基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计

课程设计报告设计题目基于霍尔式传感器的电子秤指导老师摘要科学技术的发展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤有很大局限性。这些电子秤体积大、成本高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携秤又大都采用杆式秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤等，其计量误差大，又容易损坏。杆式秤和弹簧秤等计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。关键词：CSY传感器实验仪；电子秤；霍尔式传感器；差动放大器目录第一章绪论.....................................................11.1电子秤概述..................................................11.1.1电子秤的发展...........................................11.2电子秤的组成................................................21.2.1电子秤的基本结构.......................................21.2.2电子秤的基本工作原理...................................2第二章电子秤设计的目的意义及设计任务与要求................42.1电子秤设计目的..............................................42.2此课程在教学计划中的地位和作用..............................42.3电子秤设计任务与要求........................................42.3.1设计任务...............................................42.3.2设计要求...............................................4第三章电子秤总体设计方案.....................................53.1电子秤设计思想..............................................53.2各电路单元或部件选择.........................................63.2.1直流稳压电源的选择.....................................63.2.2电桥平衡网络的选择.....................................63.2.3称重传感器的选择.......................................63.2.4差动放大器的选择.......................................93.2.5F/V表的选择...........................................93.3最终方案的确定.............................................10第四章硬件设计................................................114.1硬件设计概要...............................................114.1.1硬件电路设计原理说明及电路图..........................114.1.2硬件电路设计的步骤....................................124.2所用到的单元或部件及其各自说明.............................134.2.1单元或部件列表........................................134.2.2直流稳压电源简介......................................134.2.3电桥平衡网络简介......................................144.2.4霍尔式传感器简介......................................144.2.4.1霍尔传感器概述..................................144.2.4.2霍尔传感器工作原理..............................144.2.4.3霍尔传感器型号分类..............................164.2.4.4霍尔传感器的主要特性参数........................174.2.4.5霍尔传感器电磁特性..............................184.2.4.6霍尔传感器的基本驱动电路........................194.2.5差动放大器简介........................................194.2.6F/V表功能简介........................................19第五章系统调试与使用.........................................205.1系统调试...................................................205.2使用说明...................................................21第六章收获、体会...............................................21参考文献..........................................错误!未定义书签。鸣谢...............................................错误!未定义书签。1第一章绪论1.1电子秤概述1.1.1电子秤的发展称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性，伴随着高科技的发展，电子秤的功能将会日趋完善。1.1.2电子秤的分类1.按原理分:电子秤、机械秤、机电结合秤；2.按功能分：计数秤、计价秤、计重秤；3.按用途分：工业秤、商业秤、特种秤；4.按放置位置分：1)桌面秤：指全称量在30Kg以下的电子秤；2)台秤：指全称量在30-300Kg以内的电子秤；23)地磅：指全称量在300Kg以上的电子秤；1.2电子秤的组成1.2.1电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成：1.承重传力复位系统；它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。2.称重传感器；即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。3.测量显示和数据输出的载荷测量装置；即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。1.2.2电子秤的基本工作原理当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，3传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。需要指出的是，由于本实验中没有用到单片机的有关知识，而直接使用CSY传感器实验仪，故经放大电路放大的信号直接进入F/V表，从而直接得出物体重量与输出电压值的关系，继而计算出灵敏度。4第二章电子秤设计目的意义及设计任务与要求2.1电子秤设计目的意义本次设计旨在让学生在熟悉掌握《传感器技术》的基础上，通过设计电子秤进一步加深对传感器技术的了解；并熟练掌握CSY传感器试验仪的操作方法；在不断的创新尝试中了解比较设计电子秤的四种基本方法：交流全桥、差动变压器（互感式）、电涡流传感器、霍尔传感器。此次设计中主要利用霍尔式传感器的直流激励特性设计电子秤，在设计中主要了解霍尔式传感器的原理与特性、霍尔式传感器在静态测量中的应用。2.2此课程在教学计划中的地位和作用此次科研训练涉及到《传感器技术》这门课程，因此通过此次科研训练可以使学生充分了解传感器的知识，为后续学好《传感器技术》打下良好的基础。且《传感器技术》是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，主要讲授传感技术的整体概念和常见物理量传感器的机理、构成、测量电路和应用方法，并结合实验操作环节，增强对常见传感器的原理、结构的理解和认识，掌握传感器的应用方法，也为后继课程如《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等准备必要知识。2.3电子秤设计任务与要求2.3.1电子秤设计任务设计并制作一个可以称量物体的电子秤。2.3.2电子秤设计要求1)可以测量0-200克的物体；2)精度为1克；3)计算出灵敏度，将电压表示数与物体重量相对应。5第三章电子秤总体设计方案3.1电子秤设计思想设计电子秤，可以通过构造电路将物体质量和指示表中数据一一对应，即使两者呈一定的线性关系；而建