应力测试仪的设计南昌航空大学专业课设

课程设计说明书课程设计名称：专业课程设计课程设计题目：应力测试仪的设计学院名称：信息工程学院专业：电子信息工程班级：09041209学号09041209姓名：评分：教师：2012年6月28日电子信息工程专业课程设计任务书2011－2012学年第2学期第18周－20周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课题目应力测试仪内容及要求设计并制作一个应力测试仪，AD转换用ADC0804，应力测试范围为0~200牛，用三位LED显示结果进度安排1.查阅资料、选择方案，领仪器设备：2天；2.仿真、画电路原理板图：2天；3.领元器件、制作、焊接：3天；4．调试：2天；5.验收：1天；学生姓名韦祥宝程克明指导时间2012年6月11日－2012年6月28日指导地点：E楼401室任务下达2012年6月11日任务完成2012年6月28日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师王忠孙成立系（部）主任万在红时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务档。摘要本文主要讲述了一种利用传感器，A/D转换和7279显示器制作的数字应力测试仪，论述了仪器的工作原理，给出了仪器硬件设计和软件流程。其中利用传感器把重量转换成电压信号，再将电压信号放大输入A/D转换，通过A/D转换和数据处理，由7279显示。该应力测试仪体积小，携带方便，操作简单，测量速度快。本设计具有制作简单，实用性强，精确度高等特点，具有广泛应用前景。关键词：压力传感器，放大器，单片机，A/D转换，7279显示目录第一章绪论………………………………………………………………11.1课题的目的及意义.........................................................................................11.2研究内容........................................................................................................1第二章系统的总体设计方案……………………………………………22.1系统的设计要求.............................................................................................22.2系统的组成及其工作原理.............................................................................22.3硬件电路设计方案.........................................................................................32.3.1传感器的选择......................................................................................32.3.2放大器的选择......................................................................................62.3.3AD转换器的选择................................................................................82.3.4单片机的选择....................................................................................112.3.5显示单元的选择................................................................................152．4系统软件设计............................................................................................162.4.1主程序流程图....................................................................................162.4.2A/D转换子程序.................................................................................162.4.37279显示子程序................................................................................17数据转换子程序..........................................................................................18第三章应力测试仪的调试…………………………………………183.1软件的调试..................................................................................................183．2硬件的调试.................................................................................................19第四章结论……………………………………………………………20参考文献…………………………………………………………………21附录：.................................................................................................................21元件清单：.........................................................................................................21系统总原理图：....................................................................错误!未定义书签。1第一章绪论1.1课题的目的及意义在我们的日常生活中都需要测量物体的体重，所以当然会用到应力测试仪，但是传统的应力测试仪一般都偏向于体积大，反应慢，不具备快速，简便的社会需求，所以制作一个小型的，适合于人们日常生活用的应力测试仪就很有必要。随着计量技术与电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤，台秤，磅秤等重量装置逐步被淘汰，电子类的测量应力或者体重的装置越来越受到人们的青睐。应力测试仪向着提高精度和降低成本的方向发展的趋势引起了对对成本，高性能模拟信号处理器器件需求的增加。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况以及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化，模块化，集成化，智能化；其技术性能趋向于速率高，准确度高，稳定性高，可靠性高；设计方面更加符合人们的思维，更加人性化。应力测试作为一种计量手段，广泛应用于工农业，科研，交通，内外贸易等各个领域，于人们的生活紧密相连。应力测试仪是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生，国防建设，科学研究，内外贸易不可或缺的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行业的现代化水平和社会经济效益的提高。本着快速，简便，智能，可靠，稳定的原则，设计了一个简便的应力测试仪，对于满足人民的日常生活提供了很大的便利。1.2研究内容本次设计研究的是某一应力或者重力装置通过压力传感器采集到的力并将其转换为电压信号。输出电压信号通常很小，所以需要处理电路将微小变化的电压进行放大，在放大电路中用到了LM358，放大后的模拟电压信号经ADC0809芯片转换成数字量被送入主控电路的单片机中，再经过单片机输出控制7279显示，从而测得压力传感器所感受到的力。按照设计的基本要求，系统可以分为数据采集，放大转换，控制显示三大模块，数据采集有压力传感器组成，放大转换由放大器LM358以及ADC0809组成，控制显示则由AT89C51和7279组成。2实现的功能在应力的范围为0—200牛顿时，可在7279显示相应的测量结果。第二章系统的总体设计方案2.1系统的设计要求1．设计并制作一个应力测试仪2.A/D转换采用ADC08093.应力测试范围：0–200牛顿4.用三位LED显示器显示测量结果2.2系统的组成及其工作原理系统由压力传感器，放大电路LM358和模数转换电路ADC0809，主控电路AT89C51单片机以及显示电路7279显示。压力传感器的作用是将所感受到的应力的变化转化为微小的电压变化，经过放大电路后得到适合转换的模拟电压值，然后经过模数转换电路后得到相应的数字量，送入单片机内进而控制7279显示电路显示。3图2-1总体方案图具体的方案图：图2-2具体方案图2.3硬件电路设计方案2.3.1传感器的选择传感器的定义: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。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。电阻应变片信号放大电路压力量弹性元件应变A/D转换单片机输出显示电阻应变式传感器输出信号信号放大电路显示电路LEDA/D转换电路单片机4其中敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分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。传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量和输入量之间所有的相互关系。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度，灵敏度，迟滞，重复性，漂移等。传感器的动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出特性。传感器的动态特性常用阶跃响应和频率响应来表示。电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为ΔR/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的ΔR/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，Ein接直流电源E：5)(434211RRRRRRE))((43214231RRRRRRRRE3421RRRR)()()()()()(22RRRRRRRRERRRRuoERR图2-3传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有：ADABBDouuuu=式（2.1）当满足条件R1R3=R2R4时，