基于电阻应变式传感器电子秤设计.doc
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电子秤设计
一、内容提要
电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。
是家庭购物使用的首选。
其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。
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，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。
而差动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。
二、设计内容及总体方案
内容是设计一个手提电子秤
要求：
1、电阻应变式传感器
2、秤重范围为2kg
3、电路由测量电桥，差动放大电路，A/D转换电路，显示电路组成
4、工作原理，附系统原理图
首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到A/D转换器。
其次，由A/D转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/D转换电路中。
再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。
具体方案如下：
电阻应变式传感器输出信号
差动放大电路放大信号
显示电路
（LED）
A/D转换电路（双积分）
三、单元电路的具体设计
1．测量电路：
电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化,再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。
在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。
并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。
（1）电阻应变式传感器的组成以及原理：
电阻应变式传感器简称电阻应变计。
当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。
通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数
（2）电阻应变式传感器的测量电路：
R1
R2
R3
R4
R5
R6
RP1
E
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，电桥的一个对角线接入工作电压E，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，否则就有电压输出，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。
测量电桥如图：
称重传感器
它由箔式电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，测量电桥的电源由稳压电源E供给。
物体的重量不同，电桥不平衡程度不同，指针式电表指示的数值也不同。
滑动式线性可变电阻器RP1作为物体重量弹性应变的传感器，组成零调整电路，当载荷为0时，调节RP1使数码显示屏显示零。
这里若考虑系统高稳定性，可选用Tedea-Huntleigh的2kg拉式称重传感器。
2．差动放大电路：
A1
∞
A2
∞
R8
R8
R7
Vo
Vi
Vi1
Vi2
I
（1）原理：
本次设计中，要求用一个放大电路，即差动放大电路，主要的元件就是差动放大器。
在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，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。
仪表仪器放大器的选型很多，我们这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的差动放大器。
它只需高精度LM358和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。
广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。
本设计中差动放大电路结构图如下：
推导过程：
I=
Vo=（R8+R7+R8）I
=（1+）Vi，
则Avf=1+
放大电路与ICL7107的连线示意图如下：
RP3
A1
∞
A2
∞
R8=30K
R8=30K
R7=
5.1K
5V
IN-
IN+
Vref+
Vref-
COM
Rp2
1M
V+
（2）所用芯片：
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。
在设计系统时，为了更好利用AT89S52的资源，系统扩展了电子日历时钟与温度检测模块，系统可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源、时钟、温度检测和语言报数六大部分。
最小系统部分主要包括AT89S52和经典复位电路；数据采集部分由称重传感器、信号放大和A/D转换部分组成，信号放大和A/D转换部分主要由专用型高精度24位AD转换芯片HX711实现；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和太阳人公司的1602液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示数据；系统电源以外接9V电源和板上电源电路为核心设计电路以提供系统正常工作电源；时钟模块主要由时钟芯片DS1302和时钟电路组成；温度检测主要由DS18B20实现；语音报数模块可语音报读时间和电子秤系统的重量、单价、金额等语音内容，主要由SC1010B实现。
软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。
该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg）,并扩展了时钟、温度检测和语音报数的功能，时钟模块还可设置闹钟功能。
系统在称量时还具有超量程报警功能。
整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。
本设计就是为了制作这样一种多功能电子秤，它以单片机为核心在实际使用时达到以下要求：
1.电子秤称重范围：
0～5㎏；重量误差不大于0.005㎏；
2.液晶显示：
所称物体重量、输入物品单价、金额、时钟、温度、闹钟等；
3.语音报数：
所称物体重量、输入物品单价、金额，另扩展报时功能等；
4.时钟：
年月日、时分秒、星期、闹钟；
5.温度：
所检测到的温度（保留小数点后两位小数）。
本设计的控制功能包括基本的称重功能，显示功能，设置时间日期和设定闹钟功能，还具有超重报警功能。
由于系统资源丰富，还可以方便的拓展其他应用。
特色与创新
1.使用单片机为控制核心，大大简化了系统的组成构造，且单片机可拓展性强，可以很方便的对系统进行拓展和应用。
2.使用键盘输入数据，操作简单，方便。
3.液晶显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的单价，金额。
4.具有去皮功能和重量累加计算功能。
5.当物品重量超过电子秤量程，即过载情况，具有超重报警功能。
6.时钟功能。
7.温度检测功能。
8.语音报数功能。
电子秤键盘面板：
789去皮
456置零
123累计
0语音重报清除计算
电子日历时钟键盘面板：
设置＋—显示状态
语音报时
独立按键S17与S18：
S17为时钟按键：
按下后由电子秤显示转换为时钟显示。
S18为电子秤按键：
按下后由时钟显示转换为电子秤显示。
语音报数采用了电子秤专业的语音芯片SC1010B
RP3
R1
R2
R3
R4
R5
R6
RP1
E
1
2
3
4
5
6
7
8
LM358
5.1K
30K
30K
RP2
1M
5
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