电子秤-课程设计.

惠州学院课程设计目录摘要本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用C语言进行软件设计，硬件则以全桥传感器为主,测量0～500g电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用单臂电桥测量原理，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。ADC0809A/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。关键字：电子秤、电子应变片、A/D转换器，显示电路惠州学院课程设计目录目录摘要......................................................................................................................................1目录..................................................................................................................................2一、系统整体描述...............................................................................................................3二、系统模块描述.............................................................................................................42.1电阻应变式传感器的组成以及原理.............................................................................................42.2直流电桥检测电路......................................................................................................................52.3放大电路.....................................................................................................................................72.4A/D转换：..................................................................................................................................82.5单片机系统..................................................................................................................................92.6显示电路...................................................................................................................................102.7报警电路：...............................................................................................................................11三：数据处理及程序的设计..............................................................................................113.1数据处理及程序的设计.............................................................................................................113.2参数整定...................................................................................................................................123.2.1测量数据及误差分析...........................................................................................................123.2.2曲线拟合及参数整定...........................................................................................................133.3显示子程序的设计....................................................................................................................16参考文献.............................................................................................................................17总结...................................................................................................................................17附录1仿真图.....................................................................................................................18附录2程序.........................................................................................................................18惠州学院课程设计目录一、系统整体描述系统由敏感元件、电桥测量电路、放大电路、模数转换电路、单片机最小系统、显示电路和报警电路构成。敏感元件产生物理量变化，由测量电路将信号转换为电信号，并放大输出。通过模数转换后将信号输入单片机中，经过处理后由显示电路显示。若变量超过限定值，则激活报警电路，由蜂鸣器发出报警信号。应变片电桥测量电路放大电路模数转换电路单片机最小系统显示电路报警电路惠州学院课程设计目录二、系统模块描述2.1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：A.电阻丝温度系数引起的。B.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。图1原理应变式传感器安装示意图惠州学院课程设计目录2.2直流电桥检测电路图1-4单臂电桥转换电路⑴电桥平衡条件和调零直流电桥转换电路如图2-5(a)所示。当RL=∞时，输出电压为(2-15)电桥达到平衡时，输出电压为零，令Uo=0，由式(2-15)得(2-16)式(2-16)即为直流电桥的平衡条件。图2-5直流电桥转换电路和调零电路当式(2-16)不满足时，输出电压U0不为零，此时需要调零电路完成调零。图2-5(b)是典型的直流Rr可以补偿R1、R2、R3、R4间的不平衡。⑵电桥的电压灵敏度①单臂电桥的电压灵敏度单臂电桥是将电阻应变片接入电桥的一个桥臂，如图2-4的R1位置，其余桥臂为固定电阻，则其输出电压为)(433211oRRRRRREU4321RRRR惠州学院课程设计目录(2-17)因为电桥初始状态时是平衡的，有R2/R1=R4/R3，令n=R2/R1=R4/R3为桥比。由于ΔR1/R1很小，则(2-18)定义直流电桥电路的灵敏度系数为(2-19)欲使电路的灵敏度最大，令0UnK，得(1+n)2-2n(1+n)=0(2-20)即n=1。所以，选择桥臂电阻阻值，使桥比为1，电路灵敏度达到最大。此时的输出电压为(2-21)电路的灵敏度系数为(2-22)从前面的推导得知，式(2-21)的输出电压是式(2-17)略去分母中ΔR1/R1项得到的结果，简化后的输出电压Uo与电阻相对变化ΔR1/R1之间是线性的。如果不作简化，实际输出电压为(2-23)令n=1，这一线性化引起的非线性误差为(2-24)例如，测量过程中电阻的相对变化ΔR1/R1＝1％，当采用单臂电桥作为转换电路时，由式(2-24)计算后，得到的非线性误差为γL=4.8%。它表明电阻的相对变化较大时，这种简化带来的非线性误差将变得非常严重。②半桥、全桥的电压灵敏度在试件上粘贴两个工作应变片，一个为受拉应变片，一个为受压应变片，大小相等，方向相反，接入电桥相邻桥臂，将构成半桥电路，如图2-6(a)所示；在试件上粘贴四个工作应变片，两个为受拉应变片，两个为受压应变片，分别接入对边桥臂，构成全桥电路，如图2-6(b)所示。4241331311112411234113()(1)(1)oRRRRRRRRRRRUEERRRRRRRRRRR112oΔ)1(RRnnEU211oU)1(/nnERRUK11oΔ4RREU4UEK110111(1)RnRUERnnR111111oooooΔ2ΔΔ2211RRRRRRUUUUUL惠州学院课程设计目录图2-6差动电桥转换电路对于图2-6(a)所示的半桥电路，输出电压为(2-25)若ΔR1=ΔR2，R1=R2=R3=R4，则（2-26）半桥电路的灵敏度系数为：(2-27)对于图4-6(b)所示的全桥电路，输出电压为(2-28)全桥电路