2R 1 0 I1 R I0 2R 1 0 I0
利用：电阻应变传感器、INA163集成运放、ICL7106三位半LED 显示A/D转换器。 设计一个简单的电子秤
总设计框图
基本原理框图：
电阻应 变式 传感器
放大器 （INA163）
A/D转换器 （ICL7107）
LED显示
图（1）基本原理框图
下一节
3.1电阻应变传感器
电阻应变式传感器是将被 测量的力，通过它产生的 金属弹性形变转换成电阻 的 变化的元件。由电阻应变 片和测量线路两部分组成。 常用的电阻应变片有两种： 电阻丝应变片和半导体应 变片。
外部时钟输入电路图
RC低频振荡
总结
3.4、数码管显示部分
总结
电子秤设计方案二
整体结构
电阻应 变式 传感器 放大器 （INA163） 微处理器 （ATMega16） LCD显示 (次逼近式ADC的转换原理
VIN VN D/A转换器 VREF D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
全桥电压灵敏度：Ku=E 输出电压：Uo=E*(∆R/R)
3.2 INA163集成运 放 低噪声，低失真，仪表放大器
主要引脚说明：
1、第1、14管脚一级运放输出端。 2、第2、7、13引脚，不用将任何线路连接到NC引脚,NC引脚是为将来的需用而保留 的，一般悬空。 3、第3、12引脚外接增益电阻引脚。 4、第4、5引脚差动输入引脚。 5、第10引脚，参考电压输入端。 6、第9管脚电压输出端。
项目一电子称的设计与制作
01
对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用误差就是一个定值。
02
湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
03
1.4 电阻应变应变片 电阻应变片基于金属导体的应变效应，即阻值随机械变形的变化而发生变。 湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
4.迟滞
迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间，输入—输出特性曲线不一致的程度。如右下图所示。通过实验，找出输出量的 这种最大差值，并以满量程 输出YFS的百分数表示，
如下式：
湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
01
02
01
2.分辨率
湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
3. 线性度与非线性误差 线性度是用实测的检测系统输入—输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，如下图所示。 线性度可用非线性 误差来表示，计算式为：
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。如:水银温度计。 结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变。
湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
2)按工作原理分类:
3)按信号变换特征:
能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片. 湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
思考题
l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义? 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。 湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术
《电子秤设计与制作》课件
这个PPT课件将介绍电子秤的设计与制作的基础知识、设计与制作流程以及它 在工业领域、生活中和科学研究中的应用。
电子秤基础知识介绍
原理与分类
深入解析电子秤的工作原理以及各种类型。
组成部分
探索电子秤的各个组成部分及其功能。
常用传感器
介绍电子秤常用的传感器类型，包括压力传感器和负荷传感器等。
结束语
1 未来发展趋势
展望电子秤未来的发展趋势，包括智能化和自动化。
2 总结
总结电子秤设计与制作的重点和要点，强调其重要性和应用前景。
电子秤设计与制作
设计目标与要 求
明确电子秤设计的目 标和要求，如秤的设 计流程，从需求分析 到最终设计。
硬件设计
探索电子秤的硬件设 计，包括电路图和元 器件选型。
软件设计
介绍电子秤的软件设 计，包括程序结构和 算法设计。
电子秤的制作
实验材料及工具准备
列出制作电子秤所需的实验材料和工具清单。
具体步骤与注意事项
逐步指导制作电子秤的具体步骤，并提醒注意事项。
电子秤的应用
1
工业领域
探索电子秤在工业领域的广泛应用，如生产线和质量控制。
2
生活中
展示电子秤在生活中的各种应用场景，如家庭厨房和体重监测。
3
科学研究
介绍电子秤在科学研究中的应用，如药物研发和生物实验。
电子行业电子称设计与制作
电子行业电子称设计与制作概述电子称是电子行业中常用的一种测量设备，用于测量物体的重量。
本文将介绍电子称的设计与制作流程，包括硬件设计、软件编程和制作过程。
硬件设计电子称的硬件设计主要包括传感器选型、电路设计和电源设计。
传感器选型电子称的传感器主要用于测量物体的重量。
常用的传感器包括压电传感器和电磁传感器。
压电传感器基于压电效应，当物体施加在传感器上时，产生电荷，通过测量电荷的大小来确定物体的重量。
电磁传感器则基于磁感应原理，通过测量线圈中的电流变化来确定物体的重量。
在选型时需要考虑测量范围、精度和成本等因素。
电子称的电路设计主要包括信号放大、滤波和模数转换等步骤。
信号放大可以增加传感器输出信号的幅度，提高测量精度。
滤波则用于去除噪声和干扰信号。
模数转换将模拟电压信号转换为数字信号，便于后续的数据处理和显示。
电路设计中需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力和功耗等因素。
电子称的电源设计主要包括电源稳定和功耗控制。
电源稳定可以确保电子称工作时不受电源波动的影响，提高测量精度。
功耗控制则可以延长电子称的使用时间，减少电池更换的频率。
软件编程电子称的软件编程主要用于数据处理和显示。
编程语言可以选择C、C++或者Python等。
软件编程的主要步骤包括数据采集、数据处理和数据显示。
数据采集数据采集是指将传感器测量到的模拟电压信号转换为数字信号，并存储到计算机或者微控制器中。
可以使用模数转换芯片或者模数转换器来完成数据采集。
在数据采集过程中需要考虑采样率和数据精度等因素。
数据处理数据处理是指对采集到的数据进行处理，包括去除噪声、滤波和校准等步骤。
去除噪声可以通过滤波算法和数字信号处理技术实现。
滤波可以使用低通滤波器或者数字滤波器来完成。
校准是将测量到的数据与已知质量的物体进行对比，调整测量结果，提高测量精度。
数据显示数据显示是指将处理后的数据以可视化的方式呈现给用户。
可以使用LCD显示屏、数码管或者计算机界面来显示数据。
电子秤的设计与实现
电子秤的设计与实现一.研究的目的和意义随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。
随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。
电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观，由于内部集成了单片机以及软件系统，电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。
他可以完成过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。
目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。
因此，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。
二.设计原理1.电子秤的原理就是利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过A\D模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。
单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。
此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。
2. 原理仿真设计电路图图13.程序框图（1）主程序设计开始LCD 初始化重量数据显示总价计算LCD 清屏报警AD 转换重量数据处理是否超过上限按键判断Y N Y N图2 主程序设计（2）子程序A/D 0832的转化图3 A/D 0832的转化（3）显示子程序的设计图4 显示子程的设计（4）按键子程的设计在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。
实用电子秤的设计与制作
实用电子秤的设计与制作一、引言电子秤是一种能够测量物体质量的装置，它通过将电流通过物体，并测量电流通过物体所产生的电阻来计算物体的质量。
电子秤通常由传感器、电子机械与显示器组成。
传感器用于测量电阻，电子机械用于将电流通过物体，显示器则用于显示质量的数值。
本文将介绍一个实用电子秤的设计与制作。
二、设计与制作步骤1.材料准备电子秤的材料包括传感器、电子机械和显示器。
传感器可以选择四个应变片组成的电桥传感器，电子机械可以选择脉冲宽度调制方式的推力电机，显示器可以选择7段LED显示屏。
此外，还需要准备电源、线路板和电子元件，如电阻和电容。
2.传感器连接将四个应变片组成电桥传感器。
首先，将每个应变片焊接在金属膜上，再将膜片固定在称盘的四个角上。
接下来，将应变片的一端与称盘固定在一起，另一端与电桥电路连接。
电桥电路由四个电阻组成，将电桥的输出连接到放大器电路。
3.电子机械设计电子机械部分由脉冲宽度调制方式的推力电机组成。
根据物体质量的不同，通过改变电机的脉宽来改变电流的大小。
电机的转速与质量成正比。
为了实现这一点，需要通过微控制器来控制电机的输出电流。
电机的输出轴与称盘相连，负责将电流传递到物体上。
4.显示和控制部分设计将放大器电路和微控制器连接在一起，以实时测量传感器输出的电流。
微控制器将读取的电流转换为质量数值，并通过7段LED显示屏显示。
此外，还可以添加按键和EEPROM存储器，以实现更多的功能，如单位切换和数据存储。
5.电源设计为了提供正常运行所需的电能，电子秤需要一种稳定的电源。
可以选择使用市电直接供电，或者使用电池作为电源。
如果使用电池，则需要添加电池低压保护电路和充电电路。
三、制作过程1.将传感器组装在称盘上，并连接电桥电路。
2.设计和制作电子机械部分，将电机与称盘相连。
3.设计和制作放大器电路和微控制器电路，并将它们连接在一起。
4.设计和制作显示部分，将7段LED显示屏连接到微控制器。
5.设计和制作电源部分，将电源电路连接到电子秤的电路中。
手提电子秤的设计与实现
手提电子秤的设计与实现手提电子秤是现代生活中常见的一种电子测量工具，它主要用于测量物体的重量。
在设计与实现手提电子秤时，需要考虑到精度、便携性、用户友好性等方面。
以下将从硬件设计和软件设计两个方面详细介绍手提电子秤的设计与实现。
硬件设计：1.传感器选择：手提电子秤的测量精度主要依赖于所选用的传感器。
常见的传感器有压阻式、拉应变式、电容式等。
需要根据实际需求选择合适的传感器，并合理设置其参数。
2.外观设计：手提电子秤需要具备良好的便携性，因此在外观设计上需要考虑尺寸、重量、手柄设计等因素，使得使用者可以方便地携带和使用。
3.电池供电：手提电子秤一般采用电池供电，因此需要选择适合的电池，并设计合理的电池管理系统，以提供稳定的电源供应。
4.数据采集与处理：手提电子秤需要采集传感器测得的重量数据，并进行相应的处理，计算得出准确的重量数据。
因此需设计合适的数据采集与处理模块，确保测量结果的准确性。
软件设计：1.人机界面设计：手提电子秤需要设计一个用户友好的界面，使得使用者能够直观地了解测量结果。
可采用数字显示屏等方式展示数据，同时提供一些功能按钮，如切换单位、归零等。
2.数据处理算法：手提电子秤的重量数据需要经过一系列处理算法才能得出准确的结果。
可根据传感器类型和特性，选择合适的数据处理算法，如滤波算法、校准算法等。
3.单元切换功能：手提电子秤一般可以支持多种单位的切换，如千克、克、磅等。
设计时需考虑到不同单位之间的转换关系，并提供相应的功能按钮或操作方式。
4.错误处理与提示：在使用过程中，可能会出现各种错误情况，如传感器故障、重量超出范围等。
需要设计相应的错误处理与提示机制，给予用户准确的错误信息。
总结：手提电子秤的设计与实现需要综合考虑硬件和软件两个方面的要求。
在硬件设计中，需要选择合适的传感器、设计便携的外观和电池管理系统；在软件设计中，需要设计用户友好的界面、合适的数据处理算法、单位切换功能以及错误处理与提示机制。
电子秤设计与制作(讲义)
集成化：对于某些品种和结构的电子衡器，可以实现承载器与称重传感器一体化或承 载器、称重传感器与称重显示控制器一体化。
综合性：电子称重技术和电子衡器产品的应用范围不断扩大，它已渗透到一些学科和 工业自动控制领域。对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还 远远不够，现代商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合， 使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。这就要求电子计价秤能与电子 计算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。
标志及等级 特种准确度 高准确度
中准确度
普通准确度
电子秤种类 基准衡器 精密衡器
商业衡器
粗衡器
分度数范围 n > 100 000 10 000 < n ≤ 100 000 1 000 < n ≤ 10 000 100 < n ≤1
000 表1-1电子秤等级分类
（三）电子秤主要部件
称重传感器 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。 1．常用各种称重传感器 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。 电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式 组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的转换元件。 电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是 以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。电容式传感 器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感 器联接电路比较复杂等原因，直接影响到它的可靠性，所以限制了它的应用。近些年来由 于集成电路特别是微处理技术的发展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电 容的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行补偿，所以电容 式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器 电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。 压磁式称重传感器：也称磁弹性传感器，它是一种力 - 电转换的无源传感器。它的 工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电 信号。压磁传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确 度的影响小、能在恶劣的环境中工作、结构简单便于加工等优点。缺点是准确度低、反应 速度慢。它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的承受大吨位，并要求牢固可靠、安全报 警等测力或称重场合。 谐振式称重传感器：也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体 的谐振特性，随着被称物体重量的变化而产生频率变化现象而形成的一种传感器。谐振式 传感器可分为振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多种类型。在称
电子称的设计与制作
实验4. 电子秤的设计与制作在日常生活和生产中，电子秤已经得到了广泛的应用，电子秤是通过压力传感器,把被测量物体的质量转换成电信号输出,通过放大器放大后,由二次仪表直接显示出来.一.设计研究要求1.研究、测量应变式传感器的压力特性，计算其灵敏度;2.根据应变式传感器的压力特性设计、制作一个电子秤，该电子秤应达到如下的技术指标:量程:0—199.9g.精度:在量程范围内,额定误差小于最大量程的0.5%灵敏度:0. 1 g显示:电压输出0—199.9mV要求确定整体设计方案,说明测量的原理,给出各组成部分的性能测试数据,证明能达到以上技术指标,写出设计研究总结报告.二.原理和方法提示1．压力传感器应变式压力传感器的结构如图1所示，主要由双孔平衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片R 1—R 4 组成，电阻应变片一般由敏感栅、基底、粘合剂、引线、盖片等组成.应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如“3×10mm 2，350Ω”.敏感栅由直径约0.01mm--0.05mm 高电阻系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分.敏感栅用粘合剂将其固定在基片上.基底应保证将构件上的应变准确地传送到敏感栅上去，故基底必须做得很薄（一般为0.03mm--0.06mm ），使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起；另外，它还应有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性.基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等.引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1mm--0.2mm 低阻镀锡铜丝制成，并与敏感栅两端输出端相焊接，盖片起保护作用.在测试时，将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的形变，从而使电阻随之发生变化.通过测量电阻值的变化可反映出外力作用的大小.压力传感器是将四片电阻分别粘贴在弹性平行梁的上下两表面适当的位置，梁的一端固定，另一端自由用于加载荷外力 F.弹性梁受载荷作用而弯曲，梁的上表面受拉，电阻片R1和R3亦受拉伸作用电阻增大；梁的下表面受压，R2和R4电阻减小.这样，外力的作用通过梁的形变而使四个电阻值发生变化，这就是压力传感器.应变片R1= R2= R3= R4.3．压力传感器的压力特性应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化.为了显示和记录应变的大小，还需把电阻的变化再转化为电压或电流的变化.最常用的测量电路为电桥电路.由应变片组成的全桥测量电路如图2所示，当应变片受到压力作用时，引起弹性体的变形，使得粘贴在弹性体上的电阻应受片R1--R4的阻值发生变化，电桥将产生输出，其输出电压正比于所受到的压力.4．传感器电源电压E与电桥输出电压ΔU的关系改变传感器工作电压E，其输出电压正ΔU比于工作电压E.5、电子秤的设计由于应变式压力传感器输出的电压仅为毫伏量级,如果后级采用数字电压表作为显示仪表.则应把荷重传感器输出的毫伏信号放大到相应的电压信号输出.整套装置的组成框图如图3所示三.实验设计内容1、总体方案设计要设计一台电子秤,首先要根据对测量所提出的精度和灵敏度的要求.对各组成部分的主要性能参数提出合理的要求,这一步属于总体方案设计阶段.在总体设计中,首先要分析这套测试装置中哪一部分是主要的关键部分,它的性能参数将对其他部分起关健的决定性的作用.就本课题而言.应变式压力传感器是关键部分,它的特性指标将对放大电路及显示仪表的选择起决定性的作用.因此,首先要研究和测量荷重传感器的特性指标,在实际问题中.哪一部分是关键并不是唯一的和一成不变的.需要根据所要解决的实际问题的具体要求和条件而定.总体设计中，在决定荷重传感器的特性参数后，再定出其它部分的设计参数和指标.2．压力传感器的参数测试和性能研究用某种方法测量该传感器内部各桥臂的电阻值.要求不打开传感器.用电学测量方法就能知道各桥臂应变片的阻值及连接方法.这是第一个设计内容.实验中提供万用表、数字电压表.（电缆插头1、3为电源，2、4为输出）测定荷重传感器的其它性能.①压力传感器灵敏度及线性即在某一定的供桥电压下，单位荷载变化所引起的输出电压变化，用Sp表示：Sp=△V/△P实验中，不但要求出Sp值，还要求利用两个变量的统计计算法求输出电压V0和荷重P之间的相关系数，即线性度.②压力传感器电压灵敏度即在额定荷载下，供桥电压变化所引起的输出变化，用Sv表示，则Sv=△V0/△V桥同样，也要研究其线性，求其相关系数.实验仪器有数字电压表、稳压电源、砝码若干.3．决定其他部分的设计参数根据压力传感器的量程和电子秤的称重范围，在充分利用传感器量程的前提下，设计计算放大器的放大倍数和传感器的工作电压.设计放大电路，并进行调试和安装测定.可在指导老师的指导下熟悉有关的放大线路.并进行线路的测定和调试.由于荷重传感器输出的信号是很小的.一般为毫伏的量级.根据设计的要求.要在0—100.0g的称量范围内,直接以电压值显示.所以需要放大系统将该信号进行放大再输入显示系统显示物体的重量.本设计中采用运算放大器实现，运算放大电路除可自行安装调试外，也可直接采用实验室提供的放大倍数可调的实验模板，模板使用和调试方法参见附录.4.整机测定和调试把传感器、放大器和显示装置（采用适当量程和精度的数字电压表）连成一体，进行模拟测试，求物体重量变化与输出电压示值的关系，验证各项指标是否达到要求.5.总结，写出研究测试报告.附录：基本使用方法：应变式压力传感器基本特性的测量1.压力传感器的压力特性的测量：(1) 将100g传感器输出电缆线接入实验仪电缆座II，测量选择置于内测20mV（或200mV）.接通电源，调节工作电压为2V, 按顺序增加砝码的数量（每次增加10g）至100g，分别测传感器的输出电压.（2）按顺序减去砝码的数量（每次减去10g）至0g，分别测传感器的输出电压.（3）用逐差法处理数据，求灵敏度Sp.2. 压力传感器的电压特性的测量：保持传感器的压力不变（如50g），改变工作电压分别为3V、4V、5V、6V、7V、8V，9V测量传感器电源电压E与电桥输出电压ΔU的关系，作E－ΔU关系曲线, 求灵敏度Sv.3.应变式压力传感器实验模板如图4所示，R1—R4应变式压力传感器的四个应变电阻，由R1—R4等电阻组成的电压为V01,Rw1为零点调节.由R7—R13、IC1等组成的差动放大器放大倍数由Rw2调节，输出的电压为V02.使用、调试方法：实验仪电缆I100g传感器零点调节放大倍数调节放大器调零图41）、用电缆线连接实验仪电缆I插座和实验模板，并将100g传感器电缆线接入实验模板，用导线短路放大器输入端，放大器的输出端与实验仪测量输入相连，实验仪测量选择置200mV外测档，打开实验仪电源开关，调节放大器调零旋钮使放大器输出电压为0.0mV,去掉短路线用连接线将放大器的输入端与非平衡电桥的输出端相连，放大器的输出端与实验仪测量输入相连，实验仪测量选择置200mV外测档.2）、在压力传感器秤盘上没有任何重物时，测量放大器的输出电压，调节零旋钮使放大器的输出电压为0.0mV点调节Rw13）、将100g标准砝码置于压力传感器秤盘上，测量放大器的输出电压，调旋钮使放大器的输出电压为100.0mV.（0.1mV相当于0.1g.）节放大倍数调节Rw34)、改变压力传感器秤盘上的标准砝码，检验放大器的输出电压与标准砝码的标称值是否对应.5）、重复2）、3）步操作，使误差最小.6）、评估你设计制作的电子秤.。
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目录1设计的任务与要求 (2)1.1 设计基本概述 (2)1.2 设计要求 (2)2.方案论证与选择 (2)2.1 电子称的系统方案 (2)3 压力传感器 (3)3．1应变片 (4)3．2惠斯通电桥 (4)4.放大电路 (6)5 A/D转换模块 (7)6 LCD12864显示电路 (8)7 系统电路总图及原理 (8)8 总结 (8)9. 创新创意设计以及后续开发10．参考文献 (9)附录A：元器件清单……………………………………………………………………１01设计的任务与要求1．1 任务的基本概述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，电子秤的结构如右图所示。
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。
1.2要求（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g ）；（10分）（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 ； （50分） （3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现几种物品金额的累加；（15分）（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g ； （15分） （5）其他。
（10分） （6）设计报告： （20分）*说明（1）铁质悬臂梁可用磁铁检验，悬臂梁上所用电阻应变片的种类、型号、数量自定。
（2）测试时以符合称重误差的砝码为重量标准。
应变片2.方案论证2.1 电子称的系统方案电子秤系统方案： 电子秤的系统流程图：被测物体→压力传感器→放大电路→AD 转换模块→51单片机（算法）←键盘↓LCD12864显示模块基本思路：所测重量经过应变片变化转换为电阻变化，再经过测量电路转化为电压变化，经过放大电路放大调节后输出显示得到所需信号。
经过对51单片机的编译，对所得信号进行运算处理，得到需要的结果并在LCD12864上显示。
MCU 的选择：基于对成本的考虑，我们采用了价格低廉的编译空间大的STC12C5A60S2芯片。
以便保存较多的中文字符组。
使用C52将会出现ROM 口空间不够的情况。
3压力传感器测量电路电阻应变片把机械应变信号转换成电阻变化后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。
因此，必须采用转换电路，把应变计的电阻变化转换成电压或电流变化，以便于测量。
具有这种转换功能的电路称为测量电路。
电桥电路是目前广泛采用的测量电路，常见的直流电桥电路如图2， 图2 直流电桥电桥输出电压为Uo= U （式1）R1、R2、R3、R4为四个桥臂，当一个臂、两个臂或四个臂接入应变片时，就相应构成了单臂、双臂和Uo全臂工作电桥。
下面分别就单臂、半桥和全桥电路进 行讨论。
（1）单臂工作电桥 图3 单臂工作电桥如图3所示，R1为电阻应变片，R2、R3、R4为固定电阻。
应变片未受力时电桥处于平衡状态，R1R3=R2R4,输出电压U0=0，当承受应变时，R1阻值发生变化，设为R1+ΔR ，电桥不平衡，产生输出电压为Uo=((R1+ΔR)R3-R2R4)/((R1+ΔR+R2)(R3+R4))设R1=R2=R3=R4=R,又ΔR<<R1 则Uo ≈U/4 ΔR/R(2)双臂工作电桥若在两个桥臂上计入电阻应变片，其他桥臂为固定电阻，则构成双臂工作电桥，如图4，R1、R2为电阻应变片，R3、R4为固定电阻。
当应变片承受应变时，R1电阻增大ΔR ，R2电阻减小ΔR ，这种电桥成为差动电桥。
图4 双臂工作电桥此时电桥不再平衡，输出电压为Uo=U/2 ΔR/R 由式知半桥的输出是线性的没有非线性误差问题，而且灵敏度比单臂提高了一倍。
全臂工作电桥若四个桥臂上全为电阻应变片，则构成全桥工作电路，如图5所示，R1、R2、R3、R4全为电阻应变片。
承受应变时，R1、R3电阻增大ΔR ，R2、R4Uo电阻减小ΔR 。
图5 全臂工作电桥电桥不再平衡，输出电压为Uo=U ΔR/R由式知，全桥的电压输出是线性的，没有非线性误差问题，而且其灵敏度是单臂的4倍，是半桥的2倍。
电子秤实验采用的是全桥测量电路，我们选取直流电源电压为8V 。
所取的应变片未承受应变时阻值R1=R2=R3=R4=1000Ω，当测量满量程200g 物体时，测得应变片阻值变化ΔR 大约在0.1~0.3Ω之间（参见文章最后实验数据记录表1、表2）。
我们取ΔR=0.2Ω,U=5V,则测量电路的输出电压为Uo=U ΔR/R ≈0.0010V 。
由于所选的AD 模块AD7705处理小于50mV 以下的电压变化线性状态不理想，所以需要对电桥信号进行放大。
3.放大电路、放大电路的讨论以及决定： LM324参数：LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。
可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V 或+16V. LM324的 特点：1. 短跑保护输出2. 2.真差动输入级3. 3.可单电源工作：3V-32V应用：LM324主要应用于一般精度的放大电路。
OP07参数：OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A 最大为25μV ），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A 为±2nA ）和开环增益高（对于OP07A 为300V/mV ）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传Uo感器的微弱信号等方面。
特点：超低偏移： 150μV最大。
低输入偏置电流： 1.8nA 。
低失调电压漂移： 0.5μV/℃。
超稳定，时间： 2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22VOP07 管脚图应用：OP07是一个高精度，低噪音，低失调，低温漂的放大器，一般用于微信号放大的仪表电路或传感器电路。
经过讨论，这个电子秤的输出信号很微弱，所以应该采用相对比较高精度的OP07放大器。
通过对电桥的调试，输出的信号大概只有几毫伏的变化，所以我们需要把这个输出信号放大，为了达到设计要求，我们需要放大60多倍，为了有更好的精准度，决定采用二级放大，也就是采用差动放大。
OP07两级放大模块该电路由三个运算放大器组成，Vo1、Vo2和Vo分别为三运放的输出电压。
分析电路知流过R2、R1的电流相等，设为I，可以计算出理想的输出电压Vo.I=(Vi1-Vi2)/R1 （式7）Vo1=Vi1+R2i （式8）Vo2=Vi2-R2i （式9）Vo=R4/R3(Vo1-Vo2)=R4/R3(1+2R2/R1)(Vi1-Vi2) （式10）下面就各电阻应取阻值大小进行分析：前面已经计算过，差动放大电路的差模输入只有几毫伏的变化,而要求的最终输出电压为几百毫伏（700mV左右），故需将Uo放大60多倍。
由式（10）知差分放大电路的放大倍数为R4/R3(1+2R2/R1)，主要由R4/R3及R2/R1的值决定，但R1、R3太小会从集成运放中获取太大的电流，太大的R4、R2会增加电阻产生的噪声，故其放大倍数不宜太大，我们可先通过差分放大电路将电压信号放大至300mV左右，再通过后续的放大电路将其进一步放大以达到所要求值。
实验中取R2=15kΩ，R3=10kΩ,R4=20kΩ,而将R1用一个1kΩ固定电阻，即放大倍数为2(1+2*15/1)=62。
差动放大电路具有以下优点：1）高输入阻抗。
被提取的信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器输入阻抗。
2）高共模抑制比。
电路对共模信号几乎没有放大作用,共模电压增益接近零。
3）低噪声、低漂移。
主要作用是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出稳定。
4）电路的增益可以通过改变电阻R1阻值来调节。
4．AD转换模块结合题目要求，要求中需要制作一个精度精确到0.5，量程为0-500g的电子秤。
我们选用了AD7705芯片作为AD转换芯片。
AD7705是美国模拟器件公司（其在中国注册公司为：亚德诺半导体技术有限公司）生产的模数转换器。
AD7705为完整16位、低成本、Σ-Δ型ADC，适合直流和低频交流测量应用。
AD7705 采用SP I Q SP I兼容的三线串行接口，能够方便地与各种微控制器和DSP 连接, 也比并行接口方式大大节省了CPU的 I O口。
下应用电路中，采用 80C51 控制AD7705，对桥式传感信号进行模数转换。
此方案采用二线连接收发数据。
AD7705 的CS 接到低电平。
DRDY的状态通过监视与DRDY线相编程数字滤波器等部件。
能直接将传感器测量到的多路微小信号进行AD转换。
这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。
参数特点：两个全差分输入通道ADC可编程增益前端增益范围从1至128三线串行接口SPI®, QSPI™, MICROWIRE™, DSP 兼容SCLK上可接受施密特触发器输入提供模拟输入缓冲工作电压：2.7 V至3.3 V或4.75 V至5.25 V功耗：最大1 mW（3 V）待机电流：最大8 µA我们选择了安富莱的TM7705模块代替AD7705，TM7705与AD7705的整体构造结构相同，且已经集成了AD7705的最小工作系统图，节省了大量的工作量。
LCD12864显示模块考虑到设计要求中有基于重量的计算，需要显示重量，单价，总价，名称等较多数据，单独用数码管和1602难以满足需求，我们采用可以显示中文的LCD12864来做显示模块。
液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。
可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式。
具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。
在设计中我们采用了占用单片机I/0口较少的串行连接方式与单片机连接。
串行连接时序图串口连接方式与并口的最大区别在于传输速度上，然而实在实际使用过程中，肉眼基本是察觉不到速度的快慢的。
所以笔者建议日后对51单片机进行开发，特别是多功能多模块开发的时候，可以选择采用串口接线的方式连接MCU，这样可以节约单片机的资源。
由于模块中自带中文字符，在编译中可以直接调用中文字符库中的中文，非常方便。
省去了大量的取模时间。
关于LCD12864的工作原理与程序，这里不做多述。
7系统电路的总图以及原理8 总结在本次任务完成的过程中，我们团队收获了许多宝贵的经验，无论是从软件编译上还是从硬件制作上。