第12章智能电子秤的设计与应用
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(式12-1)
12.3.2 称重传感器硬件电路设计
图12-3 称重传感器硬件电路
在本项目中将悬臂上的4个应变片全部连入桥路中，如图12-3所示，R1 和R3为一对，连入桥路对臂中，R2和R4为一对，连入另一个对臂中。桥路 使用5V供电。由于桥路的输出信号比较微小，故在输出信号后提供了放大 电路作为信号调理电路，其硬件电路如图12-3所示。
12.4 任务二 数码管显示控制
12.4.1相关知识 12.4.2数码管显示子VI设计 1．前面板 2．程序框图
12.4 任务二 数码管显示控制
12.4.1相关知识
常见的LED数码管为“8” 字型的，共计8段，每一段 对应一个发光二极管。这种
数码管显示器有共阴和共阳
两类，如图12-4所示。共阴 极LED数码管的发光二极管 的阴极连接在一起，通常此
公共阴极接地。当某个发光
二极管的阳极为高电平时，
发光二极管点亮，相应的段 被显示。
图12-4 数码管原理图
同样，共阳极LED数码管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电 压。当某个发光二极管的阳极接低电平时，发光二极管点亮，相应的段
被显示。
为了使LED数码管显示不同的符号或数字，要把某些段的发光二极管 点亮，这样就要为LED数码管提供代码，因为这些代码可使LED相就的段 发光，从而显示不同字型，因此该代码也称为段码或字型码。
1．应变片 2．电桥电路 3．悬臂梁
12.3.2 称重传感器硬件电路设计
12.3 任务一 称重传感器电路设计
12.3.1 相关知识 1．应变片
电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材 料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化。
应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地 粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变 形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为 测点的应变值。
LED数码管共计8段。因此提供给LED数码管的段码（或字型码）正好 是8位。在使用中，一般习惯以“a”段对应段码字节的最低位。段码与 位对应关系如表12-1所示。若共阴的数码管要显示“0”，其所对应的字 型码为：00111111。
表12-1 位与段码对应关系
显示段 dp
g
f
e
d
c
b
a
代码位 D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
12.4.2数码管显示子VI设计
本项目要求用数码管来显示，可通过制作一个含有数码管的簇来实 现，要求簇中成员的逻辑顺序和数码管数码段a、b、c、d、e、f、g、h 顺序一致。制作流程如下： （1）在前面板，控件选板中选择方形指示灯布尔控件，如图12-5左图所 示。 （2）在前面板拖放为细长形状。按住Ctrl键同时用鼠标拖放控件，可以 复制控件。 （3）用类似方式，拼出8的形状。然后右击控件，取消每个控件的标签 （label）显示。 （4）调整布尔控件的位置，让8的字符感更好，如图12-5图所示。
第12章 智能电子称的设计与应用
引子
应变片是什么？ 什么场合可能会用到？ 如何使用？
12.1 项目目标
本次项目设计中，需要设计一款电子称。通常打开电子 称开关就可以完成称重功能，并带有附加功能，如去除容器 质量的功能等。要求所设计的电子称（1）可测量1000g以内 的质量；（2）可软件整定调零；（3）前面板要求用数码管 显示测试结果；（4）去皮，即可去除容器质量。
图 12-5 数码管制作步骤
（5）在8的右下角，加上一个圆形布尔控件。控件选板中，选择：经典 经典数组、矩阵与簇 ，将簇的外框放置在前面板上。 （6）全选所有的布尔控件，拖放到簇外框中。 （7）右击簇的外框，在快捷菜单中，选择自动调整大小调整为匹配大 小 ，因本项目要求测1000克以下的重量，因此需要三个数码管，按住 Ctrl键同时用鼠标拖放控件簇这个控件，可以复制相同的8字。如图12-6 所示。
图12-1 惠斯通电桥
3．悬臂梁
双孔悬臂梁称重传感器，是电子计价秤中广泛使用的传感器。其具 有上下两个平衡梁。一端固定，另一端可放置砝码。悬臂梁上贴有4个应 变片，如图12-2所示，上下各有两片。其中R1和R3形变量一致，R2和R4 形变量一致。其输出电压与应变片的形变关系如式12-1所示。
图 12-2 双孔悬臂梁应变片贴片图示
从项目目标知，通过称重传感器将重量信号转换为数据 采集卡可接收的电压信号，LabVIEW读取该信号后对其进行 相应的处理。要完成本项目首先需完成以下的任务：
（1）称重传感器电路设计； （2）数码管显示软件设计；
（3）电子称重量信号采集与转换。
12.3 任务一 称重传感器电路设计
12.3.1 相关知识
2．程序框图
在本项目中，数码管作为 共阴数码管。在程序设计中应 将所得到的重量数值分离出百 位、十ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和个位数值，数值范 围为0~9。
金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和 箔式电阻应变片。在本项目中使用是悬臂梁上黏贴金属箔式电阻应变片。
2．电桥电路
称重检测元件上最常用到的调理电路就是惠斯通电桥。常见的惠斯 通电桥由四个相互连接的电桥臂和激励电压VEX组成，如图12-1所示。桥 路上的四个电阻叫做电桥的四个臂，称为有效传感元素。基于电桥的传 感器可通过惠斯通电桥中一个或多个电阻阻值的变化，测量各种物理现 象（例如，应变、温度或力）。
通过本项目的设计、实施，要求学生 ：
（1）了解惠斯通电桥电路，掌握应变式传感器的使用； （2）掌握用自定义控制设计界面的技巧； （3）掌握使用NI-DAQmx实现模拟信号的生成与采集程序的 编写；
（4）了解双循环结构、掌握事件结构的使用； （5）了解并熟悉状态机的架构及程序设计。
12.2 项目分析
图12-6 三位数码管显示外观图
（8）在控件选板中，选择 修 饰平面圆盒 。
（9）将簇放置到平面圆盒上。 若不能显示，此时需要调整一 下两个层次的关系。在工具栏 中，点击 重新排序移至前面 。
（10）用工具选板涂色功能， 将平面圆盒涂黑。根据需要， 适当调整控件的摆布和黑色平 面圆盒的大小形状，如图12-7 所示。
12.3.2 称重传感器硬件电路设计
图12-3 称重传感器硬件电路
在本项目中将悬臂上的4个应变片全部连入桥路中，如图12-3所示，R1 和R3为一对，连入桥路对臂中，R2和R4为一对，连入另一个对臂中。桥路 使用5V供电。由于桥路的输出信号比较微小，故在输出信号后提供了放大 电路作为信号调理电路，其硬件电路如图12-3所示。
12.4 任务二 数码管显示控制
12.4.1相关知识 12.4.2数码管显示子VI设计 1．前面板 2．程序框图
12.4 任务二 数码管显示控制
12.4.1相关知识
常见的LED数码管为“8” 字型的，共计8段，每一段 对应一个发光二极管。这种
数码管显示器有共阴和共阳
两类，如图12-4所示。共阴 极LED数码管的发光二极管 的阴极连接在一起，通常此
公共阴极接地。当某个发光
二极管的阳极为高电平时，
发光二极管点亮，相应的段 被显示。
图12-4 数码管原理图
同样，共阳极LED数码管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电 压。当某个发光二极管的阳极接低电平时，发光二极管点亮，相应的段
被显示。
为了使LED数码管显示不同的符号或数字，要把某些段的发光二极管 点亮，这样就要为LED数码管提供代码，因为这些代码可使LED相就的段 发光，从而显示不同字型，因此该代码也称为段码或字型码。
1．应变片 2．电桥电路 3．悬臂梁
12.3.2 称重传感器硬件电路设计
12.3 任务一 称重传感器电路设计
12.3.1 相关知识 1．应变片
电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材 料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化。
应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地 粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变 形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为 测点的应变值。
LED数码管共计8段。因此提供给LED数码管的段码（或字型码）正好 是8位。在使用中，一般习惯以“a”段对应段码字节的最低位。段码与 位对应关系如表12-1所示。若共阴的数码管要显示“0”，其所对应的字 型码为：00111111。
表12-1 位与段码对应关系
显示段 dp
g
f
e
d
c
b
a
代码位 D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
12.4.2数码管显示子VI设计
本项目要求用数码管来显示，可通过制作一个含有数码管的簇来实 现，要求簇中成员的逻辑顺序和数码管数码段a、b、c、d、e、f、g、h 顺序一致。制作流程如下： （1）在前面板，控件选板中选择方形指示灯布尔控件，如图12-5左图所 示。 （2）在前面板拖放为细长形状。按住Ctrl键同时用鼠标拖放控件，可以 复制控件。 （3）用类似方式，拼出8的形状。然后右击控件，取消每个控件的标签 （label）显示。 （4）调整布尔控件的位置，让8的字符感更好，如图12-5图所示。
第12章 智能电子称的设计与应用
引子
应变片是什么？ 什么场合可能会用到？ 如何使用？
12.1 项目目标
本次项目设计中，需要设计一款电子称。通常打开电子 称开关就可以完成称重功能，并带有附加功能，如去除容器 质量的功能等。要求所设计的电子称（1）可测量1000g以内 的质量；（2）可软件整定调零；（3）前面板要求用数码管 显示测试结果；（4）去皮，即可去除容器质量。
图 12-5 数码管制作步骤
（5）在8的右下角，加上一个圆形布尔控件。控件选板中，选择：经典 经典数组、矩阵与簇 ，将簇的外框放置在前面板上。 （6）全选所有的布尔控件，拖放到簇外框中。 （7）右击簇的外框，在快捷菜单中，选择自动调整大小调整为匹配大 小 ，因本项目要求测1000克以下的重量，因此需要三个数码管，按住 Ctrl键同时用鼠标拖放控件簇这个控件，可以复制相同的8字。如图12-6 所示。
图12-1 惠斯通电桥
3．悬臂梁
双孔悬臂梁称重传感器，是电子计价秤中广泛使用的传感器。其具 有上下两个平衡梁。一端固定，另一端可放置砝码。悬臂梁上贴有4个应 变片，如图12-2所示，上下各有两片。其中R1和R3形变量一致，R2和R4 形变量一致。其输出电压与应变片的形变关系如式12-1所示。
图 12-2 双孔悬臂梁应变片贴片图示
从项目目标知，通过称重传感器将重量信号转换为数据 采集卡可接收的电压信号，LabVIEW读取该信号后对其进行 相应的处理。要完成本项目首先需完成以下的任务：
（1）称重传感器电路设计； （2）数码管显示软件设计；
（3）电子称重量信号采集与转换。
12.3 任务一 称重传感器电路设计
12.3.1 相关知识
2．程序框图
在本项目中，数码管作为 共阴数码管。在程序设计中应 将所得到的重量数值分离出百 位、十ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和个位数值，数值范 围为0~9。
金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和 箔式电阻应变片。在本项目中使用是悬臂梁上黏贴金属箔式电阻应变片。
2．电桥电路
称重检测元件上最常用到的调理电路就是惠斯通电桥。常见的惠斯 通电桥由四个相互连接的电桥臂和激励电压VEX组成，如图12-1所示。桥 路上的四个电阻叫做电桥的四个臂，称为有效传感元素。基于电桥的传 感器可通过惠斯通电桥中一个或多个电阻阻值的变化，测量各种物理现 象（例如，应变、温度或力）。
通过本项目的设计、实施，要求学生 ：
（1）了解惠斯通电桥电路，掌握应变式传感器的使用； （2）掌握用自定义控制设计界面的技巧； （3）掌握使用NI-DAQmx实现模拟信号的生成与采集程序的 编写；
（4）了解双循环结构、掌握事件结构的使用； （5）了解并熟悉状态机的架构及程序设计。
12.2 项目分析
图12-6 三位数码管显示外观图
（8）在控件选板中，选择 修 饰平面圆盒 。
（9）将簇放置到平面圆盒上。 若不能显示，此时需要调整一 下两个层次的关系。在工具栏 中，点击 重新排序移至前面 。
（10）用工具选板涂色功能， 将平面圆盒涂黑。根据需要， 适当调整控件的摆布和黑色平 面圆盒的大小形状，如图12-7 所示。