電路CAD設(shè)計(jì)說明書

..設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)名稱：基于51單片機(jī)的稱重系統(tǒng)所屬課程:電路CAD設(shè)計(jì)XX:章勝平學(xué)號:儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)院(系):電子信息與電氣工程學(xué)院2016年4月12日填寫..一、設(shè)計(jì)背景、目的及意義稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活嚴(yán)密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計(jì)量器具，是國計(jì)民生、國防建立、科學(xué)研究、外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的上下，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成局部，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已普及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的開展各國都非常重視。衡器是國家法定計(jì)量器具，是國計(jì)民生、國防建立、科學(xué)研究、外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的上下，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。隨著自動(dòng)化測試技術(shù)的開展，傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、性價(jià)比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對微小質(zhì)量的測量方面更顯得力不從心。采用以80C52單片機(jī)為控制核心，結(jié)合高敏度的電阻式應(yīng)變式壓力傳感器和高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)稱重系統(tǒng)的總體構(gòu)造。二、國外現(xiàn)狀分析..傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域息的主要途徑與手段，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種稱重傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最正確狀態(tài)，并使產(chǎn)品到達(dá)最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了根底。中國傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器開展的關(guān)鍵階段，它表達(dá)了新型傳感器向微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化開展的總趨勢。傳感器技術(shù)歷經(jīng)了多年的開展，其技術(shù)的開展大體可分三代：第一代是構(gòu)造型傳感器，它利用構(gòu)造參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。第二代是上70年代開展起來的固體型傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器。第三代傳感器是以后剛剛開展起來的智能型傳感器，是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使傳感器具有一定的人工智能。資料顯示，目前我國傳感器產(chǎn)品約6000種左右，而國外已達(dá)20000多個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國市場需求。中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，傳感器芯片進(jìn)口更是達(dá)90%，國產(chǎn)化缺口巨大。其中數(shù)字化、智能化、微型化等高新技術(shù)產(chǎn)品嚴(yán)重短缺。國家重大裝備所需高端產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。而涉及國家平安和重大工程所需的傳感器及智能化儀器儀表，國外對我國往往采取限制。

傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)滲透性強(qiáng)，其開展滯后局面已經(jīng)對我國新興產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)形成制約。由于我國傳感器技術(shù)總體實(shí)力仍處于弱勢，短時(shí)間尋求全面突破恐不現(xiàn)實(shí)。因此，開展傳感器技術(shù)應(yīng)首先爭取在局部形成突破，掌握一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，通過這些關(guān)鍵性領(lǐng)域突破的輻射帶動(dòng)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。事實(shí)上，我國傳感器產(chǎn)業(yè)在某些領(lǐng)域已形成優(yōu)勢。先施科技、遠(yuǎn)望谷等企業(yè)在超高射頻RFID產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)國90%的市場份額。根據(jù)湘財(cái)證券研究報(bào)告，漢威電子氣體傳感器國市場占有率也高達(dá)60%，氣體檢測儀器儀表市場占有率達(dá)9%。隨著新技術(shù)革命的來到，中國乃至全球都開場進(jìn)入一個(gè)全新的信息時(shí)代。而在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)以及自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，需要用到各種稱重傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，稱重傳感器的功能是使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最正確狀態(tài)，并使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品到達(dá)最好的質(zhì)量。可以說，沒有眾多的優(yōu)良的稱重傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了根底。如此看來，稱重傳感器將在這個(gè)智能化生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)中是會(huì)有美好的開展前途。..三、設(shè)計(jì)方案1、原理稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測量橋路，利用金屬電阻絲在力作用下伸長變細(xì)，電阻增加的原理，即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的〔應(yīng)變，就是尺寸的變化〕。金屬電阻具有阻礙電流流動(dòng)的性質(zhì)，即具有電阻〔Ω〕，其阻值依金屬的種類而異。同一種金屬絲，一般來講，越是細(xì)長，其電阻值就越大。當(dāng)金屬電阻絲受外力作用而伸縮時(shí)，其電阻值就會(huì)在某一圍增減。因此，將金屬絲〔或膜〕緊貼在被測物體上，而且這種絲或膜又很細(xì)或很薄，粘貼又十分完善，那么，當(dāng)被測物體受外力而伸縮時(shí)，金屬電阻絲〔膜〕也會(huì)按比例伸縮，其阻值也會(huì)相應(yīng)變化。稱重傳感器就是將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在金屬稱重梁上進(jìn)展測量重量信號的。2、總體方案電路分為五局部：穩(wěn)壓電源模塊、80C52單片機(jī)核心模塊、ADC0831-A/D轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)交互模塊〔四位七段碼LED顯示、操作按鈕、聲光報(bào)警〕、傳感器調(diào)理電路模塊。模塊圖如下：SHAPESHAPE調(diào)理放大電路調(diào)理放大電路傳感器AD轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)系統(tǒng)LED顯示聲光報(bào)警設(shè)置按鈕圖3-2測試系統(tǒng)原理方塊圖SHAPE3、設(shè)計(jì)說明電源模塊電源的220V交流電壓從P1輸入，然后通過變壓器，即T1來進(jìn)展變壓。在變壓器變壓之后，是兩個(gè)整流電橋，分別將變壓器轉(zhuǎn)變后的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?。整流電橋之后是兩個(gè)電容，是為了進(jìn)一步整流并穩(wěn)壓。之后即連接到MC7812、MC7912與MC7805三個(gè)穩(wěn)壓芯片上，他們分別將輸入的電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的+12V、-12V以及+5V電壓，用以供應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的輸入。如圖3-3所示。圖3-3電源模塊單片機(jī)核心模塊單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，輸入輸出都通過它來處理。單片機(jī)采用的是應(yīng)用廣泛的80C51單片機(jī)，首先，單片機(jī)工作需要有晶振。圖中Y1即為12MHz的晶振，與單片機(jī)的X1、X2口相連。復(fù)位按鍵與RESET相連。復(fù)位按鈕與電容及電阻并聯(lián)，電容的作用為去除高頻分量，即為防抖功能，而電阻的作用為限流。由P2.4口接收ADC0831傳過來的8位2進(jìn)制數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理，P2低四位用于片選，實(shí)現(xiàn)掃描顯示，而P0.0-P0.7與led相連，控制數(shù)值并且由P2.7輸出信號控制聲光報(bào)警系統(tǒng)。提供RESET以及SW1〔P3.1〕、SW2〔P3.2〕、SW3〔P3.3〕口三個(gè)設(shè)置開關(guān)。RESET可以復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)。如圖3-4所示。圖3-4單片機(jī)核心模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊選用的是AnalogDevice公司的ADC0831芯片。它是逐次比擬型A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。傳感器電壓信號通過通道IN+進(jìn)入ADC0831，輸出連接單片機(jī)80C52的P2.4口。詳見圖3-5。圖3-5A/D轉(zhuǎn)換模塊⑤人機(jī)交互A．4位LED七段碼數(shù)碼管四位LED顯示模塊采用的是四個(gè)帶片選的7段數(shù)碼管，其中每個(gè)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g七段連在一起由P0口控制數(shù)值，采用三極管來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，以防止單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力缺乏以驅(qū)動(dòng)四個(gè)數(shù)碼管，串聯(lián)電阻起到限流作用。由P2.0、P2.1、P2.2、P2.3四個(gè)輸出端控制每個(gè)數(shù)碼管的片選，用掃描方式使4個(gè)數(shù)碼管輪流顯示。如果選通的頻率足夠快，由于人眼的視覺停留，便可以看到四個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示。詳見圖3-6。圖3-64位LED七段碼數(shù)碼管B．聲光報(bào)警系統(tǒng)聲光報(bào)警系統(tǒng)由p2.7口控制。R19=R20=0.5KΩ，能使二極管電流到達(dá)符合要求。采用一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)發(fā)光二極管。它們都可以看為單片機(jī)控制的輸出模塊。詳見圖3-7。圖3-7聲光報(bào)警系統(tǒng)C．設(shè)置按鈕三個(gè)設(shè)置按鈕SW1、SW2、SW3，分別用來控制P3.0、P3.1、P3.2為0或1。然后通過程序讀入開關(guān)狀態(tài)賦予相應(yīng)功能。按鈕按下為低電平，另一種狀態(tài)為高電平，不會(huì)出現(xiàn)其他狀態(tài)，因而穩(wěn)定。詳見圖3-8。圖3-8設(shè)置按鈕電路傳感器信號調(diào)理電路選用的傳感器主要參數(shù)為：工作電壓：直流4~30V；工作電流：<133uA；輸出電壓：6V~-1V；精度：0.001kg，，使用稱重圍：0-5kg。因此，這款城中傳感器可以適用于小型物件的稱重等一系列與重量有關(guān)的生活應(yīng)用上。在傳感器輸出信號之后，通過一個(gè)差動(dòng)放大電路來進(jìn)展放大，放大成為輸出電壓為0-5V的信號然后進(jìn)展輸出傳感器信號調(diào)理電路一共有3運(yùn)算放大器，需要正負(fù)12V輸入。傳感器輸出信號之后，就進(jìn)入放大環(huán)節(jié)。放大調(diào)零電路是運(yùn)用了LM139這款運(yùn)放以及幾個(gè)電阻和滑動(dòng)變阻器。根據(jù)傳感器的輸出電壓，將傳感器的放大倍數(shù)設(shè)置在10倍，于是輸出的電壓就在0-5V左右，可以被單片機(jī)直接處理。詳見圖3-9。圖3-9傳感器信號調(diào)理電路..四、參考文獻(xiàn)[1]Altium_Designer_原理圖庫和PCB庫的創(chuàng)立[2]電路CAD課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[3]賈伯年，俞樸，宋愛國傳感器技術(shù)第三版[4]國雄，醒飛

測控電路第四版五、對本課程設(shè)計(jì)的建議..本