电子配料秤的数电课设(无封面)我们有：ΔR = ΔρL/S ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R = Δρ/ρ ΔL/L – ΔS/S （2—3） 另外，我们知道导线的横截面积 S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （2—4） 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ 是 表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4） （2—5）代入（2--3） ，有 ΔR/R = Δρ/ρ ΔL/L 2μΔL/L = （1 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L） ）*ΔL/L = K *ΔL/L （2--6）其中 K = 1 2μ （Δρ/ρ）/（ΔL/L） （２--７） 式（2--6） ）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间 的关系。 需要说明的是：灵敏度系数 K 值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应 变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的 K 值一般在 1.7—3.6 之间；其次 K 值是一个无因次量，即 它没有量纲。在材料力学中 ΔL/L 称作为应变，记作 ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便，常 常把它的百万分之一作为单位，记作 με。这样，式（２--６）常写作:ΔR/R = Kε (2—8)

　　此次的电子秤的课程设计主要关键点在传感器、A/D 转换显示以及二进制转换后，实测数据和预 置数据之间的比较，所以我们开始就这几个关键点做出了几个方案，并加以论证，分析筛选。

　　将传感器传过来的电压信号通过运算放大器放大，输入到 ICL7107 再接 LED 显示，将模拟信号 直接转换为数字信号输出四位十进制，与预置数在比较环节（四片级联的 74LS58）重进行比较，得到 一个高电平或者低电平控制继电器从而控制加料阀门的开闭。

　　要使整个电路能正常工作是离不开直流电源的供电的，在我们的这个电路中称重传感模块雷竞技RAYBETapp官网、模数 （A / D）转换模块、13 位 2 进制-10 进制转换校准模块、预置数模块、比较模块都需要提供直流电压， 其中模数（A / D）转换模块需要 6.5V 直流电压，其他的模块需要 5.0V 直流电压。获得直流电源的方 法很多，如干电池，蓄电池，直流发电机等，在实际中一般采用的是对交流电源经过变换而得的直流 电源

　　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％。

　　根据设计要求，我们设计的电子秤需要称量精确到 0.1Kg；应现实生产车间环境要求，只有 220V 交流电压， 而我们许多环节需要 5V 直流电压， 于是我们需要取 220V 交流电压做一个直流稳压电源输 出 5V 直流电压；预置数输入需要直观和人性化，我们要做到输入十进制数然后转换为 8421BCD 码 LED 同步输出。比较模块的输出要控制加料阀门，所以还需要一个继电器。

　　图示是放大器 INA105_CMP 组合的系列集成稳压器输出固定电压的稳压电路。 我们设计的该稳压 直流恒流电源具有可调节输出电流大小和电压大小的功能，可提供电子配料秤中所有使用电源的器 件。 输入端为克服整流电路的的缺点，变压器还只是采用只有一个副边的线圈，来实现全波整流。为 此我们的电路中用图中所示的单相桥式整流电路。此电路中用了四个二极管，相互连接成电桥形式， 从而输出的电压的直流成分比较高，输出波形的脉动比较小；二极管承受的最大反向电压较低，即对 管子参数的要求降低了；而且电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器的利用率得到 了提高。 在桥式整流电路后面是电感 C2 和 R2 组成的 RC 滤波电路， 经过滤波之后， 输出直流电压增大了， 同时它的脉动成分也得到了降低，并且这些变化与放电常数 RɩC 有关，RɩC 越大，电容放电速率越慢， 负载上的平均电压越大，负载电压中的纹波成分越少，而且电筒滤波的输出直流电压是随着输出电流 的变化的变化而变化的。 三极管 Q1 是以射极输出器形式连接的，在电路中起调节的作用，称为调整管。Q1 跨接在直流输 入电压的和负载之间，整流滤波电路的输出电压（即直流输入电流）作为它的直流电源，其工作点设 置在放大区。而放大器的作用是将稳压电源输出电压的变化量先放大，再送到调整管的基极。这样只 要输出电压有一微小的变化，就会引起调整管 Q1 的管压降产生较大的变化，从而提高了稳压效果， 而且放大倍数越大，输出电压的稳定性就越高。

　　我们分析需要四个 LED 灯分 别输出百位、十位、个位、十分位，外加一个小数点。要求重量连续可 调，达到预定重量自动停止加料，为满足这一要求，我们的预置数要可直接输入并显示出来，LED 部 分与称量显示对应，还需要一个比较模块，比较结果输出来控制加料阀门开关。

　　将传感器传过来的电压信号通过运算放大器放大，输入 ADC16 进行数模转换，受精度要求限制， 经计算需要取 ADC16 的 13 位，即输出 13 位 2 进制数，用 ROM 或者单片机或其他方式转换成 4 位 10 进制数，再与预置数在比较环节（四片级联的 74LS58）重进行比较，得到一个高电平或者低电平 控制继电器从而控制加料阀门的开闭。 称重显示环节是将 ROM 或者单片机转换后的 4 位 10 进制数直 接接 LED 输出。

　　弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对 外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区） ，使粘贴在此区的电 阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。 我们选择悬臂梁式力传感器 如图所示，当力 F 作用在弹性悬臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上 应变大小相等，极性相反，若分别粘贴应变片 R1、R4 和 R2、R3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电 压 Uo 与力 F 成正比。

　　在现代工业生产中， 电子配料秤有着非常广泛的应用， 它适于用自动化技术控制生产 过程,采用高精度的传感器，响应速度快、分辨率高。 本次课题我们所涉及到的电子配料秤的设计， 在日常生活中可用于工厂车间的重物称 量，外接一个可控制加料阀门，阀门打开均匀加料，电子配料秤开始称量，达到设定重量 后即可自动停止加料。称量范围是 10KG 到 500KG 的物体，精度为 0.1KG。 我们将课程设计共分六大个的模块：电源模块(提供 5V 直流电压)、称重传感模块、 放大模块、模数（A / D）转换及显示模块、预置数模块、数字比较模块。 本电路应用压敏电阻构成秤重电桥来采集电压的微小变化（mV 级） ，输入到 A/D 转换 芯片 ADC16，将输入的模拟电压信号转换成数字脉冲信号再校准为重量用 LED 输出，然后 把 LED 的输入端接到比较模块与预置数 （重量） 进行比较得到一个高低电平接到继电器控 制加料阀门的开关，从而达到自动控制加料的要求。

　　电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的 一个重要参数是灵敏系数 K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为 L，横截面是半径为 r 的圆形，其面积记作 S，其电阻率记作 ρ， 这种材料的泊松系数是 μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为 R：R = ρL/S（Ω） （2—1） 当他的两端受 F 力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。 设其伸长 ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少 Δr。此外，还可用实验证明，此金属 电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作 Δρ。 对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。

　　在传感器获取称重数据时， 将所选用的传感器满足增加 0.05KG 电压输出改变 0.1MV， 输入 ADC16

　　进行数模转换，受精度要求限制，经计算需要取 ADC16 的 13 位，并且通过改变 ADC16 的比较电压 VREF 让其满足 VIN 每增加 0.1MV 输出加 01， 这样每增加 0.1kg 电压改变 0.2MV， ADC16 输出的最低位 D0，从 0 到 1 再到 0，提供一个下降沿，送去 74LS160N 的 CP 口，这样，74LS160N 的 计多少数就是有多少个 0.1KG。从而省去了 13 位 2 进制数转换成 4 位 10 进制数和校准的复杂环节。 将得到的数字信号再与预置数在比较环节（四片级联的 74LS58）重进行比较，得到一个高电平或者低 电平控制继电器从而控制加料阀门的开闭

　　电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹 性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片引变形后，它的阻 值将发生变化（增大或减小） ，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流） ，从 而完成了将外力变换为电信号的过程。 此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。 传感器框架图如图 2.1 所示：

　　小功率直流稳压电源是由电源变压器、 整流、 滤波和稳压电路 4 部分组成的， 其组成框图如图 2.1.1 所示。工作的过程是：先由电源变压器将电网电源提供的 220V 交流电压变换成所需要的电压值，然 后通过整流电路将交流电压转变成单方向脉动的直流电压。单方向脉动的直流电压中有较大的波纹， 需要经过滤波器加以滤除，才能得到比较平滑的直流电压。但是该直流电压还会随着电网电压的波动 （一般为 左右的波动） 、负载和温度的变化而变化，为此还应有稳压电路来维持输出直流电压恒

　　方案一的优点是可控制性好，所用的 ROM,ICL7107，集成度高，用起来也方便，问题是 multisim 找不到这些芯片，仿真不了。而且课设要求是用我们所学的数字电路知识，运用简单数字芯片进行设 计，单片机需要编写程序进行数据处理，故我们不采用。 方案二设计合理，但是再 2-10 进制转换上有很大问题，在 MULTISIM 里去构建一个我们所需的 ROM 型号对我们来说实在很难，同时使用单片机也是超出了我们的学习范围。所以次方法我们不采 用。 方案三相对前两种方案要简单许多，我们对重量-电压量-二进制数之间的对应关系做文章，使整 个电路简单化，在不影响电子配料秤功能的前提下设计出了一个在我们能力范围内的电路。所以我们 决定采用方案三。 1.4 总体设计方案框图及分析

　　方案一： 单相半波整流电路： 单相半波整流简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波 或者只要 下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电 压的脉动较大，无 滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率 低。 方案二： 单相全波整流电路： 使用的整流器件较半波整流时多一倍，整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波 电路时的 输出电压 Vo=0.9Vi，变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组需中心抽 头。整流器件所承受 的反向电压较高。 方案三： 单相桥式整流电路： 使用的整流器件较全波整流时多一倍， 整流电压脉动与全波整流相同， 每个器件所承受 的反向 电压为电源电压峰值，变压器利用率较全波整流电路高。