電子稱設(shè)計(jì)與制作

1、學(xué)習(xí)情境2 電子稱設(shè)計(jì)(shj)與制作任務(wù)2 電子秤的設(shè)計(jì)(shj)與制作 共四十一頁(yè)主要(zhyo)內(nèi)容設(shè)計(jì)要求1仿真設(shè)計(jì)2軟件設(shè)計(jì)3實(shí)物制作4共四十一頁(yè)設(shè)計(jì)(shj)步驟12354任務(wù)分析確定(qudng)方案仿真設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試6實(shí)物制作共四十一頁(yè)1、設(shè)計(jì)(shj)要求設(shè)計(jì)一種小型、簡(jiǎn)便、精確度高的電子平臺(tái)秤，量程20Kg，分度值為20g，它用一個(gè)顯示窗口來(lái)顯示所稱物體(wt)的重量?；竟δ埽褐昧?、超重報(bào)警可選功能：去皮、標(biāo)定共四十一頁(yè)置零：在開(kāi)機(jī)或稱重過(guò)程中，儀表顯示偏離零點(diǎn)且在稱重范圍內(nèi)，則可按置零鍵，顯示零值并零點(diǎn)指示燈亮。去皮：在稱重顯示狀態(tài)下，按去皮鍵，則顯示零值并去皮指

2、示燈亮；在去皮狀態(tài)下，拿掉皮重物時(shí)按去皮鍵，可以清除皮重值。標(biāo)定功能：為保證儀器(yq)預(yù)定精度的可靠性和合法性，儀器(yq)必須定期校準(zhǔn)，為用戶提供一種方便的自動(dòng)校準(zhǔn)方式。共四十一頁(yè)電子秤的組成(z chn) 1電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來(lái)確定物體質(zhì)量（重量）的測(cè)量?jī)x器，也可用來(lái)確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理(yunl)制成的電子秤均由以下三部分組成：圖2-1 電子秤的基本結(jié)構(gòu)共四十一頁(yè)（1）承重、傳力復(fù)位(f wi)系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和

3、限位減振機(jī)構(gòu)等。共四十一頁(yè)電子秤的組成(z chn)(2)稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移(wiy)傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。共四十一頁(yè)電子秤的組成(z chn)對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量(zhngling)保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好

4、的頻響特性；穩(wěn)定可靠。共四十一頁(yè)電子秤的組成(z chn)(3)測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置 即處理稱重(chn zhn)傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。共四十一頁(yè)圖2 電子秤測(cè)量系統(tǒng)(xtng)的結(jié)構(gòu)框圖共四十一頁(yè)電子秤的工作(gngzu)原理當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被

5、稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(hào)(電壓或電流等)。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波(lb)后再由模/數(shù)（A/D）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤(pán)和各種功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。共四十一頁(yè)電子秤的計(jì)量(jling)性能電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。（1）量程：電子衡器的

6、最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。（2）分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來(lái)表示。（3）分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以(ky)用總分度數(shù)n與分度值d的乘積來(lái)表示，即Max = n d共四十一頁(yè)準(zhǔn)確度等級(jí)(dngj)國(guó)際法制計(jì)量組織(zzh)把電子秤按不同的分度數(shù)分成、四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如下表2-2所示：共四十一頁(yè)電子秤主要(zhyo)部件 稱重(chn zhn)傳感器稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好

7、壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占電子秤整機(jī)誤差的50%70%。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們?cè)O(shè)計(jì)電子秤時(shí)，正確地選用稱重傳感器非常重要。共四十一頁(yè)常用(chn yn)的各種稱重傳感器稱重傳感器的種類很多，根據(jù)工作原理(yunl)來(lái)分，常用的有以下幾種：電阻應(yīng)變式、電容式、壓磁式、壓電式、諧振式等。共四十一頁(yè) 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)?shù)姆绞?fngsh)組成電橋，將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件。共四十一頁(yè) 電容式稱重傳感器是把被稱物體的重量(zhngling)轉(zhuǎn)換

8、為電容器容量變化的一種傳感器，它以各種不同類型的電容量作為轉(zhuǎn)換元件，實(shí)際是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。由于電容式傳感器存在輸出特性的非線性，寄生電容、分布電容對(duì)靈敏度和稱重精度的影響，傳感器連接電路比較復(fù)雜等問(wèn)題，直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應(yīng)用。 共四十一頁(yè) 壓磁式稱重傳感器也稱磁彈性傳感器，它是一種力電轉(zhuǎn)換的無(wú)源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號(hào)。壓磁傳感器具有輸出信號(hào)(xnho)大，抗干擾性能好，承載能力強(qiáng)，不均勻載荷對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響小，能在惡劣的環(huán)境中工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于加工等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低，反應(yīng)速度慢。它常用于冶

9、金、礦山、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門(mén)的這種要求承受大噸位，并要求牢固可靠；安全報(bào)警等測(cè)力或稱重場(chǎng)合。 共四十一頁(yè) 諧振式稱重傳感器也稱頻率式傳感器，它是利用機(jī)械振子的固有頻率或石英晶體的諧振特性，隨著被稱物體(wt)重量的變化產(chǎn)生頻率變化現(xiàn)象而形成信號(hào)的一種傳感器。諧振式傳感器可分為振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶體諧振式等多種類型。 共四十一頁(yè)電阻應(yīng)變(yngbin)式稱重傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件，利用它可以(ky)將測(cè)得的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是電阻應(yīng)變計(jì)，它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。 共四十一頁(yè)在電阻應(yīng)變式稱重傳感

10、器中，通過(guò)橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電壓變化。電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理框圖如圖3所示。圖2-3 電阻應(yīng)變(yngbin)式稱重傳感器的工作原理框圖共四十一頁(yè)圖4 橋式測(cè)量(cling)電路電阻應(yīng)變(yngbin)式稱重傳感器的橋式測(cè)量電路如圖4所示。R1、R2、R3、R4為4個(gè)應(yīng)變片電阻，組成了橋式測(cè)量電路，Rm為溫度補(bǔ)償電阻，e為激勵(lì)電壓，V為輸出電壓。共四十一頁(yè)當(dāng)傳感器不受載荷時(shí)，彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變(yngbin)，粘貼在其上的應(yīng)變(yngbin)片將不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當(dāng)傳感器受力時(shí)，即彈性敏感元件受載荷P時(shí)，應(yīng)變片就會(huì)發(fā)生變形，阻值

11、發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。當(dāng)應(yīng)變片的電阻R1、R2、R3、R4變成R+R1、R+R2、R+R3、R+R4時(shí)，電橋的輸出電壓變?yōu)椋汗菜氖豁?yè)電橋的輸出電壓和4個(gè)橋臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，4個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的4個(gè)敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，R1、R3為正值，R2、R4被壓縮(y su)，阻值減小，R2、R4為負(fù)值，再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對(duì)值相同，即 共四十一頁(yè)A/D轉(zhuǎn)換器（ADC） 在實(shí)際的測(cè)量和控制系統(tǒng)中檢測(cè)到的是時(shí)間、數(shù)值都連續(xù)變化的物理量，這種連續(xù)變化的物理量稱之為模擬量，與此對(duì)應(yīng)的

12、電信號(hào)是模擬電信號(hào)。模擬量要輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字(shz)量的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)才能接收、處理。實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的部件稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。共四十一頁(yè) 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為滿足各種不同的檢測(cè)及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換電路不斷產(chǎn)生(chnshng)。目前世界上有多種類型的ADC，有傳統(tǒng)的積分型、并行、逐次逼近型ADC，壓頻變換型ADC，也有近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的型和流水線型。多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點(diǎn)并能滿足不同的具體要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的發(fā)展方向。共四十一頁(yè)電子秤A/D轉(zhuǎn)換器的選

13、用 電子秤作為法定的計(jì)量器具，其技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、可靠性都有嚴(yán)格的要求，必須符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于器件的選擇不僅要考慮成本，還要考慮電路的穩(wěn)定性，因此盡可能的使電路設(shè)計(jì)的器件少。采用技術(shù)制成的A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有較高集成度，它通常集放大器、模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、比較器、數(shù)字濾波器、輸出接口集于一體，僅需幾個(gè)外圍器件便構(gòu)成一個(gè)(y )完整A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，大大減少了印刷線路板布線。由于其集成度高，所以故障概率較采用分立元件A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和明顯降低，進(jìn)而提高系統(tǒng)可靠性。共四十一頁(yè) 此外，其內(nèi)置高性能儀表放大器，大大降低對(duì)信號(hào)源的要求。電子秤電阻應(yīng)變式稱重傳感器輸出信號(hào)為mV級(jí)，若采用一

14、般的A/D轉(zhuǎn)換器往往(wngwng)需要放大后才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。而A/D轉(zhuǎn)換器大都采用了增益可編程放大器，可編程數(shù)字濾波、多種自校準(zhǔn)技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，并多數(shù)采用微處理器來(lái)管理與控制轉(zhuǎn)換程序，由于采用了多種綜合技術(shù)措施，放大器的增益調(diào)整、數(shù)字濾波和誤差校正都集中在同一芯片中，外圍器件少，使用方便可靠。它的這些優(yōu)點(diǎn)正符合電子秤正朝著小型化，高精度，智能化方向發(fā)展。因此，電子秤的設(shè)計(jì)選用模數(shù)轉(zhuǎn)換器較為合理。共四十一頁(yè)任務(wù)分析學(xué)習(xí)要求： 在這一環(huán)節(jié)學(xué)生分組并結(jié)合引導(dǎo)問(wèn)題查閱資料、到企業(yè)調(diào)研，在充分了解電子秤的種類、電子秤的用途、電子秤的結(jié)構(gòu)、主要功能和技術(shù)指標(biāo)，確定本次設(shè)計(jì)(shj)的電子秤的用途

15、，完成任務(wù)分析表、填寫(xiě)過(guò)程記錄表。共四十一頁(yè)引導(dǎo)問(wèn)題:（1）生活中哪些場(chǎng)合用到電子秤？（2）常用的電子秤的種類有哪些？（3）所了解的電子秤企業(yè)有哪幾家？生產(chǎn)什么樣的電子秤？有什么用途？（4）所了解的電子秤有哪些功能？其具體含義是什么？（5）準(zhǔn)備設(shè)計(jì)與制作哪一種類型(lixng)的電子秤？用途？有沒(méi)有特殊功能？（6）待設(shè)計(jì)電子秤對(duì)精度有什么要求？精度的概念是什么？（7）待設(shè)計(jì)電子秤的量程范圍是多少？（8）待設(shè)計(jì)電子秤選擇多少分度數(shù)？（9）電子秤的分度值的含義是什么？（10）電子秤是如何工作的？（11）對(duì)電子秤的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)了解嗎？ 共四十一頁(yè)表22 電子秤設(shè)計(jì)(shj)與制作任務(wù)分析表項(xiàng)目名稱班級(jí)小

16、組編號(hào)完成時(shí)間產(chǎn)品用途詳細(xì)功能描述技術(shù)指標(biāo)描述安裝要求成本要求檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)共四十一頁(yè)設(shè)計(jì)者在過(guò)程記錄表中詳細(xì)記錄自己為確定電子秤的具體功能和指標(biāo)而所做的努力，包括根據(jù)引導(dǎo)問(wèn)題準(zhǔn)備要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以及隨著對(duì)電子秤的了解進(jìn)一步要學(xué)習(xí)的內(nèi)容；完成這些學(xué)習(xí)內(nèi)容所用的時(shí)間與方法(fngf)；在收獲一欄中詳細(xì)說(shuō)明自己所獲得的有關(guān)電子秤專業(yè)方面的知識(shí)和其它能力的提高。填寫(xiě)學(xué)習(xí)過(guò)程記錄卡。共四十一頁(yè)學(xué)習(xí)(xux)過(guò)程記錄單學(xué)習(xí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)名稱班級(jí)小組負(fù)責(zé)開(kāi)始時(shí)間計(jì)劃完成時(shí)間實(shí)際完成時(shí)間學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)記錄學(xué)習(xí)時(shí)間學(xué)習(xí)方法、地點(diǎn)完成情況存在問(wèn)題及建議共四十一頁(yè)確定(qudng)的設(shè)計(jì)方案 通過(guò)引導(dǎo)問(wèn)題的學(xué)習(xí)，以及資料收集

17、、企業(yè)調(diào)研和實(shí)習(xí)，進(jìn)行方案編寫(xiě)，要求，如實(shí)填寫(xiě)過(guò)程記錄卡。設(shè)計(jì)方案的包含以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）元器件選型（3）電子秤測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)（4）工作進(jìn)度安排共四十一頁(yè)引導(dǎo)問(wèn)題：1.電子秤由哪幾部分組成？2.各組成部分間的信號(hào)流向如何？3.顯示哪些內(nèi)容？幾位？4.采用什么樣的顯示器？為什么？5.需要幾個(gè)按鍵？每個(gè)按鍵什么功能？如何操作？6.電子秤中常用傳感器有哪些？選用什么樣的稱重傳感器？選型時(shí)要考慮哪些因素？7.A/D轉(zhuǎn)換器有哪些類型？有哪些技術(shù)指標(biāo)？8.常用的A/D轉(zhuǎn)換器有哪些？如何進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器選型？9.時(shí)間(shjin)如何安排？ 共四十一頁(yè)共四十一頁(yè)共四十一頁(yè)共四十一頁(yè)共四十一頁(yè)內(nèi)容摘要學(xué)習(xí)情境2 電子稱設(shè)計(jì)與制作。對(duì)稱重傳感