电子称的设计制作报告

传感器实习专周报告电子称的设计制作专业电子信息工程班级 1202014 学号 18 姓名郭志超指导教师曾桂元、赵茂林时间 2014年12月成都工业学院电气与电子工程系二О一四年十二月1电子称的设计制作一、概述压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。

其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。

当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。

本次课程设计的目的，是使学生掌握传感器的组成和基本原理、基本概念和分析方法、并具备构造、调试和工程设计传感器的能力。

了解单片机软件的使用方法，并利用软件绘制原理图和刻画电路板。

了解使用示波器与信号发生器进行电路测试的方法。

二、功能需求分析（1）量程0～10Kg，应变式传感器的结构设计；（2）电路设计，包括应变式传感器的桥式电路、电子称显示模块；（3）电子称的各种精度指标进行测试（非线性误差、重复性、滞后、灵敏度、抗侧向能力大小、温变对灵敏度的影响等指标）。

三、系统设计其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。

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，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。

而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。

A/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。

原理流程图如下：231、测量电路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、扭矩等机械参数本次专周设计采用的是全桥测量电路，电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。

在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。

并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围。

全桥电路原理如图：图1 全桥电路原理图)RR R R RR R R R R R R (E U g ∆++∆-∆--∆++∆+∆+=434212可设定R 1=R 2=R 3=R 4，此时：RR EU g ∆= 这就是电阻桥式电路的输出，也就是由压力转换而来的电信号,计算验证，全桥电路的灵敏度是单臂电桥的四倍。

电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。

所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。

桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E ，另一个对角线为输出电压Uo 。

其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

它由箔式电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，测量电桥的电源由稳压电源E供给。

物体的重量不同，电桥不平衡程度不同，电表显示的数值也不同。

下面是测量电路图：图2 全桥测量电路2．放大电路：该电路需要对输出的正负端均加以放大，要求用一个放大电路，即差动放大电路，主要的元件就是差动放大器。

在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。

这次课程设计的选用的就是典型的差动放大器。

差动放大器的原理图如下：45图3 差分放大电路其输出与输入之间满足以下关系：I=Gi i R V V 21Vo=(R 5+R G +R 12)I =(1+GR R 52)Vi ，则I o U U =1+GR R 52即差分放大器的放大倍数为1+GR R 52(R G =RESVR+R 8)倍,显然调节R 1与R G 的大小比例可以使放大倍数发生变化，结合实际电路，电桥的输出电压为0～10 mV 之间，而LM324的输入信号的要求约为200mV ，因此，可设置电桥的放大倍数为20～40倍，现选取放大倍数为40倍，则对应的R 1、R 8 比例应为R 1=20R 8。

放大倍数可由RESVR滑动变阻器调节。

在该电路中，用到了四个放大器，因此可选用型号为LM324的芯片，其内部结构图为：图4 LM324内部结构图其原理图如下：图5 放大电路3、AD转换：此次的AD转换采用的是单片iap15f2k61s2中自带的AD转换。

由于AD精度只有十位最终导致电子称的精度不高。

67四、技术实现1、将电桥接入实现设计好的放大电路模块，电桥采用5V 供电，LM324采用12V 双电源供电。

LM324与电桥之间采用电阻分压。

2、线路的总装总原理图放大电路PCB83、测试数据。

（括号中为跳动的数值，放大倍数过大，电源以及放大电路共模信号影响，AD 采样不够精确）MATLAB 拟合直线方程：y=8.8233*x-0.7732; MATLAB 拟合直线代码：>> x=[1 2.5 4.5 6.5 8.5 11.5 13.5 15.5 18.5 20.5 22.5 25.5 27.5 29.5]; >> y=0:20:260; >> polyfit(x,y,1) ans =8.8233 -0.7732 >> y1=8.8233*x-0.7732; >> plot(x,y,'g',x,y1,'b')3、部分单片机程序。

void main(void){ Delay_ms(10); //延时等待电压稳定 ADC_Init();//ADC 初始化HC595_Init(); //HC595初始化while(1){ADC_Process();//ADC 数据采集并且处理LED_Display(); //数码管显示}}/***********************************************函数名称：ADC_Process功能：ADC数据处理入口参数：无返回值：无备注：采集32个数据进行求平均************************************************/void ADC_Process(void){//从AD通道采集数据，并且进行累加ADCSum+=ADC_GetResult(ADC_CHANNEL7);//计数器加1ADCCnt++;//如果累加到64个数据，则开始处理if(ADCCnt==64){ADCCnt=0;//(ADCSum>>6)等价于(ADCSum/64)//对64个数据取平均ADCSum=ADCSum>>6;//ADC=(Vin/Vref)*1024//根据ADC计算公式进行转换Result=8.8233*(ADCSum)-0.7732;//ADCSum=ADCSum*VCC/1024;//保存转换结果并进行类型转换，方便显示//ADCResult=(unsigned int)ADCSum;//清除AD暂存变量ADCSum=0;ToDisplayBuf(Result);//显示测量结果//ToDisplayBuf(ADCResult);} }函数名称：ADC_GetResult功能：获取ADC转换的结果入口参数：ch:转换的通道9返回值：unsigned int：转换得到的数据备注：使用查询方式************************************************/unsigned int ADC_GetResult(unsigned char ch){unsigned int ADC_Value;ADC_CONTR =ADC_POWER | ADC_SPEEDLL| ch | ADC_START; //启动ADC_nop_(); //延时_nop_();_nop_();_nop_();while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG));//等待AD转换完成ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG; //清除转换完成标记ADC_Value=ADC_RES; //读取ADC高八位ADC_Value=(ADC_Value<<2)|ADC_RESL;//读取ADC低两位，并且数据合并return ADC_Value;}五、课程设计问题及解决方法1、缺少元器件2、LM324芯片不足，不能调试放大电路3、对单片机的程序设计不够熟悉4、AD采样不够精确解决方法：班级统一购买必要的元器件，我们去学校的创新实验室寻得了一些必要的元器件以及调试设备。

当我们将放大电路制好后借用了其他同学的LM324芯片用来调试。

由于单片机自带的AD采样精度不够，以及自己单片机的软件编程能力还不足最终没能解决AD采样值的跳动以及最终转换结果值的跳动。

六、心得体会在该次课程设计中，我收获颇丰。

使我再一次熟悉了AD的使用，由于之前是用的多孔板焊接的，也锻炼了我焊接的能力。

虽然这次课程设计仅仅有5天，但这次的课程设计不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

10这次课程中我所遇到的问题可以说是问题重重，首先是多孔板的焊接，由于多孔板的焊接容易出现虚焊等问题，还有就是不稳定，最终我们选择了重新制作PCB板子，由于缺乏一些器件，之前做的准备不够充分导致我们的进度变得更缓慢了，不过通过我们同学之间的互相帮助，以及一些采购，最终度过了器件的难关。

当我们把电路板制好后调试时，缺少LM324也导致我们的调试变得缓慢，由于芯片不足已经LM324容易被烧坏，我们调试时也是苦恼，有时不清楚具体是电路板的问题还是芯片的问题，这给我们增大了一定的难度。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．通过这次电子秤的设计，我在多方面都有所提高。