基于传感器的电子秤设计1

XX学院

课程设计书

专业（年级、班）

设计人

指导教师

辅导教师

2009 年01 月01 日（设计结束日）

课程设计任务书

班级（专业）设计人

一、课程设计题目：电子秤

本设计要求：

1.秤重最大50kg。

2.电子显示，显示4位。

3.设计电源电压5V，误差5%。

4.误差0.1kg。

二、要求课程设计自 2008 年 12 月 29 日

至2009 年01 月01 日

专业教研室主任年月日

系、系主任签章年月日

指导教师评语：

指导教师：

年月日

前言

电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。

本课程设计的电子秤是利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲V改为重量纲g即成为一台原始电子秤。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，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而三运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。

目录

1.数字电子秤的基本原理 (1)

2.数字电子秤的构成 (1)

2.1传感器 (1)

2.2三运放大电路 (2)

2.3间接比较型模式转换器ADC (3)

2.4 CT74LS290计数器介绍 (5)

2.5 集成二进制—七段译码驱动器介绍 (6)

3.设计总结 (8)

4.附录 (9)

5.参考文献 (11)

数字电子秤简介

电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。

1. 数字电子秤的基本原理

数字电子秤一般由以下5部分组成：传感器、信号放大系统、模数转换系统、显示器、和量程切换系统。其原理图如图（1）所示。

图（1）

电子秤的测量过程实际是通过传感器将被测物体的重量转换成电压信号输出，放大系统把来自传感器的微弱信号放大，放大后的电压信号经过模数转换把模拟信号转换成数字量，数字量通过显示器显示重量。

2. 数字电子秤的构成

2.1 传感器

电子秤传感器的测量电路通常使用桥式测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是传感器输出的电信号。电桥电路有四个电阻，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U，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，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，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。

图（2）全桥测量电桥图（其中V0输出为0~2mv）

激励电压: 9VDC～12VDC ；灵敏度: 2±0.1mV/V

输入阻抗: 405±10Ω；输出阻抗: 350±3Ω

极限过载范围: 150% ；安全过载范围: 120%

使用温度范围: -20℃～+60℃

2.2 三运放大电路

本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。在许多需要用A/D转换和数字采集系统中，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。

图（3）三运放大电路结构图

为使系统产生的误差更小，传统上，设计秤重、测力、转矩及压力测量系统时，输出的数据更精确广泛采用全桥接电阻传感器的方法。本设计采用全桥测量

电路。大多数桥接传感器都要求较高的激励电压（通常为10 V），同时输出较低的满量程差动电压，约为2 mV/V。传感器的输出通常由仪表放大器加以放大。

2.3 间接比较型模式转换器ADC

（1）双积分ADC简介

间接比较型A/D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号，然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出。双积分式ADC就是一种首先将输入的模拟信号变换成与其成正比的时间间隔，然后再在这段时间间隔内对固定频率的时钟脉冲信号进行计数的A/D转换器，所获得的计数值就是正比于输入模拟信号的数字量。

双积分ADC电路由积分器、比较器、计数器、参考电压源、电子切换开关、逻辑控制及CP信号几部分组成，原理框图和积分波形如图（4）示。

图（4-1）原理图

图（4-2）积分波形图

图（5）所示为双积分ADC原理图，图中S0，S1为模拟开关，控制逻辑包括一个n为计数器，附加触发器Fc，模拟开关驱动电路L0，L1及门G1，G2等。

转换开始前，令转换控制信号Vs=0计数器和附加触发器均置0，S0闭合，电容器充分放电，V01=0。当Vs=1以后,S0断开，A/D转换开始。分下面两个阶段：

1) 通过2次积分将V i 转换成相应的时间间隔。转换开始时t=0,S 1与V i 接通， 2) V i 通过R 对C 充电，积分器输出电压负向线性变化，积分器对V i 在0～t 1

时间积分。

当t=t 1时, 101110()i

i t V V t V dt t RC

=-=-⎰

式中，V i 为0～t 1时的输入模拟电压的值。

3) 量化编码阶段。利用计数器对已知的时钟脉冲计数至t 2，完成A/D 转换。从t=t 1开始，S 1与参考电压—V REF 接通，通过R 对C 反向充电，V 01逐渐上升，经t 2—t 1时间间隔，V 0=0。

20120111211()()()()0i REF

REF t t V V V t V t V d t t t t RC RC

+=+=--=⎰

所以 1

221i REF

t T t t V V =-=

因为V REF 和t 1为定值，所以T 2与V i 成正比，即将V i 变换为与它成正比的时间间隔。

在T 2阶段，将CP （周期为Tc ）送入计数器计数，

则21i

c c REF

T t V N T T V ==•

图（5）双积分A/D 装换器原理图

由此可见，计数器计数所获得的数字量正比于输入模拟电压。

双积分A/D 转换器工作波形如图（6）所示。它具有工作性能稳定的优点，输出数字量与积分器时间常数无关，对干扰（如工频干扰等）有很强的抑制作用，但该电路转换速度低。