单片机课程设计-数字电子秤.doc

数字电子秤设计
第一节绪论
本课程设计的电子秤以单片机为主要部件,利用全桥测量原理,通过对电路输出电压和标准重量的线性关系,建立具体的数学模型,将电压量纲(V)改为重量纲(g)即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种,本设计采用全桥测量电路,使系统产生的误差更小,输出的数据更精确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大,以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADC0809 A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号,进行模数转换,然后把数字信号输送到显示电路中去,最后由显示电路显示出测量结果。

设计的主要内容如下:
运用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路
设计一款电子秤,用LED液晶显示器显示被称物体的质量
电路由全桥测量电桥,三运放大电路,A/D转换电路,LED显示电路
写出详细的实验报告

基本工作原理框图如下:
传感器
三运
放大器
ADC0809 A/D转换器
8031
8155
LED显示器
图 -1 基本工作原理框图
电路方框图如下:
电阻应变式传感器输出信号
三运放大电路放大信号
显示电路
A/D转换电路
-2 电路方框图
第二节硬件的设计
传感器的选择
电阻应变式传感器的组成以及原理
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变形转换成电阻变化的元件。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,本设计中采用的是电阻丝应变片,为获得高电阻值,电阻丝排成网状,并贴在绝缘的基片上,电阻丝两端引出导线,线栅上面粘有覆盖层,起保护作用。
电阻应变片也会有误差,产生的因素很多,所以测量时我们一定要注意,其中温度的影响最重要,环境温度影响电阻值变化的原因主要是:
电阻丝温度系数引起的。
电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。
对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变片,也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多,一般来说主要是由结构设计决定,通过线性补偿,也可得到改善。
 滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
-3应变式传感器安装示意图
全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uout=KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。
电阻应变式传感器的测量电路
常规的电阻应变片K值很小,约为2,—,所以,—。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化,在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。
桥式测量电路有四个电阻,其中任何一个都可以是电阻应变片电阻,电桥的一个对角线接入工作电压U,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,或则就有电压输出,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。
测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节,我们在制作的过程中应尽量选择好元件,调整好测量的范围的精确度,以避免减小测量数据的误差。
Rw1
图 -4 全桥测量电桥图
图 -5 三运放大电路结构图
它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右,测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。将差动放大器调零,合上电源开关,调节电桥平衡电位RW1,。将10只标准砝码全部置于传感器的托盘上,调节电位器RW3(增益即满量程调节)(2V档测量)或-。拿去托盘上的所有砝码,调节电位器R W4(零位调节)。重复2、3步骤的标定过程,一直到精确为止,把电压量纲V改为重量纲g,就可以称重。成为一台原始的电子秤。
三运放大电路
本次课程设计中,需要一个放大电路,我们将采用三运放大电路,主要的元件就是三运放大器。
在许多需要用A/D转换和数字采集的