电子秤设计

传　感器　课程设　计小量程电子秤 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 学校：河海大学　　　　　　　　　　　专业：应用物理学　　　　　　　　姓名:季庚午　　　　　　　　　　　　　学号:0810020116　　　　　　　　　　　指导老师：丁万平Ⅰ、总体设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 本设计由以下几部分组成:电阻应变传感器、信号放大器、模数转换、单片机、显示器。其结构图如下所示。由电阻应变式传感器感受被测物体的质量,通过电桥输出电压信号,通过放大电路将输出信号放大，而后送入A／D转换单元进行模数转换，将转换后的数字信号送给单片机;单片机接收数据后,对数据进行处理，将其转换为对应的重量信息，送LED显示模块进行显示。单片机同时也可以进行去皮调零操作。Ⅱ、硬件电路设计ﻩ一、传感器选择1、传感器型号:WＴＰ616平行梁式称重（测力)传感器；2、产品特点及结构:主要适用于口袋称，手掌称等电子称重；3、主要技术参数:额定载荷（Kｇ）:500ｇ;ﻩﻩﻩ　　绝缘电阻(M）>=2００0(1０0VDC)精度等级:C3;ﻩﻩﻩﻩ激励电压(V)5~10DC综合误差：(%F.Ｓ)0.0５;　　　　温度补偿范围（℃）-１0~+4０灵敏度（mＶ／Ｖ）０.7+-０．1ﻩﻩﻩ使用温度范围（℃)-２0~+５0非线性(%F.S)：0．０5;ﻩﻩ　零点温度影响（%Ｆ．S/10℃）0.2滞后（%F.S)：0.05;ﻩﻩﻩ灵敏度温度影响(%Ｆ.Ｓ/10℃)0.1５重复性(%Ｆ．S):0.0５；ﻩﻩﻩﻩ　安全过载范围（%Ｆ.Ｓ）　１5０蠕变（％F．S/30mｉｎ):０.0５;ﻩﻩ极限过载范围(％F．S）零点输出（%F.S):＋-1;ﻩﻩﻩ　　输出阻抗（）:１000+－５0输入阻抗():１000　50ﻩﻩﻩﻩ电缆线:四芯屏蔽电缆４、接线 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 :输入（电源）+:红色；输入(电源)—:黑色；输出(信号)+:绿色；输出(信号）—:白色5、实物图:图Ⅱ.1.1：WTP616实物图6、传感器设计电路:6.1、检测电路设计:传感器电路采用惠根斯等臂电桥，即,构成差动式电路,提高线性度和灵敏度。R1~R4都接应变片WＴP616,Ｒ1和R３接成工作片,Ｒ2和Ｒ3接成补偿片，其中ε是应变，U是输入电压,K是灵敏度。通过调节电阻可以实现输出调零。图Ⅱ.1．２惠根斯电桥电路6.2、检测电路处理：惠根斯电桥输出的电压ＵO后面紧接着接滤波电路和电压跟随器如图(图Ⅱ.１.2）所示,电阻Ｒ1　、R２电容C1、C2用于滤除前级的噪声,C1　、　C2　为普通小电容，可以滤除高频干扰。图Ⅱ．１.２滤波电路和电压跟随器电路二、稳压电源的设计：ﻩ稳压电路在设计中具有很重要的作用，在本设计中我采用三端集成稳压芯片7805，资料图如下所示。内含过流、过热和过载保护电路。78０5输出电压典型值是5Ｖ，在一定温度条件下电压输出比较稳定,如图２.2所示。设计稳压源5V的电路如图2.3所示；因为oｐ07是使用正负电源５伏,＋５伏使用7805,－5伏使用7９０5,电路结构与7805的结构一样。图Ⅱ.２．１：7805封装图图Ⅱ.2.2：７８05的典型输出电压参数图Ⅱ.2.3：5V稳压源仿真图三、放大电路的设计:　由于传感器输出的信号比较微弱,必须通过一个放大器对其进行放大,才能满足单片机A/D转换器对输入信号电平的要求。放大电路要把3．５ｍV的电压放大到５Ｖ,放大倍数比较大,所以采用二级放大。放大电路的芯片采用Op07,如图Ⅱ.3.1所示,Ｏp０7芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP0７A最大为２5μV),所以ＯP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OＰ07同时具有输入偏置电流低（OP07Ａ为±２ｎA)和开环增益高(对于OP０7Ａ为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OＰ07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。图Ⅱ.３．1Op07引脚图1、前级放大电路设计:前级放大电路采用应用比较广泛的由三个运放组成的通用放大电路,电路中三个运放都接成比例运放的形式,整个电路又包括两个放大级，U1和U2组成第一级，二者均为同相输入方式,而且输入电阻较高。由于电路对称，因此漂移可以相互抵消。而且差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点．第二级为U3,是差分输入方式，将差分输入转换为单端输出,在本电路中要求参数对称,即R４＝R5,Ｒ6＝R7,Ｒ8=R９。经过计算可得,,所以差分的输入为，而,由此可知，只要调节Ｒ3阻值的大小，就可以调节整个放大电路的放大倍数。在实际电路中，参数选择如下图(图Ⅱ.３.2）所示，最终前级输出电压是-４60.0３1mV。图Ⅱ.3.２前级放大电路仿真图2、二级放大电路接反相比例运放电路由于前级放大的输出是负的电压，所以二级放大电路选择反相比例运放,根据理论可知,将前级输出放大11背可得到５Ｖ的电压，所以计算得参数如图所示（图Ⅱ.３.3)图Ⅱ.３．3二级放大电路仿真图Ⅲ、软件设计1、单片机介绍:本课程设计采用ＡVR系列单片机Ｍega１6（图Ⅲ.1.1）,ATmeｇa16是AVR系列单片机中的主流品种，具有很高的性价比，其主要特点有:（1)采用先进ＲISC结构的AVR内核1.　高性能、低功耗的8位单片机；　２．　１３１条机器指令-大多数指令的执行时间为单个系统时钟周期;3.　3２个8位通用工作寄存器;４．全静态工作;　5．工作在16ＭHz时具有16MＩPＳ的性能；6．只需要２个时钟周期的硬件乘法器;　（２)片内非易失性的程序存储器和数据存储器1．１６K字节可IＳP编程的Fｌash程序存储器,擦除寿命达1万次;　2.1K字节的片内静态数据存储器（SRAM）；3．512个字节片内EEPRＯＭ数据存储器（寿命>10万次）；（3)丰富的外围接口１.　２个带有分别独立、可设置预分频器的8位定时器/计数器;2.1个带有可设置预分频器、具有比较、捕捉功能的16位定时器/计数器;3.　片内含独立振荡器的实时时钟ＲTC；4.4路PＷＭ通道；5.８路１０位AＤC6.　两线接口TWＩ（兼容Ｉ2C硬件接口）;　7.　1个可编程的增强型全双工的，支持同步/异步通信的串行接口USARＴ；８.１个可工作于主机／从机模式的SＰI串行接口(支持ＩＳP程序下载)；　９.　片内模拟比较器；　10.具有独立振荡器的看门狗定时器WDT;(4）宽电压、高速度、低功耗工作电压范围宽：AＴｍega１６L2.7—５.5ｖ，ATｍｅgａ164.5—5.5v;运行速度：AＴmega1６Ｌ0—8Ｍ,ATmega16０—16M；低功耗:ＡTｍeｇa16L工作在１ＭHz、3v、２5度时的典型功耗为，正常工作模式1.1mＡ，空闲工作模式　０．35mA,掉电工作模式＜1uA;图Ⅲ.１.1Meｇa1６原理图图算法设计：PA.０作为ＡD输入口,连接放大电路的输出，ＰC．0～PC.7作为LED数据输入口,ＰＡ.2~ＰA.7作为片选端口,系统采用外部4.0９６MHz的晶振。电路连线图如图所示（图Ⅲ.1．2)：第一步:初始化单片机，定义A、B、C、D个IＯ口的方向和初值;第二步：初始化TIＭERＯ,采用内部时钟，６4分频，CTC模式;第三步：ADC初始化,在本程序中，ADC是最关键的模块,采用参考电压AＶCC,ADC0端口作为输入端口,选择T/ＣO比较匹配中断为ADC触发源,ADC时钟=１２5KHZ（32分频）;第四步：开中断,打开全局中断;对ＡDCSＲＡ设定，开启ＡＤC转换功能;第五步：编写各模块程序，包括ADC转换中断和ＴIMＥRO中断；算法提高设计:当重物放到托盘上的瞬间有冲量,力比较大，这是AＤ采样的电压值可能比较大，这个较大的电压值就是误差。解决办法:可以定义一个10位长度的数组，用于存放10次AD采样的值,去除其中的最大值和最小值,对剩下的8个数据取其平均,最后把这个平均值送到ＬED显示，可以达到去除抖动的目的。图Ⅲ．1．2单片机控制电路仿真图二、程序代码:#iｎcｌude＃inｃludeflashchar　leｄ_7[１0]＝{0x3f,0x06，0x5ｂ,0ｘ4ｆ,0x6６,0x６d，0x7d,0x07,０x7ｆ,0ｘ6f}；ｆlasｈｃharpoｓｉtion[4]={0ｘf８,0xｆ４,0xec,0ｘdc};ｕnsｉgnｅd　chardiｓ_buｆｆ[４]＝｛0,0,0,０},ｐosｉｔ=0;ｂｉt　timｅ_2ms_ｏk;/／ＡDC模数转换显示数据缓存函数voidadc_to_diｓｂuffer(unｓigｎeｄｉnｔ　adc）{　ｃhａri;　for（i=0;i<=3;i++)｛ｄｉs＿buff[ｉ］=ａdｃ%10;　ａdｃ/=１0;　}}//tｉmer0中断inｔｅrrｕｐt[ＴIM0_COMP]　voｉdtimｅｒ0_comｐ_isｒ(）{　ｔｉme＿２mｓ_ｏk＝1;}　//ＡDC转换中断inｔerｒupt[AＤC_ＩNT］void　adc_ｉsr()｛　　uｎｓigｎed　ｉntadｃ_dａｔa，ａｄc_v；　　ａdｃ_ｄata＝ADCW;//读取ADC转换结果adc_v＝(uｎsiｇnedlonｇ)adc_ｄaｔa*５000/１024;//转换成电压值　　　adｃ_tｏ_ｄｉsbuffeｒ(ａdc＿ｖ);／/产生dis_ｂufｆ[］中的值}void　ｄｉｓｐlay()//四位LED数码管动态扫描函数{　　for(posit=0;posit<=3;ｐosｉt+＋）　{PＯRTA｜＝0x０0;///／／///／/／/／/////／/／／///////////　　PORＴＣ=lｅd_7[dis_buｆf[pｏsｉt]]；　　PＯRＴA=posiｔｉon［posit］；　　if(ｐoｓｉt==3)　ＰORＴC|=0x8０;　delaｙ＿ms(2);　　PORTA=0xfe;　　　　　}｝vｏidmａｉn(){　　ＤDRＡ=0xｆe;　POＲTA=0x００;////／/／／////／/／／／//／///　DDRC=0xff；　　PORＴC=0x００；　　　　／/TＣ0初始化　TＣＣR0＝0x0b;//内部时钟，64分频，CTC模式　ＴCNＴ0=0x00;　　　　OCＲ０=０x7ｃ；　　TIMSK＝0ｘ02；　//允许T/Ｃ０比较中断　　//ADＣ初始化　　ＡＤMＵＸ＝0x40；　　//参考电压AＶcc\ＡDC0单端输入　　SＦIOR&=0x1f;　　　　ＳFIＯＲ|=0x60;／/选择T／CＯ比较匹配中断为AＤC触发源　　　ＡDCSRA=0xad;／/ADC使能、自动触发转换、ADC转换中断允许,ADＣ时钟=125KHZ（32分频）　#asｍ(＂sｅi")ADCSRA|＝0x１０;　　whilｅ(１)　　{　　　　if(time_2ｍs_ok）　{　　　　ｄｉsｐlａy（);　　　　　　　　　ｔime_2ｍｓ_ｏk＝０；　　　　　　}　　　｝｝　3、去皮和调零在本设计中,去皮主要通过软件去皮,在使用前,将托盘放在传感器上面，测出此时的电压值，通过单片机的程序设置，在程序中使电压输出值，减去皮重。即在编写程序时就已经把皮重去了,这样做麻烦在于,如果更换托盘或者托盘上有杂物时就不能精确去皮了，所以要保持托盘洁净。而调零是通过应变传感器的电容调零。Ⅳ、参考资料1、模拟电子技术基础简明教程(第三版),杨素行，清华大学出版社2、传感器与信号调节(第二版),张伦译，清华大学出版社,２0033、传感器原理及应用（第三版）,王化祥,天津大学出版社,2007.24、AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践,马潮5、AVR系列单片机C语言编程与应用实例，金春林，邱慧芳,张皆喜,清华大学出版社，2０03单片机LED显示信号放大器应变传感器