电子秤设计报告

设计报告实验名称：电子称设计院（系）：专业：姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2016年12月02日评定成绩：审阅教师：2目录1设计要求······················································32设计原理······················································33系统框图······················································34具体设计······················································44.1称重传感器·······················································44.2放大电路和量程切换···············································54.3A/D转换··························································74.4显示器···························································85实验小结······················································931设计要求试设计10μg~10kg电子称，数字显示，精度为0.1%。2设计原理数字电子称通过传感器将被测物体的重量转换成模拟的电压信号，较小的电压信号通过应用放大系统进行准确、线性的放大，以满足模数转换器对输入信号电平的要求。放大电路采用三运放数据放大器。仪表用放大器具备足够大的放大倍数、高输入电阻和高共模抑制比的特点。放大后的模拟电压信号经过模数转换电路变成数字量，模数转换电路采用模数转换芯片CC7107实现。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，显示电路采用四块分立的七段LED显示电路进行显示。本设计中通过改变放大电路的增益，从而达到转换量程的目的。由于被测物体的重量相差较大，根据不同的测重范围要求，需对量程进行切换。3系统框图图1电子称设计框图（1）利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物体的重量信号；（2）由放大器电路把传感器输出的微弱电压信号进行一定倍数的放大，放大后的电压信号送到模数转换电路中；（3）由模数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；（4）由显示电路显示数据。44具体设计4.1称重传感器4.1.1设计原理图2电阻应变式桥式测量电路R1、R2、R3、R4为4个应变片电阻，且R1=R2=R3=R4=R，组成桥式测量电路，Rm为温度补偿电阻，e为激励电压，V为输出电压。在外力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，∆R1、∆R3正值，R2、R4被压缩，阻值减小，∆R2、∆R4为负值，且应变片阻值变化的绝对值相同。故电桥的输出电压为：V=Kεe其中K为应变片灵敏系数，ε为应变量，且Kε=∆RR，∆R是电阻变化值。系统灵敏度S=Ve=Kε。4.1.2电路设计5图3仿真原理图图3是电阻应变式桥式测量电路仿真原理图，电源电压选择12V，电路输出电压范围是0~12V。设计要求测量范围是10μg~10kg，经过称重传感器之后得到的电信号范围10−8~10V满足设计要求。4.2放大电路和量程切换4.2.1设计原理图5AD623原理图V112VXMM12200ΩKey=A50%R1200ΩKey=A50%R3200ΩKey=A50%R2200ΩKey=A50%6图3是单电源仪表放大器AD623结构原理图，2脚和3脚为输入端，1脚和8脚为增益输入端，4脚和7脚为电源供电端。5脚是基准电压，6脚是输出电压。输出电压：VO=(1+100KΩRG)Vin图6基本运算放大器输入输出关系：VOUT=−R2R1×Vi4.2.2电路设计设计中采用三级放大，前两级用基本运算放大器，最后一级用单电源仪表放大器AD623。对AD623采用单电源+12V供电，利用单片机先判断输入电平的量级，通过通道选择开关控制前级放大器的增益系数。输入电压/v10−8~10−710−7~10−610−6~10−510−5~10−410−4~10−3增益系数100×100×1000100×1000×1001000×10001000×100100×100输出电压/v1~101~101~101~101~10导通开关S1’2，S2’1，S3’2，S4’4S1’2，S2’1，S3’2，S4’3S1’3，S2’3，S3’2，S4’4S1’3，S2’2，S3’2，S4’3S1’3，S2’3，S3’2，S4’37输入电压/v10−3~10−210−2~0.10.1~11~10增益系数1000100101输出电压/v1~101~101~101~10导通开关S1’1，S3’1，S4’4S1’1，S3’1，S4’3S1’1，S3’1，S4’2S1’1，S3’1，S4’1表1增益自动切换图6电路原理图4.3A/D转换将经过放大器放大后的模拟信号转换为数字信号，可选用ICL7107A/D转换器。R6100kΩS4VCC12VU4AD623AN32476851R110kΩR21kΩR3100ΩU1ALM324AD321141R4100kΩR5100ΩVCC12VVEE-12VS1U3ALM324AD321141R7100kΩR81kΩVCC12VVEE-12VS3UIS2R91KΩUO8图3转换原理图4.4显示器图4数码管显示电路95实验小结通过本次电子称设计实验，我对电子称的整个系统构建有了深刻的认识，理解了各个组成模块的工作原理和作用，学习到很多集成芯片的用法，将以前学过的数字电路、模拟电路和检测技术的知识综合了起来，锻炼了自己整合知识、应用multisim等软件、查询资料的能力，整个设计过程对我来说有点难度，虽然最后基本实现了设计要求，但是仍然有很多不足和没有理解的地方。对于很小的测量量时，放大倍数需要特别大，我采用的是多级放大器实现的方法，但是仿真结果误差很大，不能很好的达到目标要求。另外设计过程中用到的ICL7107芯片第一次接触到，比较复杂，希望在以后的学习过程中能够更加熟悉并掌握它的用法。关于单片机部分，在目前的学习阶段我还没有接触过，尝试进行学习设计算法，但是时间有限，没有能够实现，相信通过以后的课程学习能够弥补这个遗憾。