电阻应变片测重量Word文档格式.docx

1、弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。图3-1 电阻应变片的基本结构 1-基底;2-敏感栅;3-覆盖层;4-引线 2 重力 应变 半导体应变电桥 等强度梁 输片 出电压供电电源 Uo 功率信号 放大及V/F电显示单元 单片路 机 图1. 基于应变式称重传感器的电子秤系统框图 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0.00010.001.所以,电阻应变片的电阻变化范围为0.00050.1欧姆，所以测量电路应当能精确测量出很小

2、的电阻变化，在电阻应变片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U，另一个对角线为输出电压U0，。起特点是: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，所以电桥能够精确的测量微小的电阻变化。电路图如下图所示:3 其中R1=R2=R3=R4=350 3、A/D转化器（ADC0809） A/D0809是一个带有8路=位A/D转换器，8路多路开关以及微处理兼容的控制逻辑CMOS组件。ADC0809的内部逻辑结构:4 引脚结构:4、ADC0809应用说明 1）ADC0809内部带

3、有输出锁存器，可以与8051直接相连。 2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。3）送要转换的哪一个通道的地址到A,B,C端口上。 4）在ST端给出一个至少有100ms宽的正脉冲信号。 5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。 6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据被输出给单片机。四、电阻应变式电子称电路设计 5 1、供电电源设计 称重传感器的电源是由2个OP-07和互补对管Q1与Q2组成称重传感器的第,二级稳压电源，如图所示。这一级起到高精度稳压作用，其原理:（1）15V的三端稳压集成电路作为预稳压电源。（2）选用低温漂特性的运放OP-07，以降低UU、运放受温度影响

4、所产生的温漂。（3）从图可见，两个运放的输入端均接于23UU、精密电压基准源MC1403的输出端上而被钳位，可以认为输出电压的误差23UU、不会来自输入端。（4）Q1与Q2是一对互补对管，的负反馈电路分别通过23VIU这对互补管的发射极。当温度上升时，的输出电压上升，Q1的上升，上ebAB2UVRI升。但是得输出电压也随之上升，导致Q2的电压下降，增大，使下3ebecABV降，维持了动态平衡;反之亦然。（5）由于正负三端稳压电源的作用，以及ABUN、UN、由和组成的对称电源结构，称重传感器电桥在无负载时2132V0V0,、。并且由于高阻抗使电桥产生浮地效果，完全免除地线带来的干扰。 CD综上述

5、处理是传感器电桥电压达到十分稳定的效果，如果电桥的四臂应变片的阻值相等，由于受到压力使电桥对臂阻值同时增大和减小，则电桥电压的精度将直接传递到电桥输出端。图4.运算放大电路 2、称重传感器调零电路 图2.中标ABCD部分是称重传感器全桥电路。电桥输出端对角线上接一个6 K,K,10电位器，滑动端通过100电阻接与电桥电源负端。这是为了客服制造工RV艺不完全对称性而设计的，同时兼做去皮重电路。调节可使电位差等于9ABV10V，的输出范围为0-15mV。3、放大电路 放大电路是由四个ICL7650组成差分输入单端输出的专用仪表放大电路。放大电路主要特点是:（1）采用ICL7650斩波自温零高精度放

6、大器，能比较好的抑制共模电压干扰。（2）双端输入分别进入测量放大器的同相端，所以输入阻抗大，能克服电桥传感器输出阻抗低的特点。（3）极低的温漂系数。（4）加一级低通有源滤波器以滤除由于放大器ICL7650内时钟斩波频率引起的尖峰脉冲干扰。R调整使放大倍数为: 20R2R2619 （10） G,（1+）=250RR1720图5.放大电路 4、V/F转换电路 V/F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。LM331是性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制

7、解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极7 高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB;线性度好，最大非线性失真小于0.01,，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性;变换精度高，数字分辨率可达12位;外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。本系统采用电压/频率转换器LM331。其特点是:体积小，精度高，价格低，串行输出，占用CPU的I/O线少。其最突出的不足之处是转换速度慢。以下是LM331一些主要技术指标:（1） 最大线性度 0.01%，（2）满

8、量程频率范围 1HZ,100KHZ 图6 LM331的简化功能框图 工作原理:图6为电压/频率转换器LM331的简化功能框图。内能隙基准电路产生1.9V直流电压,送到2脚,外接R形成基准电流I= 1.9/R。（I=50,500uA）。 输入SS电压V送比较器，引脚6通常与1脚连接，当K合上后流过恒电流在RL上产生in压降V作为阈值电压。在单脉冲定时器上设有定时比较器，一个输入端恒接2/3VXCC作为参考电压，另一个输入端接引脚5。V2/3V单脉冲定时器内部的RS触发器5CC产生复位信号使K断开,又迫使驱动晶体管截止。复位后使引脚5与地短接，电容C上的电荷释放，电压下降。使VV, 输11inXc

9、LinX入比较器使R触发器产生启动信号使K闭合, 基准电流向C充电。使V上升，SLX直至VV。 输入比较器翻转, 迫使单脉冲定时器产生复位信号使K断开, C向XinLR放电,使V然后输入比较器再次启动定时器，开始下一次循环。 LXin8 波形分析:单脉冲定时器内部的RS触发器产生复位信号使K断开,又迫使驱动晶体管截止，使V为高点平，V此时驱3XinLXXin动晶体管导通。从波形图看，VV后，要关闭K是发生在V2/3V时刻，而使Xin5CC驱动晶体管截止是在VV时刻。对C充电平均电流: I = i*t*F ，C对XinLAVEoutLR放电电流 V/R=V/R。 显然，LM331工作时:充电平均

10、电流=放电电流 : LXLinLVinIi，t，F,V/RFout, （11） AVE,outinLR，i，tLVRVR/inLinsF,out1.9/1.12.09RsRCRRC，111L1图7 LM331的工作波形 当前，12位以上的A/D转换器的价格仍较昂贵，用V/F变换器来代替A/D转换器，在要求速度不太高的场合是一种较好的选择。从传感器来的毫伏级的电压信号经低温漂运算放大器INA126放大到0,10V后加到V/F变换器LM331的输入端，从频率输出端f输出的频率信号加到单片机的o图8.V/F转换电路图 输入端T1上。根据分辨率的要求9 利用软件处理，最后得到A/D转换的结果。所以我们

11、决定采用LM331芯片V/F转换作为信号转换的方案。5、单片机电路 （a）AT89C52简介 芯片功能介绍及设计:AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外，AT89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但R

12、AM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止 （b）引脚说明 VCC:供电电压。GND:接地。 图9.AT89C52芯片引脚图 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电

13、流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

14、P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输10 入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示:P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7

15、 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被

16、略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP:当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。U1（c）单片机原理图如图所示，

17、为单片机芯片AT89C52工作于11.0592MHZ时钟，它的P3.5脚（定时/计数器1的外部脉冲输入端）和频率信号相连，对脉冲11 U1序列计数，以获取频率信息，从而转换为重量值。的P0口和P2口是数码管显示电路的接口。其中P0口为4位位码，P2口提供4位段码（4位7段数码显示）。图10.单片机的设计电路 （d）输出显示 1.）输出显示电路图:12 图11 显示电路 2（）程序 #include reg52.h /包含头文件 #include math.hsbit wei0=P00; /位定义 sbit wei1=P01;sbit wei2=P02;sbit wei3=P03;sbit cs

18、_VF=P37;sbit rd_ VF =P36; sbit wr_ VF =P35; sbit le_573=P34;#define uint unsigned int /宏定义 #define ulong unsigned long #define uchar unsigned char 图12 V/F信号读取及处uchar code shuma= /码表 理程序 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e, 0x8e,0xc1,0xc7,0xc7;ulong xiel

19、v=4975; /定义全局变量 ulong zhong=0;void init（） /初始化函数 le_573=0;wei0=0;wei1=0;wei2=0;wei3=0;13 void delay_ms（unsigned int a） /延时函数 unsigned int b;unsigned int c;for（b=0;ba;b+） for（c=0;c1010000） for（i=0;i80;i+） P2=shuma16; /显示千位 wei3=1;delay_ms（3）;P2=0xff;wei2=1; /显示百位 P2=shuma17;wei1=1; /显示十位 P2=shuma18;w

20、ei0=1; /显示个位 14 P2=shuma19;else P2=shumaqian;P2=shumabai;P2=shumashi;P2=shumage;uchar readvf（） /读VF函数 15 uchar VFshu;cs_ VF =1;wr_ VF =1;rd_ VF =1;cs_ VF =0;delay_ms（1）;wr_ VF =0;delay_ms（5）;rd_ VF =0;P1=0xff;VF shu=P1;return VFshu;int main（） /主函数 init（）;while（1） zhong=（readvf（）-17）*xielv;display（zhong）;五、心得体会 通过此次实验我了解了以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发电阻应变片重力测试的系统。在这次试验中我学到了许多在书本上不能学到的东西。在试验中使我收获了很多东西。对我以后的工作会有很大帮助。16