自动测量系统在电子测量仪器中的设计与实现

教学单位信息工程系学生学号嵌入式课程设计论文（设计）题目基于STM32的电子秤系统学生姓名专业名称电子信息工程指导教师成员基于STM32 的电子秤系统设计与实现摘要：智能电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。

它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。

本作品使用STM32单片机作为中心控制单元，通过称重传感器采集质量信息，以HX711进行模数转换单元，在配以TFT液晶显示和触摸屏控制，及WT588D进行语音播报组成。

该电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、计价功能外，还可实现去皮、净/毛转，自动计算，数字显示，语音播报，显示实时温度，实时时间。

本系统是针对是电子称的自动称重、自动计价、数据处理，语音播报进行研究的。

为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究。

讨论了单片机控制系统中关键的中断、计算问题，结果表明通过软件设计实现更完善。

本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。

由于单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论关键字：电子秤；STM32；称重传感器；HX711；TFT液晶屏幕；WT588DAbstract:Intelligent electronic balance values detection and the modern new -type names of technical comprehensive one body such as conversio n technical, computer technology, message handling and digital tec hnology instrument. Its and our close combination of daily life becomes a kind of convenient, shortcut, weighing accurate tool ,is applied extensively in commercial, factory raw factory , gat hers trade market, supermarket and large scale market , the mess age of the etc. public place of retail trade shows and weight calculation.Intelligent electronic name passes through name mainly with STM32 as central control unit, value sensor to carry out modulus con version unit , it is matching with keyboard , show by TFTand powerful software to form. It is accurate that this electron claims to not only measure , fast convenience, more important automatic name may still realize besides heavy, valuation function to remove the peel , completely / hair turns , calculate volu ntarily, figure shows , is welcomed by masses of user. Intellige nt electronic name since carry convenience.This system aims at is the automatic name of electronic name he avy, automatic valuation and data handling carry out research. To expound to use single flat machine , it is to how to carry out handling for sampling data , is for the collection of data and conversion and calculation problem has studied. Have discuss ed the suspension of the key in single flat machine control sys tem , calculate problem , show as a result that through softwar e design, realization is perfected more. This text is weighing t he foundation of hardware design to intelligent electron , has a nalysed the software control method of electronic name in detail. Since the electron of single flat machine control weighs struct ure, is simple, cost is cheap, receive deeply people like , thi s text will carry out detailed discussion for this.Key words：Intelligent and electronic to scale; Single flat machine 89c52; W eigh heavy sensor; LED shows目录摘要 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。

自动测量系统在电子测量仪器中的设计与实现摘要：随着时代的发展与进步，科学技术正在以日新月异的方式向前迈进。

许多新型技术以及工艺让自动测量系统中的新型功能得以实现。

与此同时，也让电子测量技术的发展得到了更多的机会，电子测量仪器为了可以适应时代的发展，自动测量系统的装载让电子测量系统的数据准确性上升至了一个更高的水平。

本文通过的自动测量系统在电子测量仪器中的设计以及总体发展的趋势进行了分析，重点内容是测试技术对自动测量系统的技术革新带来的影响作用以及发展趋势，希望可以给测量技术研发以及自动测量系统研究人员带来帮助。

关键词：自动测量；电子测量1现代电子测量仪器的发展趋势1.1仪器与计算机融为一体仪器和计算机技术的前所未有的融合。

首先，越来越多的仪器选用以Windows软件和Intel芯片为平台，采用Windows-GUI和基于军用标准的软件，用Windows软件代替仪器内部操作软件，并易于与MS办公室应用软件连接，充分发挥其效能。

1.2仪器性能更加优异仪器的性能更加优异，测量功能更加强大，仪器的测量精度，测试灵敏度，测量的动态范围等都达到了前所未有的高度。

更多强大的测量功能被赋予单台仪表中，如Agi-lent公司的8960系列无线综合电子测试仪，可以集移动手机和基站的射频测试与协议测试于一身。

1.3多技术综合化电子测量仪器技术发展的理念是智能化控制，通过对多项技术的相互结合，不断在设计理念、生产工艺、发展模式进行技术改革。

比如在电磁检测仪器当中，结合无线通信、超导体传输、微电子设计、纳米技术等，使测量仪器具备现代化发展的创新技术。

又如：把计算机大数据计算技术融入传统的电子器件测量仪器当中，这样测试人员能够实时地得到电路的测量转换数据，大大减少了数据获取时间，从而快速地对电路进行调整。

1.4快速化快速准确地获得测量数据是一个电子测量仪器高效率的体现，所以，测量快速化已经作为一个重要的技术指标不断要求着测量仪器制造厂商。

电子与电气工程中的电气测量与仪器技术电气测量与仪器技术是电子与电气工程领域中至关重要的一部分。

它涉及到对电力、电流、电压、电阻等电学量的测量和分析，以及设计和使用各种仪器设备来实现这些测量。

这项技术在电力系统、电子设备、通信网络等领域中起着至关重要的作用。

一、电气测量技术电气测量技术是电子与电气工程中不可或缺的重要环节。

它涉及到对电气信号的测量、分析和处理。

电气测量技术的发展使得我们能够更准确地了解电力系统的工作状态，确保电力设备的安全运行。

1.1 电气测量的基本原理电气测量的基本原理是根据欧姆定律和基尔霍夫定律，通过测量电流、电压和电阻等参数，来推导出电路中的其他参数。

例如，通过测量电流和电阻，可以计算出电压；通过测量电流和电压，可以计算出功率。

1.2 电气测量的常用仪器在电气测量中，常用的仪器有万用表、示波器、电能表等。

万用表是一种多功能的测量仪器，可以测量电流、电压、电阻、电容等多种参数。

示波器可以用来观察电信号的波形和频谱，对电路的工作状态进行分析。

电能表用于测量电能的消耗和产生。

二、仪器技术在电气工程中的应用仪器技术在电气工程中有着广泛的应用。

它不仅可以用于电气测量，还可以用于电力系统的监控、控制和保护。

2.1 电力系统监控与控制电力系统是指由发电厂、输电线路和配电网络组成的系统。

仪器技术可以用于监控电力系统的运行状态，例如测量电压、电流、功率因数等参数，以及监测电力设备的温度、振动等情况。

通过对这些参数的测量和分析，可以及时发现和解决电力系统中的问题，确保电力的稳定供应。

2.2 电力系统保护电力系统保护是指在电力系统发生故障时，通过仪器技术对故障进行检测和处理，以保护电力设备的安全运行。

例如，当电力系统发生短路故障时，保护装置可以通过测量电流的变化，及时切断故障电路，以防止电力设备受损。

2.3 电子设备测试与调试在电子设备的设计和制造过程中，仪器技术也起着至关重要的作用。

通过使用各种测试仪器，可以对电子设备的性能进行测试和调试，以确保其正常工作。

收稿日期：2008－12－16 作者简介：潘国荣（1960），男，教授、博士生导师，工学博士. 主要研究方向为精密工程测量、工业测量盾构姿态自动测量系统的开发与应用潘国荣1)、2)，王穗辉1)，陈传林3)，张德海3)1) 同济大学 测量与国土信息工程系，上海 2000922) 现代工程测量国家测绘局重点实验室，上海 2000923) 上海地铁盾构设备工程有限公司, 上海 200031摘要：综合国内外既有测量系统优点和通过用户需求的调研，开发了一套集盾构自动导向测量和工程动态管理可视化、操作简单、自动化程度高的测量系统。

该系统在某标段地铁区间施工现场进行了实地应用。

应用结果表明，在地铁隧道中采用该系统进行自动测量是方便、准确和可行的，可在无人值守情况下完成测量导向，完全能够取代人工测量。

同时提供可视化的地面建筑物与盾构推进相关关系的信息，便于盾构推进过程中对环境影响事故的预防。

关键词：自动导向测量，盾构，自动全站仪，可视化 中文分类号：U455.3 文献标识码： ADevelopment and application of automatic surveying system inShield tunnelin gPAN Guorong 1)、2), WANG Suihui 1)，CHEN Chuanlin 3)，ZHANG Dehai 3)1) Department of Surveying and Geo-Informatics,Tongji university, Shanghai 200092 2) Key Laboratory of Modern Engineering Surveying of SBSM, Shanghai 200092 3) Shanghai Metro Shield Equipment and Engineering Co. Ltd, Shanghai 200031Abstract: By synthesizi ng the advantages of various surveying systems at home andabroad, a visual automatic surveying system is developed in this paper. This surveying system has the important function of automatic shield tunneling guiding survey visualization and engineering dynamic management visualization, and it also has merits of simply operation and higher automation level. It has been applied to the construction of a section of railways, the result indicated that the surveying system is convenient, accurate and feasible, and can automatically accomplish the whole measurement task taking the place of manual measurement. Meanwhile, thissystem also provides the visual information of the correlations of the TPM site and the building around, which is propitious to prevent accidents caused by surroundings during the tunnel construction .Key words : automatic-guiding survey, Shield-Driven, automatic total station, visualization地下工程大多数投资大、施工复杂、对周围环境影响显著，对国民经济和大众生活具有重要影响，具有重要的社会、经济和战略意义。

LabVIEW与电子测量实现精确的电子测量与测试LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种基于图形化编程的软件开发环境，被广泛用于控制、测量和测试等领域。

在电子测量与测试中，LabVIEW可以帮助实现精确的数据采集、信号处理和结果分析等功能，提高测量的准确性和效率。

一、LabVIEW的基本原理LabVIEW基于图形化编程语言G语言（Graphical Language），以图形化的形式构建程序，采用数据流编程的思想，使得程序的编写更加直观和易于理解。

LabVIEW的主要特点和基本原理如下：1.1 图形化编程界面LabVIEW使用直观的图形化界面，用户可以通过拖拽和连接图标来实现功能模块的组合和调用，无需编写复杂的代码。

这种直观的编程方式使得即使非专业人员也能够快速上手，实现各种电子测量与测试任务。

1.2 数据流编程LabVIEW使用数据流编程的思想，程序通过数据在各个模块间的流动来实现，具有自动的并行执行机制。

这种并行执行能力使得LabVIEW能够处理高速数据流，并且能够并行处理多个任务，提高测试的实时性和响应性。

1.3 函数模块化设计LabVIEW将各种功能模块抽象成为函数块，用户可以根据需要选择适当的函数块进行组合和调用，无需从零开始编写代码。

这种函数模块化设计使得程序的开发速度大大加快，并且便于维护和扩展。

二、LabVIEW在电子测量中的应用2.1 数据采集与处理LabVIEW支持多种数据采集卡和仪器的接口，可以实现高速、高精度的数据采集功能，并且支持数据的实时处理和保存。

用户可以根据需要选择合适的采样率、增益和滤波等参数，实现精确的数据采集和处理。

2.2 信号发生与分析LabVIEW内置了丰富的信号发生和分析的函数模块，用户可以通过简单的拖拽和连接来生成各种信号发生器和分析器。

这些信号发生器和分析器可以用于信号的生成、频谱分析、滤波器设计等应用，帮助用户更好地理解和处理信号。

基于虚拟仪器的阻抗自动测量系统的研究摘要随着计算机技术的发展，仪器仪表领域也开始发生巨大的变化，从传统仪器、智能仪器开始向虚拟仪器发展。

虚拟仪器以其强大的存储、数据显示和数据分析优势，逐渐受到重视。

虚拟仪器技术通过软件将计算机与仪器硬件相结合，很好地将计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的现场测量、控制结合在一起。

不仅降低了仪器的生产成本，还提高了仪器的性能，从而得到广泛的应用。

另外，随着现代科学技术的进步，阻抗的测量逐渐成为各类电子产品的研究基础。

目前，阻抗测量技术已在生物医学、工业测控、电力控制等领域有广泛的应用。

为了满足高校实验室对电子元器件及其附属参数的测量需求，本文设计了一种基于虚拟仪器的阻抗测量系统。

本文通过将虚拟仪器技术与传统硬件相结合，设计实现了一种通过伏安法对阻抗参数进行测量的系统。

其主要工作原理为：将阻抗的测量转换为矢量电压的测量，再利用获得的矢量电压的实部和虚部的数字量与被测参数之间的关系，将其转换为待测量。

本系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要包括通过FPGA设计实现的信号源模块、阻抗/矢量电压转换模块、相敏检波模块、A/D转换模块和通信模块。

其具体的实现主要为利用FPGA设计实现系统正弦激励信号与基准信号的产生；通过相敏检波将采集到的矢量电压信号进行实部和虚部分离；利用低通滤波器滤除干扰信号；再通过A/D转换芯片将采集到的模拟电压信号转换为数字信号；通过系统总线将数据传输到计算机，并对数据进行处理和显示。

软件部分是利用虚拟仪器软件LabVIEW设计实现仪器的数据处理、显示和控制界面，并通过动态链接库的调用来执行仪器操作。

关键字：虚拟仪器技术，阻抗测量，FPGA，LabVIEWResearch of Automatic Impedance Measuring System Based onthe Virtual InstrumentAbstractWith the development of the computer technology, the field of instrumentation begins to change dramatically from traditional instruments and intelligent instruments to virtual instruments. Due to its strong advantages on storage, data display and data analysis, the virtual instruments have gained more attention. Virtual-instrument technology combines the computer and the instrument hardware together using software. It combines the excellent data processing ability of computer with the measurement，and controlling ability of instruments hardware together in this technology. Consequently, not only the cost of the production is reduced, but the instrument performance is also improved. Therefore, the virtual instrument has been widely used.In addition, with the progress of modern science and technology, the measurement of impedance has gradually become the basis of all kinds of electronic products.At present, the impedance measurement technology has been widely used in biomedical science, industrial measurements, power control and other domains.In order to satisfy the measurement requirements of electronic components and their subsidiary parameters in the university laboratory, a kind of impedance measurement system based on virtual instrument is designed in this paper.Based on the combination of virtual instrument technology and traditional hardware, this paper designs and realizes a system to measure the impedance parameters using the volt-ampere method.Utilizing the relationships between the real and the imaginary parts of the voltage vector and the complex impedance, the measurement of the complex impedance can be converted to the measurement quality of the voltage vector. The process can effectively improve the precision of the system.The system consists of two parts: hardware and software. The hardware part is mainly composed of the signal source module designed by FPGA, the conversion module of impedance to voltage vector, themodule. The design and realization of sinusoidal excitation signal and the reference signal is utilized by FPGA. We separate the real and imaginary parts of the voltage vector by the phase sensitive detection, and filter out the interference by a low pass filter. Then the collected signal is converted to a digital signal by an A/D conversion chip. The data will be transmitted to the computer through a communication bus of the system, and then it will be processed and displayed.The software part realizes the data processing, display and control using the virtual instrument software LabVIEW.And the operation of the instrument is performed by calling dynamic link libraries.Keywords:Virtual instrument technology, Impedance measurement, FPGA, LabVIEW目 录第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3虚拟仪器技术简介 (4)1.3.1 虚拟仪器概念 (4)1.3.2 虚拟仪器的构成 (4)1.3.3 虚拟仪器的发展 (5)1.4虚拟电子测量系统 (5)1.4.1 虚拟电子测量系统介绍 (5)1.4.2 虚拟电子测量系统的构成 (6)1.5主要研究内容 (7)第2章阻抗测量理论及方法分析 (9)2.1阻抗自动测量系统主要性能和预期指标 (9)2.2阻抗简介 (9)2.2.1 阻抗的定义 (9)2.2.2 阻抗的表达方式 (10)2.2.3 被测件的等效电路 (11)2.3阻抗的测量方法 (12)2.3.1 谐振法 (12)2.3.3 伏安法 (14)2.3.4 网络分析仪法 (15)2.4阻抗测量方法的对比 (16)2.5本章小结 (17)第3章阻抗测量系统的原理及总体设计 (18)3.1阻抗测量系统的原理 (18)3.2系统的总体设计 (22)3.2.1 系统的硬件设计 (22)3.2.2 系统的软件设计 (23)3.3本章小结 (24)第4章系统硬件设计及实现 (25)4.1信号源模块 (25)4.1.1 信号源设计的方案与对比 (25)4.1.2 信号源的实现 (27)4.1.3 FPGA实现 (28)4.2阻抗/矢量电压转换模块 (30)4.2.1 阻抗/矢量电压转换原理 (30)4.2.2 连接电路设计 (31)4.2.3 电路实现 (32)4.3相敏检波模块 (32)4.3.1 相敏检波原理 (33)4.4A/D转换模块 (35)4.4.1 ADS1232芯片 (36)4.4.2 A/D转换电路的实现 (36)4.5通信模块 (36)4.5.1 通信模块工作原理 (36)4.5.2 通信模块的实现 (37)4.6电源转换模块 (38)4.7系统硬件实物图 (38)4.8本章小结 (39)第5章软件设计 (40)5.1系统设备驱动程序 (40)5.2应用程序的开发 (42)5.2.1 LabVIEW简介 (42)5.2.2 软件程序框图 (43)5.2.3 系统前面板设计 (46)5.3本章小结 (46)第6章系统性能测试及误差分析 (47)6.1系统工作流程介绍 (47)6.2数据测试及对比 (48)6.2.1 电阻的测量 (49)6.2.2 电容的测量 (50)6.2.4 附属参数测量 (52)6.3误差分析 (53)第7章总结 (55)7.1本文主要完成的工作 (55)7.2系统存在的不足及展望 (56)参考文献 (57)作者简介及科研成果 (61)致谢 (62)第1章绪论1.1 研究背景及意义测量是我们认识和改造自然界的一种重要手段，对任意一种研究对象，只要想对其进行定量评价，就需要通过测量来实现[1]。