实用电子秤的设计与制作报告

JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 综合实训论文

(实用电子秤的设计与制作)

学院名称：电气信息工程学院

专业：电气工程及其自动化

班级： 05自控（1）

*名：***

学号： ********

指导教师：***

2009年1月

实用电子秤的设计与制作

摘要：本系统利用应变式称重台，将四片应变片采用全桥形式接入测量电路，经过运放OP07组成的仪表放大器放大，再由串行模数转换芯片TLC549进行A/D转换，转换结果送入单片机AT89C51，通过同向门7407驱动四位数码管显示。

关键词:应变片；仪表放大器；TLC549；AT89C51

Abstract:The system uses strain weighing units, four strain gauges with the form of full bridge accessed to the measurement circuit, after the composition of OP07 instrumentation amplifier. Then by serial analog-to-digital conversion chip TLC549 for A / D conversion, the conversion results are given to the single-chip microcomputer AT89C51, then through the 7407 drive to four digital tube display.

Key words:Strain gauge；Measuring appliance amplifier；TLC549；AT89C51

目录

1 概述

1.1 引言

1.2 系统原理概述

1.3 组成及框图

2 硬件电路设计

2.1 应变电桥电路

2.2 仪表放大器电路

2.3 A/D转换电路

2.4 显示电路

3 软件设计

3.1 程序流程图

3.2 源程序清单

4 系统调试与分析

4.1 硬件调试

4.2 软件调试

4.3 综合调试

4.4 故障分析与解决方案

5 功能测试及结果分析

5.1 测试仪器

5.2 测试结果与分析

6 结束语

参考文献

附录

1 概述

1.1 引言

随着科技的进步，对电子秤的应用越来越广泛。传统机械秤是杠杆放大系统，系统中载重架上比较小的垂直偏移经过放大后在秤的刻度上形成很大的指针偏转。然而载重架的偏移量通常很大，所以不允许机械秤安装在工业过程的设备中，相反，用于电子秤的称重传感器的压缩量通常可以忽略不计，可以安装在工业过程设备中。本系统是基于单片机控制的电子秤，控制精度较高，实时性较强，同时采用LED显示，既美观又实用。

1.2 系统原理概述

本系统利用应变式称重台，将四片应变片采用全桥形式接入测量电路，经过运放OP07组成的仪表放大器放大，再由串行模数转换芯片TLC549进行A/D转换，转换结果送入单片机AT89C51，通过同向门7407驱动四位数码管显示。由称重传感器来的电信号经过放大和处理后，通过模/数转换后在LED上显示。仪表放大器的输出需经采集卡采集，经过CSY9.0虚拟仪器软件分析，得到较好的线性度和灵敏度后，才能再送入A/D 芯片进行转换。

1.3 组成及框图

±15V供电

图1 系统框图

2 硬件电路设计

2.1 应变电桥电路

电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路转换成电量输出，电量变化的大小

反映了被测物理量的大小。其主要缺点是输出信号小、线性范围窄，而且动态响应较差。但由于应变片的体积小，商品化的应变片有多种规格可供选择，而且可以灵活设计弹性敏感元件的形式以适应各种应用场合，所以用应变片制造的应变式压力传感器在测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数中仍有非常广泛的应用。

应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。

当具有初始电阻值R 的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化ΔR/R 。在一定应变范围内ΔR/R 与ε的关系满足下式：R K R ε∆=，ε为应变片的轴向应变。

定义K=(ΔR/R)/ε为应变片的灵敏系数。它表示安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时，引起的电阻相对变化ΔR/R 与其单向应力引起的试件表面轴向应变ε之比。

电阻应变片计把机械应变转换成ΔR/R 后，应变电阻变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120Ω，灵敏系数K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000μ，应变电阻相对变化量为：ΔR/R = K*ε= 2*1000*10ˉ6 =0.002

可以看出电阻变化只有120*0.002=0.24Ω，其电阻变化率只有0.2%。这样小的电

阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变片计的ΔR/R 变化转换成电压或电流变化。通常采用惠斯登电桥电路实现这种转换。

若将电桥四臂接入四片应变片，如图2所示，即两个

受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对

桥臂上，构成全桥差动电路。

在接入四片应变片时，需满足以下条件：相邻桥臂应变

片应变状态应相反，相对桥臂应变片应变状态应相同。可简

称为：“相邻相反，相对相同”。 此时

()()22o E R R E R R R U E R R R +∆-∆∆=-=

全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度 图2 全桥电路