電阻應變式力制作的數(shù)顯電子秤

1、電阻應變式力傳感器制作的數(shù)顯電子秤 摘要摘要 本設計分四個模塊：數(shù)據(jù)采集及放大模塊、模數(shù)（a / d）轉(zhuǎn)換模塊、自動 換檔模塊、顯示模塊。本電路應用電阻應變式傳感器來采集電壓的微小變化， 經(jīng)過放大電路放大后送入 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 cc7107，對輸入電壓信號進行轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量輸出；顯示模塊直接連接數(shù)碼管構(gòu)成，顯示實際測量值。同時根據(jù)輸出， 自動判斷出所加壓力的大小來改變量程，實現(xiàn)自動換擋?？蓪崿F(xiàn) 0 1.99kg，019.99kg，0199.9kg 范圍的測量。 關鍵詞關鍵詞 電阻應變式傳感器；敏感元件；電子秤。 abstract the design is divided into four

2、 modules: data acquisition and amplifier module, the module (a / d) converter module, automatic transmission module, display module. the application of resistance strain sensor circuit to capture small changes in voltage, after amplification into the amplifier circuit a / d converter chip cc7107, th

3、e input voltage signal into a digital output; display module connected directly to digital form, showing the actual measurement value. at the same time according to the output, automatically determine the size of the applied pressure to change the range, automatic shift. can achieve 0-1.99kg ,0-19 .

4、99 kg ,0-199 .9 kg range of measurements. key words strain sensor；sensitive components；;electronic scales. 目 錄 1 1 計量器具的發(fā)展計量器具的發(fā)展.1 1 2 2 系統(tǒng)方案設計與比較系統(tǒng)方案設計與比較.3 3 3 3 元器件的選擇和電路設計元器件的選擇和電路設計.4 4 3.1 傳感器的選擇以及原理.4 3.1.1 彈性體 .5 3.1.2 電阻應變片 .6 3.1.3 電阻應變式傳感器的測量電路 .7 3.2 放大器電路.9 3.3 a/d(模/數(shù))轉(zhuǎn)換器.10 3.3.1 a/d

5、 轉(zhuǎn)換芯片 7107 的引腳圖及其引腳功能.10 3.4 數(shù)字電子秤的電路分析.12 3.4.1 數(shù)字電子秤的電路 .12 3.4.2 數(shù)字電子秤的電路圖分析 .13 4 4 系統(tǒng)測試方法系統(tǒng)測試方法.1515 5 5 結(jié)論結(jié)論.1616 結(jié)束語結(jié)束語.1717 參考文獻參考文獻.1818 1 計量器具的計量器具的發(fā)展發(fā)展 測定物體質(zhì)量的衡器。常見的有桿秤、臺秤、案秤、彈簧秤等。桿秤。 以帶有星點和錐度的木桿或金屬桿為主體，并配有砣(砝碼)、砣繩和秤盤(或秤 鉤)的小型衡器。按使用范圍和秤量的大小分為戥子、盤秤和鉤秤 3 種。臺秤。 承重裝置為矩形臺面，通常在地面使用的小型衡器。按結(jié)構(gòu)原理可分

6、為機械臺 秤和電子臺秤兩類。案秤。在工作臺案或柜臺上使用的小型商用衡器。按結(jié) 構(gòu)和功能可分為普通案秤和電子計價秤兩類。彈簧秤。利用彈簧在被測物重 力作用下的變形來測定該物體重量的衡器。其秤量可從 1 毫克到數(shù)十噸。 電子秤：利用作用于物體上的重力來測量該物體質(zhì)量(重量)的計量儀器， 裝有電子裝置。 秤重物品經(jīng)由裝在機構(gòu)上的重量傳感器，將重力轉(zhuǎn)換為電壓或電流的模擬 訊號，經(jīng)放大及濾波處理后由 a/d 處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號，數(shù)字訊號由中央處 理器(cpu)運算處理，而周邊所須要的功能及各種接口電路也和 cpu 連接應用， 最后由顯示屏幕以數(shù)字方式顯示。 工作流程說明： 當物體放在秤盤上時，壓力施給

7、傳感器，該傳感器發(fā)生形 變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使用激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬 信號。該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號 輸出到 cpu 運算控制。cpu 根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器。 直至顯示這種結(jié)果。 第二部分 秤的分類： 1.按原理分：電子秤 機械秤 機電結(jié)合秤 2.按功能 分：計數(shù)秤 計價秤 計重秤 3.按用途分：工業(yè)秤、商業(yè)秤、特種秤。 第三部分 秤的種類： 1.桌面秤 指全稱量在 30kg 以下的電子秤 2.臺秤 指全稱量在 30-300kg 以內(nèi)的電子秤 3.地磅 指全稱量在 300kg 以上的電子秤 4.精 密天平。 第

8、四部分 按精確度分類： i 級： 特種天平 精密度1/10 萬 ii 級： 高精 度天平 1/1 萬精密度1/10 萬 iii 級： 中精度天平 1/1000精密度1/1 萬 iv 級： 普通秤 1/100精密度1/1000。 第五部分 專業(yè)術語： 1.最大稱量： 一臺電子秤不計皮重，所能稱量的最 大的載荷； 2.最小稱量： 一臺電子秤在低于該值時會出現(xiàn)的一個相對誤差； 3.安全載荷： 120%正常稱量范圍；4.額定載荷： 正常稱量范圍； 5.允許誤差： 等級檢定時允許的最大偏差; 6.感量： 一臺電子秤所能顯示的最小刻度;通常用 “d”來表示； 7.解析量： 一臺具有計數(shù)功能的電子秤，所能分

9、辯的最小刻度； 8.解析度： 一臺具有計數(shù)功能的電子秤，內(nèi)部具有分辯能力的一個參數(shù); 9.預熱 時間： 一臺秤達到各項指標所用的時間；10.精度： 感量與全稱量的比值； 11.電子秤使用環(huán)境溫度為： -10 攝氏度 到 40 攝氏度 12.臺秤的臺面規(guī)格： 25cm x 30cm 30cm x 40cm 40cm x 50cm 42cm x 52cm 45cm x 60cm 。 第六部分 電子秤的特點： 1.實現(xiàn)遠距離操作； 2.實現(xiàn)自動化控制； 3.數(shù) 字顯示直觀、減小人為誤差；.準確度高、分辯率強； 5.稱量范圍廣；6.特有功 能：扣重、預扣重、歸零、累計、警示等；7.維護簡單； 8.體積

10、?。?9.安裝、 校正簡單； 10.特種行業(yè)，可接打印機或電腦驅(qū)動；11.智能化電子秤，反應快， 效率高。 第七部分 電子秤檢查過程： 1.首先整體檢查：有無磨損和損壞；2.能否開 機：開機后是否從 0 到 9 依次顯示、數(shù)字是否模糊、能否歸零； 3.有無背光； 4.用砝碼測試能否稱重； 5.充電器是否完好，能否使用； 6.配件是否齊全。 第八部分 傳感器類型： 1.電阻式：價格適中、精度高、使用廣泛； 2.電 容式：體積小、精度低; 3.磁浮式：特高精度、造價高； 4.油壓式：現(xiàn)市場上已 淘汰； 顯示器種類： 1.lcd（液晶顯示）：免插電、省電、附帶背光; 2.led：免插電、耗電、很亮；

11、 3.燈管：插電、耗電、很高; k/b（按鍵）類型： 1.薄膜按鍵：觸點式； 2.機械按鍵：由許多單獨按鍵組合在一起； 傳感器的 特性： 1.額定載荷; 2.輸出靈敏度；3.非線性； 4.滯后；5.重復性； 6.蠕變；7. 零點輸出影響； 8.額定輸出溫度影響；9.零點輸入；10.輸入阻抗； 11.輸出阻 抗；12.絕緣阻抗； 13.容許激勵電壓；(5-18v)。 2 系統(tǒng)方案設計與比較系統(tǒng)方案設計與比較 秤具是重量的計量器具，與普通秤具相比，數(shù)字電子秤具有數(shù)字直接顯示 被稱物體的重量、性能穩(wěn)定、測量準確及使用方便等優(yōu)點，在各種生產(chǎn)領域和 人民日常生活中得到廣泛的應用。 用電子秤稱重的過程就是

12、把被測物體的重量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號， 稱重的準確程度首先取決于創(chuàng)奇輸出的信號，由于這一信號通常都很小，需要 應用放大系統(tǒng)進行準確、線性的放大，放大后的模擬電壓信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，再通過譯碼顯示器顯示出重量。有如下方案： 方案一： 通過電阻應變式傳感器電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入 a/d 轉(zhuǎn)換 芯片 cc7107 進行 a/d 轉(zhuǎn)換，由于此芯片可直接用于數(shù)字顯示，故轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 量直接用數(shù)碼顯示器進行顯示。此方案的優(yōu)點是外部電路非常簡單，但同能實 現(xiàn)較高的精度。缺點是無法對 a/d 轉(zhuǎn)換進行制。其電路原理如圖 2-1 所示： 傳感器放大器 a/d 變換數(shù)字顯示 量程

13、切換 圖 2-1 方案一原理圖 方案二： 通過稱重電橋產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大電路把信號放大后輸入 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 adc0809 進行 a/d 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入單片機，有單片機進行數(shù)據(jù)處理 和對 a/d 轉(zhuǎn)換的控制，再有單片機輸出顯示信號，通過顯示電路進行顯示。此 方案的優(yōu)點是可控制性好，電路簡單，缺點是數(shù)據(jù)量大且存儲器存儲容量有限。 但要求是用我們所學的數(shù)字電路知識，運用簡單數(shù)字芯片進行設計，單片機需 要編寫程序進行數(shù)據(jù)處理。故我們不采用。方框圖如（圖 2-2）： 傳感器 三運 放大器 adc0809 a/d 轉(zhuǎn) 換器 80318155 led 顯示器 圖 2-2 方案二原理圖 3

14、元器件的選擇和電路設計元器件的選擇和電路設計 3.13.1 傳感器的選擇以及原理傳感器的選擇以及原理 在本設計中，采用的重量傳感器為電橋壓力傳感器，也可以使用阻值與壓 力成正比的滑臂式電位器實現(xiàn)。電橋式傳感器電路見圖 3-1 所示，滑臂式電位 器傳感器電路見圖 3-2 所示。 圖 3-1 電橋傳感器及調(diào)零電路 圖 3-2 滑臂式電位器 在圖 3-1 中，r1、r2、r3和 r4電橋的四個橋臂，橋臂電阻為應變電阻，傳 感器電路將應變電阻阻值的變化抓換為電壓信號或電流信號作為輸出。電橋?qū)?角 a、b 兩點接電源電壓 v+,c、d 兩點為輸出，接到電橋的負載上。電橋未受力 時處于平衡狀態(tài)，即 r1r

15、2=r3r4，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器 rw，使 c、d 兩點輸出電壓 u=0；當傳感器應變電阻受到外界壓力影響時，橋臂電阻阻值產(chǎn)生變化，電橋失 去平衡，u0，產(chǎn)生輸出。在圖 3-2 中，使用一個滑臂式電位器作為重量傳感 rw1 器，被測重量的物體作用在傳感器上時，電位器的滑臂產(chǎn)生一定的位移，這個 位移正比于物體的重量，使電位器的阻值發(fā)生變化，從而使輸出電壓正比于物 體的重量；當未受外界重量壓力時，其輸出電壓為零。 3.1.13.1.1 彈性體彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。 ，基本的敏感元件如圖 3-3 所示，應變 式傳感器安裝示意圖如圖 3-4 所示。 它的功能有兩個，首先是它承受傳感器所受

16、的外力，對外力產(chǎn)生反作用力， 達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應變場（區(qū)） ，使粘貼在此區(qū)的 電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務。 以托利多公司的 sb 系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應力 分布。 設有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。 肓孔底部中心是承受純剪應力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應力。 主應力方向一為拉神，一為壓縮，若把應變片貼在這里，則應變片上半部將受 拉伸而阻值增加，而應變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部 中心點的應變表達式，而不再推導。 = （3q（1+）/2eb）*（b（h2-h2）+bh2）/ （b（h3-h3）+bh3）

17、（3-9） 其中：q-截面上的剪力；e-揚氏模量：泊松系數(shù)；b、b、h、h為 梁的幾何尺寸。 需要說明的是，上面分析的應力狀態(tài)均是“局部”情況，而應變片實際感 受的是“平均”狀態(tài)。 全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應變片接入電橋?qū)?，當應變片?始阻值：r1r2r3r4，其變化值 r1r2r3r4 時，其橋路輸出 電壓 uoutke。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差 均得到改善。 圖 3-3 基本的敏感元件 圖 3-4 應變式傳感器安裝示意圖 3.1.23.1.2 電阻應變片電阻應變片 電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即 成為一片應變片。它的

18、一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù) k。圖 3-5 是圖應變片的基本 結(jié)構(gòu)。 設有一個金屬電阻絲，其長度為 l，橫截面是半徑為 r 的圓形，其面積記 作 s，其電阻率記作 ，這種材料的泊松系數(shù)是 。當這根電阻絲未受外力作 用時，它的電阻值為 r： r = l/s（歐） （31） 當他的兩端受 f 力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設其伸長 l，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少 r。此外，還可用實驗證明， 此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作 。 對式（3-1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。 我們有： r = l/s + l/s sl/s2 （3 2） 用式（3-1

19、）去除式（3-2）得到： r/r = / + l/l s/s （3 3） 另外，我們知道導線的橫截面積 s = r2，則 s = 2r*r，所以 s/s = 2r/r （3 4） 從力學知識我們知道： r/r = -l/l （3 5） 其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。 是表示材料橫向效應 泊松系數(shù)。把式（34） （35）代入（3-3） ，有 r/r = / + l/l + 2l/l =（1 + 2（/）/（l/l） ）*l/l = k *l/l （3- 6） 其中， k = 1 + 2 +（/）/（l/l） （3- 7） 式（3-6）說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲

20、伸 長率（長度相對變化）之間的關系。 圖 3-5 應變片的基本結(jié)構(gòu) 需要說明的是：靈敏度系數(shù) k 值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決 定的一個常數(shù)，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的 k 值一般在 1.73.6 之間；其次 k 值是一個無因次量，即它沒有量綱。 在力學中 l/l 稱作為應變，記作 ，用它來表示彈性往往顯得太大，很 不方便，常常把它的百萬分之一作為單位，記作 。這樣，式（3-6）常寫 作： r/r = k (38) 3.1.33.1.3 電阻應變式傳感器的測量電路電阻應變式傳感器的測量電路 常規(guī)的電阻應變片 k 值很小，約為 2，機械應變度約為 0.0000010.

21、001， 所以，電阻應變片的電阻變化范圍為 0.00050.1 歐姆。所以測量電路應當能 精確測量出很小的電阻變化，在電阻應變傳感器中做常用的是橋式測量電路。 橋式測量電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋 的一個對角線接入工作電壓 u，另一個對角線為輸出電壓 uo。其特點是：當四 個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈 敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環(huán)節(jié)，我們在制作的過程中應 盡量選擇好元件，調(diào)整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數(shù)據(jù)的誤差。 根據(jù)電橋電源的不同，電橋可以分為直流

22、電橋和交流電橋，可采用恒壓源 或恒流源供點。由于直流電橋比較簡單，交流電橋原理與它相似，所以我們只 分析直流電橋的工作原理。 1恒壓源供電的直流電橋的工作原理 如圖 3-6（a）所示應變片基本測量電路。其特點是，當被測量無變化時， 電橋平衡，輸出為零。當被測量發(fā)生變化時，電橋平衡被打破，有電壓輸出， 輸出的電壓與被測量的變化成比例。電橋的輸出電壓為 圖 (a)圖 (b) 圖 3-6 應變片基本測量電路 ub0=uba-uda=（r1r3-r2r4）/（r1+r2）（r3+r4）u） （3- 9） 當輸出電壓為零是，電橋平衡，因此有 r1r3-r2r4=0 或 r1/r4=r2/r3 （3- 1

23、0） 式（3-10）為電橋平衡條件。 為了獲得最大的電橋輸出，在設計時常使 r1=r2=r3=r4=r（稱為等臂電 橋） 。當 4 個橋臂電阻都發(fā)生變化時，電橋的輸出為 ub0=（u/4） （r1/r1r2/r2r3/r3r4/r4）=ku/4（e1e2e3e4） （3-11） 實際應用時，r1，r2，r3，r4不可能嚴格成比例關系，所以即使在未受力 時，橋路輸出也不一定為零，因此一般測量電路都沒有調(diào)零裝置，如圖 3- 6（b）所示。調(diào)節(jié) rw 可使電橋達到平衡，輸出為零。圖中 r5是用語減小調(diào) 節(jié)范圍的限流電阻。 2恒流源供電的直流電橋的工作 如圖 3-7 所示為恒流源供電的直流電橋測量電路

24、。電橋輸出為 usc=i1r1i2r4=（r1r4r2r3）i/(r1r2r3r4) （3-12） 同樣當 r1r3-r2r4=0 或 r1/r4=r2/r3時電橋平衡。r1=r2=r3=r4=r（稱 為等臂電橋） 。 圖 3-7 恒流源供電的直流電橋測量電路 當橋臂電阻發(fā)生變化時，電橋有輸出，輸出大小與橋臂電阻變化成比例。 3.23.2 放大器電路放大器電路 傳感器輸出的是差動電壓，因此放大器采用四運放集成電路 lm324 中的三 個運放組成的儀用放大器電路。lm324 的引腳圖如表 3-1 所示： 表 3-1 lm324 的引腳圖 腳號引腳代碼引腳功能 1ampout1 功率放大輸出 1

25、2in1- 反相位輸入 1 3in+ 同相位輸入 1 4vcc 電源 5in2+ 同相位輸入 2 6in2- 反相位輸入 2 7ampout2 功率放大輸出 2 8ampout3 功率放大輸出 3 9in3- 反相位輸入 3 10in3+ 同相位輸入 3 11gnd 地 12in4+ 同相位輸入 4 13in4- 反相位輸入 4 14ampout4 功率放大輸出 4 ： 圖 3-6 lm324 的內(nèi)部放大電路 3.33.3 a/d(a/d(模模/ /數(shù)數(shù)) )轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 a/d(模/數(shù))轉(zhuǎn)換電路將放大器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，用于 實現(xiàn)數(shù)字顯示。a/d 轉(zhuǎn)換電路可以采用逐次漸進型

26、a/d 轉(zhuǎn)換器，可以采用雙積 分型 a/d 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是衡量 a/d 轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣的主要指標。 本設計中 a/d 轉(zhuǎn)換電路采用 3.5 位雙積分 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 7107，a/d 轉(zhuǎn)換芯片 7107 中包含了七段數(shù)字譯碼器、顯示驅(qū)動電路、鎖存器、底板頻率發(fā)生器、參 考電壓和時鐘電路等，其輸出可直接驅(qū)動 led 顯示器。 3.3.13.3.1 a/da/d 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片 71077107 的引腳圖及其引腳功能的引腳圖及其引腳功能 cc7107 型 a/d 轉(zhuǎn)換器是把模擬電路與數(shù)字電路集成在一塊芯片上的大規(guī) 模的 cmos 集成電路，它具有功耗低，輸入阻抗高，噪音低，能直接

27、驅(qū)動共陽極 led 顯示器（不需要另加驅(qū)動器件） ，使轉(zhuǎn)換電路簡化等特點。a/d 轉(zhuǎn)換芯片 7107 邏輯框圖如圖 3-7 所示： 圖 3-7 7107 邏輯框圖 圖 3-8 引腳排列 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 7107 引腳功能如下表 3-2 所示： 表 3-2 芯片 7107 引腳功能表 端名功能 v+和 v-電源的正極和負極 av-gv at-gt ah-gh 個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號，依次接至個位、十 位、百位數(shù)碼管的相應筆畫電極 abk千位筆畫驅(qū)動信號，接千位數(shù)碼管 a，b 兩個筆畫電極 pm負極性能指示的輸出端，接千位數(shù)碼管的 g 段。pm 為 低電位時顯示負號 int積分器輸出端，

28、接積分電容 buf緩沖放大器的輸出端，接積分電阻 az積分器和比較器的反相輸入端，接自動調(diào)零電容 in+,in-模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端 com模擬信號公共端，即模擬地 cref+外接基準電容端 vref+,vref-基準電壓的正端和基準電壓的負端 test測試端。該端經(jīng) 500 歐姆電阻接至邏輯線路的公共地。 當做“測試指示”時，把它與 u+短接后，led 全部筆畫點亮， 顯示數(shù) 1888 osc1-osc2時鐘振蕩器的引出端，外接阻容元件組成多諧振蕩器 7107 與液晶顯示器被設計成一個多量程的電壓表。 3.43.4 數(shù)字電子秤的電路分析數(shù)字電子秤的電路分析 3.4.13.

29、4.1 數(shù)字電子秤的電路數(shù)字電子秤的電路 數(shù)字電子秤的電路圖如 3-9 所示： 圖 3-9 數(shù)字電子秤的電路圖 3.4.23.4.2 數(shù)字電子秤的電路圖分析數(shù)字電子秤的電路圖分析 圖 3-9 中測量電路由傳感器、溫度補償電路、傳感器放大器和 a/d 轉(zhuǎn)換器 等組成。傳感器采用摩托羅拉（motorola）mpx700 系列壓力傳感器屬于壓阻傳 感器一類，它由良好的線性和精確的 輸出電壓特性。傳感器包含了一個在硅片 上刻有壓阻元件的膜片。該元件對施加于硅膜片上的外加壓力敏感，并產(chǎn)生一 個與施加在其上的壓力成正比的線性輸出電壓，輸出電壓/壓力的關系與加于傳 感器上的電源電壓成正比。 傳感器輸出的是差

30、動電壓，因此放大器采用四運放集成電路 lm324 中的三 個運放組成的儀用放大器電路，如圖中的 ic1a,ic1b,ic1c. ic1a 和 ic1b 組成 一個非對稱雙端輸入-雙端輸出放大器，其輸入電壓為傳感器的差動輸出電壓； ic1a、ic1b 的輸出電壓傳輸?shù)?ic1c 組成的雙端輸入-單端輸出放大器輸入端， ic1c 的輸出送到 a/d 轉(zhuǎn)換器輸入端。tc1b 的另一個重要作用是提供零壓力情況 下傳感器零點偏移電壓的校正。lm324 具有較高的輸入阻抗，因此， ic1a、ic1b 能夠保證不會增加傳感器的負載。電阻 r8、r9、r10組成分壓器，提 供 ic1b 和反相輸入端的可調(diào)電壓

31、，由于 ic1b 的增益小于 1，故此電壓經(jīng) ic1b 后幅度減小，然后再加到 a/d 轉(zhuǎn)換器上，這樣，可減小由于傳感器誤差帶來的 不良影響，同時也使當壓力為零時，顯示器相應顯示“0.00”。 a/d 轉(zhuǎn)換器將放大區(qū)輸出的模擬壓力電信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量。為保證 a/d 轉(zhuǎn)換電路正常工作，必須正確選取外接器件。 電阻 r2、r5和 r6用于設置參考電壓；r7和 c1為定時電阻和定時電容，用于 設置時鐘發(fā)生電路的振蕩頻率，其數(shù)值與振蕩頻率 f 的關系為: f=0.45/(r7c1) c2為參考電容，一般取值為 0.1 微法-1 微法；c3為自動穩(wěn)零電容，為減少 噪音，應該選擇較大容量的電容，一般

32、取值為 0.047 微法-0.47 微法；r10和 c3 為積分電阻和積分電容，為保證 a/d 轉(zhuǎn)換器在輸入電壓范圍內(nèi)的線形度好，積 分電阻應選取得足夠大，一般取值為幾十千歐幾百千歐；為保證 a/d 轉(zhuǎn)換器 在額定轉(zhuǎn)換速率和積分器在額定電流的情況下，積分輸出不飽和，積分電容一 般取 0.1 微法-0.47 微法。 ic3 為集成穩(wěn)壓芯片 7805，其輸出電壓為+5v，為 a/d 轉(zhuǎn)換器提供正電源， a/d 轉(zhuǎn)換器所需的-5v 電源需另行轉(zhuǎn)換。 7107 與液晶顯示器被設計成一個多量程的電壓表，本設計可實現(xiàn) 0 1.99kg，019.99kg，0199.9kg 范圍的測量。 4 系統(tǒng)測試方法系統(tǒng)

33、測試方法 調(diào)試 7107 時，將兩模擬信號輸入 in 短接，輸入應顯示為零，將正相輸入 端 in+與參考電壓端 vref+短接，輸出應顯示為接近“1000”，若輸出顯示偏差 較大，應調(diào)節(jié)相應元件。調(diào)試傳感器放大電路時，應對傳感器施以標準砝碼。 檢查放大器輸出是否與其成線性關系，當被稱物重與當前顯示值相差較大時， 應轉(zhuǎn)換量程。 由于輸出電壓受環(huán)境溫度的影響，因此，應進行適當?shù)臏囟妊a償。溫度補 償?shù)淖詈唵蔚姆椒ň褪窃趥鞲衅髋c電源之間串聯(lián)電阻，如圖 3-9 所示，將傳感 器的 3 腳和 1 腳接電阻 r16和 r13，在 080 攝氏度的溫度范圍內(nèi)可獲得較大滿 意的效果。r16和 r13還有一個重要

34、的作用就是將 15v 的電源電壓大部分降至本 身，以滿足傳感器電橋驅(qū)動電壓為 3v 左右。 此外，由于傳感器的輸出電壓還與電源電壓成比例關系，所以 15v 的電壓 必須穩(wěn)定。 由于顯示器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，會產(chǎn)生較大的脈動電流，為防止測量精 度受到影響，布線時應注意將所有的 vcc 端接線都接到同一電源 vcc 點上，同 理，所有的數(shù)字地和模擬地接線也都應該接到同一數(shù)字地和模擬地點上。 需要說明的是：靈敏度系數(shù) k 值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決 定的一個常數(shù)，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的 k 值一般在 1.73.6 之間；其次 k 值是一個無因次量，即它沒有量綱。 5

35、 結(jié)論結(jié)論 通過上述的設計與分析檢測，本設計滿足了題目要求，其分辨率為 1g，在 2kg 的量程范圍內(nèi)經(jīng)仔細調(diào)校，測量精度可達 0.5%。 結(jié)束語 本設計分四個模塊：數(shù)據(jù)采集及放大模塊、模數(shù)（a / d）轉(zhuǎn)換模塊、自動 換檔模塊、顯示模塊。本電路應用電阻應變式傳感器來采集電壓的微小變化， 經(jīng)過放大電路放大后送入 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 cc7107，對輸入電壓信號進行轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量輸出；顯示模塊直接連接數(shù)碼管構(gòu)成，顯示實際測量值。同時根據(jù)輸出， 自動判斷出所加壓力的大小來改變量程，實現(xiàn)自動換擋?？蓪崿F(xiàn) 0 1.99kg，019.99kg，0199.9kg 范圍的測量。 在電子技術的課程設計中，我花了大量的時間和精力進行資料查閱和方案 論證，結(jié)合自己所學，認真解決每一個功能模塊中遇到的問題。無論是在設計 思想還是在動手能力上都有了很大的提高。我用 protel 99 se