简易电子称设计及制作
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一款简易电子秤的设计文章介绍一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤的设计与制作。
系统主要分为单片机模块、传感与A/D模块、按键模块、显示模块等。
该电子秤可以数字显示被称物体的重量,且称重误差在要求范围之内,并可以设置单价(元/克),可计算物品金额并实现金额累加,且具有去皮功能,去皮范围不超过100g。
测试表明各项指标都符合设计任务要求。
标签:电阻应变片;A/D转换;LED一、设计要求设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤,电子秤的结构要求铁质悬臂梁固定在支架上,支架高度不大于40cm,支架及秤盘的形状与材质不限。
悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。
具体要求:(1)电子秤可以数字显示被称物体的重量,单位克(g)。
(2)电子秤称重范围5.00g~500g;重量小于50g,称重误差小于0.5g;重量在50g及以上,称重误差小于1g。
(3)电子秤可以设置单价(元/克),可计算物品金额并实现金额累加。
(4)电子秤具有去皮功能,去皮范围不超过100g。
二、方案论证(一)显示方案选择方案一:采用LCD液晶显示。
优点:控制方法简单;缺--点:显示内容有限,有些功能需要分页显示。
方案:采用LED显示。
优点:显示内容较多,多项功能可同时显示;缺点:控制稍复杂。
考虑两个方案的优缺点,在本系统中采用方案二。
(二)传感器设计方案本设计采用电阻应变片和铁质悬臂梁自制称重传感器。
设计过程中,用不同厚度的铁片,以及改变桥式连接的电阻应变片的相对位置,分别制作了多个传感器进行试验,最终选定灵敏度最好的进行系统联调。
(三)系统方案最终确定的系统由单片机系统、称重传感器、A/D转换模块、键盘模块、LED 显示模块等构成,调试时需外接一个电源。
三、理论分析与计算(一)电阻应变式称重传感器当传感器不受载荷时,弹性敏感元件不产生应变,粘贴在其上的应变片不发生变形,阻值不变,电桥平衡,输出电压为零;当传感器受力时,即弹性敏感元件受载荷P时,应变片就会发生变形,阻值发生变化,电桥失去平衡,有输出电压。
大庆师范学院传感技术课程设计报告设计课题: 简易电子称的设计及制作姓名:学院: 物电学院专业: 自动化班级: 08级学号:日期2011年3月7日—2011年5月7日指导教师:目录1.设计的任务与要求 (2)1.1 设计基本概述 (2)1.2 设计要求 (2)2.方案论证与选择 (2)2.1 电子称的系统方案与比较 (2)2.2 传感器的选择 (3)2.3 放大电路的选择 (4)2.4 转化器的选择 (4)2.5 数码显示电路的选择 (6)3.单元电路的设计和元器件的选择 (6)3.1 电源模块 (6)3.2 数据采集、放大及零位调整模块 (6)3.3 A/D转换模块 (7)3.4 数码显示电路 (8)4.系统电路总图及原理 (8)5.总结 (8)5.1 课题总结 (8)5.2 经验体会 (9)参考文献 (9)附录A:元器件清单 (10)简易电子称的设计及制作1. 设计的任务与要求用学过的传感器设计并制作一个能测量重量的装置,并能测量不大于1KG的物体,误差小于±1%。
1.1 设计基本概述本设计分四个模块:电源模块、数据采集及放大模块、模数(A/D)转换模块、显示模块。
本电路应用压敏电阻构成秤重电桥来采集电压的微小变化,经过仪表放大器AD623组成的放大电路放大后送入A/D转换芯片ICL7107,对输入电压信号进行转换成数字量输出;显示模块直接连接数码管构成,显示实际测量值。
外部电路非常简单,方便制作。
1.2 设计要求(1)画出电路原理图(或仿真电路图);(2)元器件及参数选择;(3)编写设计报告并写出设计的全过程,附上有关资料和图纸,有心得体会。
2. 方案论证与选择2.1 电子称的系统方案与比较方案一:通过秤重电桥产生电压信号,再经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片AD7799进行A/D转换,转换后的数字量输入单片机,有单片机进行数据处理和对A/D转换的控制,再有单片机输出显示信号,通过显示电路进行显示。
简易电子称设计电子称作为一种现代化的计量工具,在生活中有着广泛的应用。
它可以准确地测量物品的质量,因此在商业、工业、医疗等领域都有着不可替代的作用。
本文将介绍一种简易电子称的设计方法,以期为初学者提供参考。
首先,设计者需要明确设计的目的和需求。
本设计旨在制造一种简易、价格低廉的电子称,适用于在日常生活中快速测量轻量物品的重量,如食材、化妆品等。
因此,设计者需要确定测量范围、测量精度等关键参数。
接着,设计者需要选定合适的传感器。
传感器是电子称中的重要部件,它负责测量物品的质量。
我们可以选用敏感度较高、响应时间较短、可靠性较好的压力传感器。
同时,为了提高测量精度,我们可以考虑添加温度补偿电路,消除温度对测量结果的影响。
接下来,设计者需要选择合适的处理器和显示器。
处理器负责采集传感器信号,进行数据处理并输出读数。
我们可以选用一款较为常见的单片机,如Arduino、Raspberry Pi等。
这些单片机具有体积小、价格低廉、易于编程的优点。
在显示方面,可以使用7段LED数码管,对读数进行显示。
然后,设计者需要建立系统框架,进行电路连接。
传感器、处理器和显示器之间需要建立起稳定的电路连接,以确保数据传输的准确性。
在实现这一步骤时,需要注意保持电路的稳定性,以免出现干扰等问题。
最后,需要进行程序编写和调试。
在对单片机编写程序之前,设计者需要确定相关的算法,如采集传感器信号后的数据处理、数码管的控制等。
在调试的过程中,需首先检测各部件的电路连接是否准确,确保系统没有故障。
接着,可以进行实验测量,对读数进行检验,以验证电子称的准确性和精度。
综上所述,本文介绍了一种简易电子称的设计方法。
通过选用合适的传感器、处理器和显示器,并进行电路连接、程序编写和调试等步骤,可以制作出一款价格低廉的、适合日常生活中快速测量轻量物品重量的电子称。
如今,随着电子技术的不断进步,电子称的类型和功能越来越丰富,但本文所介绍的基础知识和设计思路仍然具有重要的参考意义。
摘要本简易电子秤由数据采集、控制器和人机交互界面三部分构成。
其中数据采集部分由测量电路、差动放大电路与电压采集电路组成;测量电路采用4片电阻应变片组成的全桥电路。
差动放大把传感器输出的微弱模拟信号放大275倍,以满足A/D转换器对输入信号电平的要求;A/D转换器把模拟信号转变成数字信号,控制器把数字信号输送到显示电路中去。
控制器选用IAP15F2K61S2单片机,用按键来选择、确定功能,最后所有结果由OLED进行显示。
电子秤自带电源,并具有称重、设置单价、金额累计、去皮、超量程报警与语音播报等功能。
当电子秤称重范围为5.00g~500g。
当重量小于50g时,称重误差小于0.5g;重量在50g及以上,称重误差小于1g。
整个系统稳定,界面友好,转换精度高,人性化。
关键词:电子秤传感器A/D 控制器目录第1章方案比较论证与选择 (1)1.1整体设计思路 (1)1.2数据采集部分 (1)1.2.1测量电路 (1)1.2.2放大电路 (2)1.2.3电压采集电路 (2)1.3控制器部分 (2)1.4人机交互界面 (3)1.4.1按键 (3)1.4.2显示界面 (3)1.5系统设计框图 (4)第2章系统模块电路设计 (4)2.1数据采集部分 (4)2.1.1测量电路 (4)2.1.2放大电路 (5)2.1.3电压采集电路 (6)2.2控制器部分 (7)2.3人机交互界面 (7)2.3.1按键 (7)2.3.2显示界面 (7)2.4其他 (8)2.4.1系统电源 (8)2.4.2语音播报部分 (8)2.4.3固件升级接口 (8)第3章系统软件设计 (9)3.1软件设计工具与平台 (9)3.2软件设计思想 (9)3.3软件设计流程图 (10)第4章系统调试与测试 (10)4.1调试与测试所用仪器 (10)4.2调试过程 (10)4.3测试过程 (11)4.4测试结果 (13)4.5结果分析 (13)第5章设计总结 (14)参考文献 (14)附录 (15)第1章 方案比较论证与选择1.1整体设计思路此设计分为数据采集部分、控制器部分和人机交互界面三部分。
电子行业电子称设计与制作概述电子称是电子行业中常用的一种测量设备,用于测量物体的重量。
本文将介绍电子称的设计与制作流程,包括硬件设计、软件编程和制作过程。
硬件设计电子称的硬件设计主要包括传感器选型、电路设计和电源设计。
传感器选型电子称的传感器主要用于测量物体的重量。
常用的传感器包括压电传感器和电磁传感器。
压电传感器基于压电效应,当物体施加在传感器上时,产生电荷,通过测量电荷的大小来确定物体的重量。
电磁传感器则基于磁感应原理,通过测量线圈中的电流变化来确定物体的重量。
在选型时需要考虑测量范围、精度和成本等因素。
电子称的电路设计主要包括信号放大、滤波和模数转换等步骤。
信号放大可以增加传感器输出信号的幅度,提高测量精度。
滤波则用于去除噪声和干扰信号。
模数转换将模拟电压信号转换为数字信号,便于后续的数据处理和显示。
电路设计中需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力和功耗等因素。
电子称的电源设计主要包括电源稳定和功耗控制。
电源稳定可以确保电子称工作时不受电源波动的影响,提高测量精度。
功耗控制则可以延长电子称的使用时间,减少电池更换的频率。
软件编程电子称的软件编程主要用于数据处理和显示。
编程语言可以选择C、C++或者Python等。
软件编程的主要步骤包括数据采集、数据处理和数据显示。
数据采集数据采集是指将传感器测量到的模拟电压信号转换为数字信号,并存储到计算机或者微控制器中。
可以使用模数转换芯片或者模数转换器来完成数据采集。
在数据采集过程中需要考虑采样率和数据精度等因素。
数据处理数据处理是指对采集到的数据进行处理,包括去除噪声、滤波和校准等步骤。
去除噪声可以通过滤波算法和数字信号处理技术实现。
滤波可以使用低通滤波器或者数字滤波器来完成。
校准是将测量到的数据与已知质量的物体进行对比,调整测量结果,提高测量精度。
数据显示数据显示是指将处理后的数据以可视化的方式呈现给用户。
可以使用LCD显示屏、数码管或者计算机界面来显示数据。
实用电子秤的设计与制作一、引言电子秤是一种能够测量物体质量的装置,它通过将电流通过物体,并测量电流通过物体所产生的电阻来计算物体的质量。
电子秤通常由传感器、电子机械与显示器组成。
传感器用于测量电阻,电子机械用于将电流通过物体,显示器则用于显示质量的数值。
本文将介绍一个实用电子秤的设计与制作。
二、设计与制作步骤1.材料准备电子秤的材料包括传感器、电子机械和显示器。
传感器可以选择四个应变片组成的电桥传感器,电子机械可以选择脉冲宽度调制方式的推力电机,显示器可以选择7段LED显示屏。
此外,还需要准备电源、线路板和电子元件,如电阻和电容。
2.传感器连接将四个应变片组成电桥传感器。
首先,将每个应变片焊接在金属膜上,再将膜片固定在称盘的四个角上。
接下来,将应变片的一端与称盘固定在一起,另一端与电桥电路连接。
电桥电路由四个电阻组成,将电桥的输出连接到放大器电路。
3.电子机械设计电子机械部分由脉冲宽度调制方式的推力电机组成。
根据物体质量的不同,通过改变电机的脉宽来改变电流的大小。
电机的转速与质量成正比。
为了实现这一点,需要通过微控制器来控制电机的输出电流。
电机的输出轴与称盘相连,负责将电流传递到物体上。
4.显示和控制部分设计将放大器电路和微控制器连接在一起,以实时测量传感器输出的电流。
微控制器将读取的电流转换为质量数值,并通过7段LED显示屏显示。
此外,还可以添加按键和EEPROM存储器,以实现更多的功能,如单位切换和数据存储。
5.电源设计为了提供正常运行所需的电能,电子秤需要一种稳定的电源。
可以选择使用市电直接供电,或者使用电池作为电源。
如果使用电池,则需要添加电池低压保护电路和充电电路。
三、制作过程1.将传感器组装在称盘上,并连接电桥电路。
2.设计和制作电子机械部分,将电机与称盘相连。
3.设计和制作放大器电路和微控制器电路,并将它们连接在一起。
4.设计和制作显示部分,将7段LED显示屏连接到微控制器。
5.设计和制作电源部分,将电源电路连接到电子秤的电路中。
手提电子秤的设计与实现手提电子秤是现代生活中常见的一种电子测量工具,它主要用于测量物体的重量。
在设计与实现手提电子秤时,需要考虑到精度、便携性、用户友好性等方面。
以下将从硬件设计和软件设计两个方面详细介绍手提电子秤的设计与实现。
硬件设计:1.传感器选择:手提电子秤的测量精度主要依赖于所选用的传感器。
常见的传感器有压阻式、拉应变式、电容式等。
需要根据实际需求选择合适的传感器,并合理设置其参数。
2.外观设计:手提电子秤需要具备良好的便携性,因此在外观设计上需要考虑尺寸、重量、手柄设计等因素,使得使用者可以方便地携带和使用。
3.电池供电:手提电子秤一般采用电池供电,因此需要选择适合的电池,并设计合理的电池管理系统,以提供稳定的电源供应。
4.数据采集与处理:手提电子秤需要采集传感器测得的重量数据,并进行相应的处理,计算得出准确的重量数据。
因此需设计合适的数据采集与处理模块,确保测量结果的准确性。
软件设计:1.人机界面设计:手提电子秤需要设计一个用户友好的界面,使得使用者能够直观地了解测量结果。
可采用数字显示屏等方式展示数据,同时提供一些功能按钮,如切换单位、归零等。
2.数据处理算法:手提电子秤的重量数据需要经过一系列处理算法才能得出准确的结果。
可根据传感器类型和特性,选择合适的数据处理算法,如滤波算法、校准算法等。
3.单元切换功能:手提电子秤一般可以支持多种单位的切换,如千克、克、磅等。
设计时需考虑到不同单位之间的转换关系,并提供相应的功能按钮或操作方式。
4.错误处理与提示:在使用过程中,可能会出现各种错误情况,如传感器故障、重量超出范围等。
需要设计相应的错误处理与提示机制,给予用户准确的错误信息。
总结:手提电子秤的设计与实现需要综合考虑硬件和软件两个方面的要求。
在硬件设计中,需要选择合适的传感器、设计便携的外观和电池管理系统;在软件设计中,需要设计用户友好的界面、合适的数据处理算法、单位切换功能以及错误处理与提示机制。
实验4. 电子秤的设计与制作在日常生活和生产中,电子秤已经得到了广泛的应用,电子秤是通过压力传感器,把被测量物体的质量转换成电信号输出,通过放大器放大后,由二次仪表直接显示出来.一.设计研究要求1.研究、测量应变式传感器的压力特性,计算其灵敏度;2.根据应变式传感器的压力特性设计、制作一个电子秤,该电子秤应达到如下的技术指标:量程:0—199.9g.精度:在量程范围内,额定误差小于最大量程的0.5%灵敏度:0. 1 g显示:电压输出0—199.9mV要求确定整体设计方案,说明测量的原理,给出各组成部分的性能测试数据,证明能达到以上技术指标,写出设计研究总结报告.二.原理和方法提示1.压力传感器应变式压力传感器的结构如图1所示,主要由双孔平衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片R 1—R 4 组成,电阻应变片一般由敏感栅、基底、粘合剂、引线、盖片等组成.应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示,如“3×10mm 2,350Ω”.敏感栅由直径约0.01mm--0.05mm 高电阻系数的细丝弯曲成栅状,它实际上是一个电阻元件,是电阻应变片感受构件应变的敏感部分.敏感栅用粘合剂将其固定在基片上.基底应保证将构件上的应变准确地传送到敏感栅上去,故基底必须做得很薄(一般为0.03mm--0.06mm ),使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起;另外,它还应有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性.基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等.引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接,一般由0.1mm--0.2mm 低阻镀锡铜丝制成,并与敏感栅两端输出端相焊接,盖片起保护作用.在测试时,将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上,随着试件受力变形,应变片的敏感栅也获得同样的形变,从而使电阻随之发生变化.通过测量电阻值的变化可反映出外力作用的大小.压力传感器是将四片电阻分别粘贴在弹性平行梁的上下两表面适当的位置,梁的一端固定,另一端自由用于加载荷外力 F.弹性梁受载荷作用而弯曲,梁的上表面受拉,电阻片R1和R3亦受拉伸作用电阻增大;梁的下表面受压,R2和R4电阻减小.这样,外力的作用通过梁的形变而使四个电阻值发生变化,这就是压力传感器.应变片R1= R2= R3= R4.3.压力传感器的压力特性应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化.为了显示和记录应变的大小,还需把电阻的变化再转化为电压或电流的变化.最常用的测量电路为电桥电路.由应变片组成的全桥测量电路如图2所示,当应变片受到压力作用时,引起弹性体的变形,使得粘贴在弹性体上的电阻应受片R1--R4的阻值发生变化,电桥将产生输出,其输出电压正比于所受到的压力.4.传感器电源电压E与电桥输出电压ΔU的关系改变传感器工作电压E,其输出电压正ΔU比于工作电压E.5、电子秤的设计由于应变式压力传感器输出的电压仅为毫伏量级,如果后级采用数字电压表作为显示仪表.则应把荷重传感器输出的毫伏信号放大到相应的电压信号输出.整套装置的组成框图如图3所示三.实验设计内容1、总体方案设计要设计一台电子秤,首先要根据对测量所提出的精度和灵敏度的要求.对各组成部分的主要性能参数提出合理的要求,这一步属于总体方案设计阶段.在总体设计中,首先要分析这套测试装置中哪一部分是主要的关键部分,它的性能参数将对其他部分起关健的决定性的作用.就本课题而言.应变式压力传感器是关键部分,它的特性指标将对放大电路及显示仪表的选择起决定性的作用.因此,首先要研究和测量荷重传感器的特性指标,在实际问题中.哪一部分是关键并不是唯一的和一成不变的.需要根据所要解决的实际问题的具体要求和条件而定.总体设计中,在决定荷重传感器的特性参数后,再定出其它部分的设计参数和指标.2.压力传感器的参数测试和性能研究用某种方法测量该传感器内部各桥臂的电阻值.要求不打开传感器.用电学测量方法就能知道各桥臂应变片的阻值及连接方法.这是第一个设计内容.实验中提供万用表、数字电压表.(电缆插头1、3为电源,2、4为输出)测定荷重传感器的其它性能.①压力传感器灵敏度及线性即在某一定的供桥电压下,单位荷载变化所引起的输出电压变化,用Sp表示:Sp=△V/△P实验中,不但要求出Sp值,还要求利用两个变量的统计计算法求输出电压V0和荷重P之间的相关系数,即线性度.②压力传感器电压灵敏度即在额定荷载下,供桥电压变化所引起的输出变化,用Sv表示,则Sv=△V0/△V桥同样,也要研究其线性,求其相关系数.实验仪器有数字电压表、稳压电源、砝码若干.3.决定其他部分的设计参数根据压力传感器的量程和电子秤的称重范围,在充分利用传感器量程的前提下,设计计算放大器的放大倍数和传感器的工作电压.设计放大电路,并进行调试和安装测定.可在指导老师的指导下熟悉有关的放大线路.并进行线路的测定和调试.由于荷重传感器输出的信号是很小的.一般为毫伏的量级.根据设计的要求.要在0—100.0g的称量范围内,直接以电压值显示.所以需要放大系统将该信号进行放大再输入显示系统显示物体的重量.本设计中采用运算放大器实现,运算放大电路除可自行安装调试外,也可直接采用实验室提供的放大倍数可调的实验模板,模板使用和调试方法参见附录.4.整机测定和调试把传感器、放大器和显示装置(采用适当量程和精度的数字电压表)连成一体,进行模拟测试,求物体重量变化与输出电压示值的关系,验证各项指标是否达到要求.5.总结,写出研究测试报告.附录:基本使用方法:应变式压力传感器基本特性的测量1.压力传感器的压力特性的测量:(1) 将100g传感器输出电缆线接入实验仪电缆座II,测量选择置于内测20mV(或200mV).接通电源,调节工作电压为2V, 按顺序增加砝码的数量(每次增加10g)至100g,分别测传感器的输出电压.(2)按顺序减去砝码的数量(每次减去10g)至0g,分别测传感器的输出电压.(3)用逐差法处理数据,求灵敏度Sp.2. 压力传感器的电压特性的测量:保持传感器的压力不变(如50g),改变工作电压分别为3V、4V、5V、6V、7V、8V,9V测量传感器电源电压E与电桥输出电压ΔU的关系,作E-ΔU关系曲线, 求灵敏度Sv.3.应变式压力传感器实验模板如图4所示,R1—R4应变式压力传感器的四个应变电阻,由R1—R4等电阻组成的电压为V01,Rw1为零点调节.由R7—R13、IC1等组成的差动放大器放大倍数由Rw2调节,输出的电压为V02.使用、调试方法:实验仪电缆I100g传感器零点调节放大倍数调节放大器调零图41)、用电缆线连接实验仪电缆I插座和实验模板,并将100g传感器电缆线接入实验模板,用导线短路放大器输入端,放大器的输出端与实验仪测量输入相连,实验仪测量选择置200mV外测档,打开实验仪电源开关,调节放大器调零旋钮使放大器输出电压为0.0mV,去掉短路线用连接线将放大器的输入端与非平衡电桥的输出端相连,放大器的输出端与实验仪测量输入相连,实验仪测量选择置200mV外测档.2)、在压力传感器秤盘上没有任何重物时,测量放大器的输出电压,调节零旋钮使放大器的输出电压为0.0mV点调节Rw13)、将100g标准砝码置于压力传感器秤盘上,测量放大器的输出电压,调旋钮使放大器的输出电压为100.0mV.(0.1mV相当于0.1g.)节放大倍数调节Rw34)、改变压力传感器秤盘上的标准砝码,检验放大器的输出电压与标准砝码的标称值是否对应.5)、重复2)、3)步操作,使误差最小.6)、评估你设计制作的电子秤.。
简易电子秤的设计一、简易智能电子秤系统结构与原理称重传感器:当被称物体放置在秤盘上时,压力传感器产生力电效应,将物体的压力转换成与被称物体压力成一定函数关系的电信号。
信号处理电路:该电信号先通过前端信号处理电路进行初步处理,以增强信号的稳定性和准确性。
AD转换器:经过信号处理的模拟电信号需要通过AD转换器(如H711芯片)将其转换成数字信号,以便于微控制器进行处理。
H711是一款专为高精度电子秤设计的24位AD转换器芯片,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
微控制器(MCU):数字信号送入微控制器后,MCU通过扫描键盘和各种功能开关,根据输入内容和开关状态进行判断、分析和控制,完成各种运算和显示功能。
显示模块:微控制器将计算结果输出到显示模块,如数码管或液晶显示屏,以显示被称物体的重量、价格等信息。
通过以上结构与原理,简易智能电子秤能够实现物体的准确称重,并通过微控制器的处理和控制,提供更多的智能化功能。
二、硬件设计在简易电子秤的设计中,硬件部分是实现秤重功能的基础。
本节将详细介绍电子秤的硬件设计,包括传感器选择、信号处理电路、显示模块和电源管理。
传感器是电子秤的核心部件,负责将物体的重量转换为电信号。
在本设计中,我们选用应变式称重传感器。
这种传感器基于金属电阻应变片的原理,当物体施加压力时,应变片会产生电阻变化,通过惠斯通电桥转换为电压信号输出。
这种传感器具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强等特点。
传感器输出的电压信号非常微弱,需要通过信号处理电路进行放大、滤波和线性化处理。
信号处理电路主要包括放大器、滤波器和AD转换器。
放大器:使用运算放大器对传感器信号进行放大,以满足后续电路的处理需求。
显示模块用于直观地显示秤重结果。
本设计采用LCD显示屏,可以清晰地显示数字和字符。
微处理器将处理后的重量数据发送给LCD 显示屏进行显示。
电源管理是确保电子秤稳定运行的关键。
本设计采用内置电池供电,通过电源管理模块进行电压稳定和电池电量监测。
一.设计思路1.1用什么显示测量值。
1.2电阻应变式传感器(测量范围为2kg,其分辨力为1克,测量精度0.5%RD ±l字)。
1.3弹性敏感元件1.4自感式传感器(基本变间隙自感式传感器,差动变间隙式传感器,螺管型电感式传感器)二.选材2.1.具有重量值的显示功能;数码管(共阴,共阳);共阴------高电平驱动;共阳------低电平驱动;L C D-----单片机(硬件系统,软件系统)硬件------接口电路;软件------应用;2.2传感器;2.2.1 电阻应变式传感器(电阻应变片)金属电阻应变片------利用金属电阻的应变效应原理制成的。
半导体应变片------利用半导体材料的压阻效应原理制成。
2.2.2 压电传感器2,2.3 电容式传感器2.2.4 电阻应变式传感器3.弹性敏感元件的选用;a)柱式弹性元件b)薄壁圆筒c)悬臂梁4.转换电路;.A/D或D/A转换电路;三.整体设计方案(框图)。
3.1 系统总体设计方案比较与论证在设计系统时,针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种:方案一数码管显示方案结构简图如下图所示:图2.1数码管显示方案此方案利用数码管显示物体重量,简单可行,可以采用内部带有模数转换功能的单片机。
由此设计出的电子秤系统,硬件部分简单,接口电路易于实现,并且在编程时大大减少程序量,在电路结构上只有简单的输出输入关系。
缺点是:硬件部分简单,虽然可以实现电子秤基本的称重功能,但是不能实现外部数据的输入,无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。
由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示,不能显示汉字以及其他的复杂字符,不能达到显示购物清单的要求。
又因为采用了具有模数转换功能的单片机,系统电路过于简单,系统硬件的扩展必受到限制,电子秤的功能过于单一,达不到设计的标准。
方案二前端信号处理时,选用放大、A/D转换等措施,尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。
简易电子称的设计与实现
简易电子称的设计与实现是一项技术性任务,需要熟悉电子测量技术、智能接口设计、传感器原理以及电子称的工作原理。
针对简易电子称设计与实现,基本流程如下:
1. 确定机器的功能特性。
根据使用场景和用户需求,要精确定义机器功能及指标,如量程、精度、响应速度等。
2. 进行测量技术分析。
根据电子称的使用场景,确定测量技术方案,如力传感器,惯性传感器,电容传感器,电桥传感器等。
3. 设计接口和电路。
根据设备的功能需求,根据传感器选择的型号,设计接口模式,如串口,以太网,USB,I2C,GPIO等,同时设计电路,接口,信号和电源等连接方式。
4. 智能设备接入。
传感器原理以及电子称的工作原理,基于智能设备的实现,例如IOT智能传感器实现,PCB设计以及调试。
5. 系统调试。
选择合适的测试仪器,调整设备各个参数,进行系统调试,确保设备在误差范围内正常工作。
6. 安全性测试。
对设备进行安全性测试,测试设备在电磁干扰、温度、高压、自恢复能力等方面的表现,确保设备能够安全可靠地运行。
7. 抗干扰测试。
对设备进行抗干扰测试,测试设备在不同的环境条件下的性能表现,确保电子称可以长时间稳定、准确地工作。
综上所述,简易电子称的设计与实现需要熟悉电子测量技术、智能接口设计、传感器原理以及电子称的工作原理,并根据使用场景和用户需求进行机器功能定义,采用各种传感器技术,完成接口和电路的设计,并进行安全性和抗干扰性测试,以确保设备的安全可靠性。
简易电子秤设计总结1. 介绍本文档旨在总结和介绍一个简易电子秤的设计过程。
电子秤是一种常见的仪器,用于测量物体的重量。
设计一个简易电子秤可以帮助我们了解基本的电子秤原理,并加深对模拟与数字电路的理解。
2. 设计思路2.1 系统框图首先,我们需要建立一个系统框图,以明确设计中的各个组成部分。
+-------------+| ADC ||(模数转换器)|+-------------+|||+-------------+| MCU || (微控制器) |+-------------+|||+-------------+| 负载电桥 |+-------------+|||+--------------+| 电子秤 |+--------------+2.2 硬件部分设计硬件部分包括具体电路的设计和选型,这些部分包括:•电子秤传感器:用于测量重量的传感器,通常基于应变片或压阻片的工作原理;•负载电桥:将传感器的输出信号转换为电压信号;•模数转换器(ADC):用于将模拟电压信号转换为数字信号,供微控制器处理;•微控制器(MCU):负责处理和计算模数转换器产生的数字信号;•显示器:用于将测量结果显示给用户;2.3 软件部分设计软件部分包括微控制器程序的编写和功能实现。
主要任务包括:•采样:通过模数转换器采样传感器的电压信号;•数字处理:将模拟信号转换为数字信号,并进行相关数学运算;•显示:将测量结果显示在显示器上;•校准:根据标准物体进行校准,提高测量精度;•保存记录:将测量结果保存到内部存储器或外部存储设备;3. 设计步骤3.1 确定电子秤的测量范围与精度首先,我们需要确定电子秤的测量范围与精度,这将决定选取合适的传感器和电路元件。
3.2 选取合适的传感器和电路元件基于测量范围与精度的要求,选取合适的电子秤传感器和电路元件。
传感器的选取需要考虑其灵敏度、稳定性和响应时间等因素。
3.3 设计负载电桥根据传感器的特性和工作原理,设计负载电桥以将传感器的输出转换为电压信号。
大庆师范学院传感技术课程设计报告设计课题: 简易电子称的设计及制作姓名:学院: 物电学院专业: 自动化班级: 08级学号:日期2011年3月7日—2011年5月7日指导教师:目录1.设计的任务与要求 (2)1.1 设计基本概述 (2)1.2 设计要求 (2)2.方案论证与选择 (2)2.1 电子称的系统方案与比较 (2)2.2 传感器的选择 (3)2.3 放大电路的选择 (4)2.4 转化器的选择 (4)2.5 数码显示电路的选择 (6)3.单元电路的设计和元器件的选择 (6)3.1 电源模块 (6)3.2 数据采集、放大及零位调整模块 (6)3.3 A/D转换模块 (7)3.4 数码显示电路 (8)4.系统电路总图及原理 (8)5.总结 (8)5.1 课题总结 (8)5.2 经验体会 (9)参考文献 (9)附录A:元器件清单 (10)简易电子称的设计及制作1. 设计的任务与要求用学过的传感器设计并制作一个能测量重量的装置,并能测量不大于1KG的物体,误差小于±1%。
1.1 设计基本概述本设计分四个模块:电源模块、数据采集及放大模块、模数(A/D)转换模块、显示模块。
本电路应用压敏电阻构成秤重电桥来采集电压的微小变化,经过仪表放大器AD623组成的放大电路放大后送入A/D转换芯片ICL7107,对输入电压信号进行转换成数字量输出;显示模块直接连接数码管构成,显示实际测量值。
外部电路非常简单,方便制作。
1.2 设计要求(1)画出电路原理图(或仿真电路图);(2)元器件及参数选择;(3)编写设计报告并写出设计的全过程,附上有关资料和图纸,有心得体会。
2. 方案论证与选择2.1 电子称的系统方案与比较方案一:通过秤重电桥产生电压信号,再经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片AD7799进行A/D转换,转换后的数字量输入单片机,有单片机进行数据处理和对A/D转换的控制,再有单片机输出显示信号,通过显示电路进行显示。
此方案的优点是可控制性好,电路简单,缺点是数据量大且存储器存储容量有限。
但要单片机需要编写程序进行数据处理而且外围电路比方案一复杂。
故我们不采用。
其电路方框图如图1:图1 数字电子钟方案二框图方案二:通过秤重电桥产生电压信号,经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片ICL7107进行A/D转换,由于此芯片可直接用于数字显示,故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。
此方案的优点是外部电路非常简单,但同能实现较高的精度。
缺点是无法2:对A/D转换进行控制,其电路方框图如图2.2.1电阻应变式传感器的组成以及原理电阻应变式传感器是将被测量的力,通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。
由电阻应变片和测量线路两部分组成。
常用的电阻应变片有两种:电阻丝应变片和半导体应变片,本设计中采用的是电阻丝应变片,为获得高电阻值,电阻丝排成网状,并贴在绝缘的基片上,电阻丝两端引出导线,线栅上面粘有覆盖层,起保护作用。
电阻应变片也会有误差,产生的因素很多,所以测量时我们一定要注意,其中温度的影响最重要,环境温度影响电阻值变化的原因主要是:电阻丝温度系数引起的,电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。
对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变片,也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。
非线性误差是传感器特性中最重要的一点。
产生非线性误差的原因很多,一般来说主要是由结构设计决定,通过线性补偿,也可得到改善。
滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。
由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
单臂电桥测量电路中,将一个应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uout=KEε/4。
2.2.2电阻应变式传感器的测量电路常规的电阻应变片K值很小,约为2,机械应变度约为0.000001—0.001,所以,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,其中任何一个都可以是电阻应变片电阻,电桥的一个对角线接入工作电压+6V,另一个对角线为输出电压-6V。
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,或则就有电压输出,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。
测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节,我们在制作的过程中应尽量选择好元件,调整好测量的范围的精确度,以避免减小测量数据的误差。
桥式电路图如下:图3 桥式测量电路图它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右,测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。
将差动放大器调零,合上电源开关,调节电桥平衡电位R5,使数显表显示0.00V,就可以称重,成为一台原始的电子秤。
传感器输出电压为毫伏级,而A/D 转换器所能处理的电压是0~5V ,所以必须在A/D 转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大,放大倍数为100~200倍,使输出电压为0~5V 。
选用AD623单电源仪表放大器它能在单电源(+3v ~+12v)下提供满电源幅度的输出,但当它工作于双电源(±2.5~±6v)时,仍能提供优良的性能。
输入信号加到作为电压缓冲器的PNP 晶体管上,并且提供一个共模信号到输入放大器,每个放大器接入一个精确的50k 的反馈电阻,以保证增益可编程。
差分输出为:C G V R ⎥⎦⎤⎢⎣⎡Ω+=100K 1V O 然后差分电压通过输出放大器转变为单端电压。
单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低。
仪表放大器结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点,且有良好的温度稳定性,低噪单端输出和和增益调整方便,适于在传感器电路中应用。
如图4所示,是OP07组成的三运放结构,实际AD623内部也是三运放结构。
图4 放大电路硬件原理图2.4 A/D 转化器的选择一个电子秤系统最重要的参数是内部分辨率、ADC 动态范围、无噪声分辨率、更新速率、系统增益和增益误差漂移。
该系统必须设计成比率工作方式,所以它与电源电压波动无关。
ICL7106和ICL7107是高性能,低功耗三位半数字A/D 转电路。
它包含七段译码器,显示驱动器,参考源和时钟系统。
ICl7107可直接驱动数码管,具有低于10µV 自动校零功能,零漂小于1µV/°C 低于10pA 的输入电流,极性转换误差小于一个字。
由于两个输入端最大承受电压为200mV 因此要实现最大值为2000mV 的显示可以用以下分压形式(本设计所采用的)如图5所示:ICl7107型A/D 转换器是把模拟电路与数字电路集成在一块芯片上的大规模的CMOS集成电路,它具有功耗低、输入阻抗高、噪声低,能直接驱动共阳极LED 显示器,不需另加驱动器件,使转换电路简化等特点。
由于所选用的芯片ICl7107已经具有译码功能,故在显示时只需要接上数码显示器即可用于显示。
管脚分布如下表1所示:表1 ICl7107管脚说明端名功能V+和V- 电源的正极和负极aU~gU aT~gT aH~gH 个位、十位、百位笔画的驱动信号,依次接至个位、十位、百位数码管的相应笔画电极abk 千位笔画驱动信号,接千位数码管的a、b两个笔画电极PM 负极性指示的输出端,接千位数码管的g段。
PM为低电位时显示负号INT 积分器输出端,接积分电容BUF 缓冲放大器的输出端,接积分电阻AZ 积分器和比较器的反相输入端,接自动调零电容IN+、IN- 模拟量输入端,分别接输入信号的正端与负端COM 模拟信号公共端,即模拟地C REF外接基准电容端V REF+、V REF- 基准电压的正端和基准电压的负端TEST 测试端。
该端经500Ω电阻接至逻辑线路的公共地。
当作“测试指示”时,把它与V+短接后,LED全部笔画点亮,显示数1888OSC1~OSC2时钟振荡器的引出端,外接阻容元件组成多谐振荡器图5 ICL7107管脚图2.5数码显示电路的选择由于A/D转化选择的ICL7107,所以显示部分直接接入四个共阳极数码管即可,简单方便,容易操作。
可以避免外接电路复杂的情况,同时也能很准确的显示出当前物体的重量。
3. 单元电路的设计与元器件选择数字电子称从原理上讲应该算是一种典型的数字电路,可以由许多中小规模集成电路组成,所以可以分成几个独立的电路。
3.1电源模块集成三端稳压芯片LM7805具有比较高的精确度,加上电容的滤波,对电路可以提供比较稳定的电压。
中电路提供+5V的电源;主要用于电桥数据采集、信号放大电路、A/D芯片(ICL7107)、数码显示。
其中+5V给ICL7107供电;-5V为ICL7107参考电压和用于调零电路。
由于要求输出的电流最大值为2000mA,而且取样电阻为1欧所以要求ICL7107输出的电压至少为2伏,通过计算-5V的电压足够实现上述要求。
电源设计如图6所示:图 6 电源原理图3.2数据采集、放大及零位调整模块3.2.1 称重传感器称重传感器本身具有单调性,其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。
(1)灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值,典型值是2mV/V。
当使用2mV/V灵敏度和5V激励电压的传感器时,其满度输出电压为10mV。
通常,为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围,应当仅使用满度范围的三分之二。
因此满度输出电压应当大约为6mV。
(2)总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。
典型电子秤的总误差指标大约是0.02%,这一技术指标相当重要,它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度,决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。
(3)漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。
3.2.2 放大、零位调整电路这个电路主要是增加了由两个运算放大器(简称运放)及电阻RG和RF组成的放大电路。
通过调节RG和RF的值,就可以获得所需要的增益,配合ICL7107提供的最大增益,可以将输入信号放大到所需要的幅度。
选择运放时要注意,由于输入信号的幅度很小,因此对运放的噪声性能和失调电压要求非常高,应选择低噪声、低失调的运算放大器。
图7 数据采集、放大电路原理图3.3 A/D转换模块利用ICl7107A/D转换器组装成3.5位数字电路如图8,外围元件的作用是:(1)R2、C1为时钟振荡器的RC网络。