雷竞技RAYBET官网长安大学电子配料秤课设《电子技术》课程设计报告题目电子配料秤设计学院（部）专业班级学生姓名学号12月19日至12月30日共2周指导教师（签字）题目：电子配料秤的设计摘要电子配料秤的主要功能是用电子电路实现物料重量的计算，所以首先应将物料重量(非电量)转换成电量。被称物料可通过支撑料斗的负重传感器(传感器将重力转换为电压或电流的模拟讯号，经放大器及滤波处理后由处理器转换为数字讯号)，实现将重量信号转换成电信号，电量数值大小与物料的重量成比例。根据预先设定的配料重量，确定基准电压(类似于天平的砝码，比较器的参考电压来自于基准源电路的采样电压)，其值大小可以调节。再将表示物料重量的电信号与基准电压进行比较，其比较结果(输出状态)来控制执行机构完成预定的动作。电子配料称是一种将配料的重量信号转换为电子技术中易于测量的电信号，建立起重量和电压之间的关系，由于称重传感器感应出来的电压比较小，无法满足AD转换器对高低电平的要求，应把称重传感器的感应电压进行放大，为了能让电子配料称到达设定重量自动停止加料，可以采用电压比较器和继电器的配合，当经过放大的电压达到额定重量所对应的电压时，通过继电器让执行机构的供电线路断开，从而达到自动停止加料的目的。同时把放大电路的输出信号通过ＡＤ转换器转换成数字信号后在七段数码管显示出物料的重量。我们的设计共分六大个的模块、称重传感模块、放大模块、模数（A/D）转换模块、预置数模块比较模块、LED显示模块关键字：称重传感器放大电路数模（A/D）转换比较器LED显示技术要求：1.配料称重范围10Kg～500Kg；2.配料设定重量连续可调，到达设定重量自动停止加料；3.配料重量的自动显示；4.配料精度优于1％。一、系统总述：方案一：主要是使用我们现在所学过的知识，利用数模结合。其电路构成主要有应变式传感器电路，集成放大电路，模数转换电路，预置数电路，比较器电路。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，再将模拟信号放大传送。其次，由A/D转换器(1)将集成放大器电路传出的信号进行进行模数转换，直接接显示器输出，再者用由三个比例器构成的比较电路将集成放大信号的模拟输出信号与预设的信号进行一定比较从而对加料口进行控制。方案二：该方案主要部分和方案一差不多，但为了能更多的用到数电知识从而更好的掌握数电知识，即可以再用一个A/D转换电路将集成放大电路的模拟输出转换成8位二进制数字信号，再与预设的信号比较，此时的预设信号为电压值可将其通过查表（下表）转换成8位的二进制数，再与放大电路转换的二进制数字信号经比较电路比较从而对加料口进行控制。很明显这样比较麻烦。转换规则U=M*0.04mV/Kg（公式1）），可将其通过ad0804的编码规则查表，表格如下：方案三：该方案与上述方案大体一致，只是在比较电路这个模块再做进一步的改善，即为了进一步使该系统更加智能及自动化，可使预置信号也经过一个A/D（3）转换器直接转换成二进制数字信号，与集成放大器输出转换的二进制数字信号比较从而对加料口进行控制，而不用去查表，这样可使系统更加自动。通过对以上三种方案的分析，我们决定们采用第三种方案实现电子配料秤的功能，采用第三种可以在我我们现在所掌握的知识基础上完成，既是对我们知识掌握与运用的考察，更是对我们团队合作的一种很好的锻炼，而且第三种方案比较智能，是个不错的选择。二、单元电路设计：㈠选定的方案结构图：控制加料开关（二）．设计的具体过程:1、传感器的选择由设计要求可知本设计采用力学传感器，而力学传感器又可分为压阻式压力传感器、压电式力传感器和膜片式电容传感器。数字输出信号与的预置信号比较电路压阻式压力传感器集成放大电路A/D转换（2）差放输出A/D转换（3）预置信号A/D转换电路（1）数码显示管压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。膜片式电容式传感器负载能力差，寄生电容影响大，输出特性曲线非线性，但是本设计要求重量和电压要具有线性关系。压阻式压力传感器的表面积与截面积之比大，散热条件好，能承受较大电流和较高电压雷竞技RAYBET，因而输出灵敏度高，并可制成各种需要的形状，便于大批量生产，而且电阻应变式压力传感器与传统压力传感器相比，具有具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好及使用方便、应力应变线性度好、重复性好、回差小、蠕变小等优点。综合以上各种传感器的优缺点以及经济效益和设计需求，我们选择应变式力传感器。1.1压阻式传感器的组成以及原理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。传感器框架图如图1.1所示：图1.1传感器框架图弹性敏感元件感受被测量，产生形变，在表面形成应变，粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片随即产生应变，其阻值也相应发生变换。下面两个图分别是压阻式传感器的外形图和金属丝应变片的结构图：图1.2桥式压阻式压力传感图1.3金属丝式应变片器外形图的结构图压阻式压力传感器的工作原理图如图2.4所示图1.4压阻式压力传感器的工作原理激励电压: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℃ 压阻式压力传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电 阻变化的元件。电子配料称的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。一般来说，传感器的灵敏度 为2mV/Kg,而它的激励电压一般为10V，所以传感器输出电压最大为 Umax=K*Es(其中k 为灵敏度，Es 为激励源电压)。故输出电压范围为0～20mV， 而电子配料称的量程为10～500Kg，经查资料知：输出电压与重量的线mV/Kg，即： U=M*0.04 mV/Kg（公式1） 所以应变式电阻传感器的重量和电压之间的线 所示： 重量（Kg） 10 100 150 „ 250 „ 500.0 输出电压 （mV） 0.4 4 6 „ 10 „ 20.0 表1 传感器重量和电压线 mV/Kg 传感器安装示意图 2、集成放大电路： （1）在这里，使用OP07 芯片组成比例器，简单叙述一下关于此芯片： op07的功能介绍：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25μ V）， 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。 特点： 超低偏移： 150μ V 最大 。 低输入偏置电流： 1.8nA 。 低失调电压漂移： 0.5μ V/℃ 。 超稳定，时间： 2μ V/month 最大 高电源电压范围： ±3V 至±22V 工作电源电压范围是±3V~±18V；OP07 完全可以用单电源供电， 用单＋5V 也 可以供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在 1/2 VCC. 建议电源最 好

　　8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心，就充顶饱和了。 一般用+12V，-12V 双电源供电。 图1 OP07外型图片 图2 OP07 管脚图 OP07芯片引脚功能说明： 1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接 电源+ （2）同相比例器：模型如下图所示，经分析，其输出输入表达式为： u0=(1+R2/R1)*ui 反相比例器：模型如下图，经分析其输入输出关系为：u0=-R2/R1*ui 在这里，方法①可以用一个同相比例器和两个反相比例器组成一个放大系数是 100 的集成放大器，具体电路如下： 由公式u0=-（1+R2/R1）*(R4/R3)*[-(R8/R9)]=-(1+1/1)*(50/1)*(- 576/576)=100,故该电路的放大系数为100。 方法②也可以用两个反相比例器来完成，如下图： 由公式 u0=（-R2/R1）*(-R4/R5)=(5/1)*(20/1)=100,故其放大系数理论为 100。 比较这两种方法，虽然方法②仿真电路相对简单，但明显其误差相对方法① 大，故在这里我们组选用方法①. 3、A/D 转换电路的设计： A/D 转换模块分为三部分： （1）接数码管显示配料重量； （2）接比较器与预置数进行比较； （3）把预置重量信号转换成与测量信号同比例下的二进制数。 3.1 A/D 转换器分类 A/D 转换器的功能是在规定时间内把模拟信号在时刻 t 的幅度值（电压值） 转换为一个相应的数字量。一般的A/D 转换过程需要经过采样、保持、量化和 编码这四个步骤来完成。A/D 转换器总类很多，按工作原理不同分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。直接比较器具有较快的转换速度，典型电路有并行 比较型A/D 转换器和逐次渐近型A/D 转换器。间接A/D 转换器速度较慢，典型 电路有双积分型A/D 转换器、电压频率型A/D 转换器。 双积分式A/D 转换器 双积分式A/D 转换器又称双斜率A/D 转换器。改类型转换器以其转换精度 高、灵敏度高、抗干扰能力强、工作性能稳定、造价低等突出优点而被广泛应 用于各类数字仪表和低速数据采集系统中。这类转换器的输出数据常以BCD 码 或数码管七段码格式输出，以便与数字显示器件接口。 3.2 A/D 转换一（接显示部分） 在一个电子秤系统最重要的参数是内部分辨率、ADC 动态范围、无噪声分 辨率、更新速率、系统增益和增益误差漂移。该系统必须设计成比率工作方式， 所以它与电源电压波动无关。该设计中我们可以采用双积分式A/D 转换器。但