电子秤的设计报告

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1、电子秤的设计报告学号： 1605111 班级：测控 111 姓名：1绪论手提电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成 成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格 便宜等优点。是家庭购物使用的首选。其电路构成主要有测 量电路，差动放大电路， A/D 转换，显示电路。其中测量电 路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传 感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各 种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感 器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求。 A/D 转换的作用是把模拟信 号转变成数字信号，进行模数转换

2、，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。#一、课题任务与要求1设计题目：便携式电子秤的设计报告2任务与要求：1）设计一个LED数码显示的便携式电子称。2）采用电阻应变式传感器。3）称重范围01.999KG。二、系统概述1.方案比较：1）设计方案一 系统框图： .系统设计思路、工作原理压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号。经过高精度差 动放大器放大后。输入给模数转换器，转化为数字信号，由该数字信 号控制编码器的编码，从而控制数码管显示。 该设计的优劣：a.优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。在整个系 统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能

3、够迅速 找到出现问题的模块。比较容易制作。b.缺点：使用的芯片较多，信号的噪声较大，且数码管与编码器的 电路比较繁杂，在实际焊接中容易出现问题。2）设计方案二 系统框图： .系统设计思路、工作原理：压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号。经过高精度差 动放大器放大后。输入给模数转换器，从而控制数码管显示。 该设计的优劣：a. 优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。在整个系 统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速 找到出现问题的模块。比较容易制作。b. 缺点：功能单一，仅能作为日常生活使用。不可有其他的功能扩 展。2方案比较在介绍每个方案时已经对每个方案的优劣进行

4、了阐述。以下再对 每种方案的突出特点进行比较。优点缺点方案一易于检杳模块较多，电路复杂 功能单一方案二易于检查功能单一模块最少，电路简单综述：对于方案一，它的电路连接与方案二相比较为复杂。且功能模 块也较多，没有方案二易于调试。成本也相对较高。这里也不采用。综上所述，这次试验我选择了实验二为最终的设计方案。 其流程如下：三单元电路设计与分析1.元器件清单表元件/集成块型号功能说明ICL7107ICL7107双积分A/D转换转换模-数信号Ri、R2、R3、R4（2kg称重传感器可代）E350- ZAA箔式电阻应变片传感器Rpi5K电位器RP2、Rp3电位器电源+5V、-5V直流电源电阻各阻值共1

5、3精密金属膜电阻块24k47k100k1k10k1m5k电容各容量共5块0.1u,0.47u0.22u110p0.02u积分电路中不能用瓷片电容差动放大器In a114ap数码管Lg5011bsr2、电子称工作原理当被称物体放置在电子秤的称台上时， 起重量便通过称体传递 给称重传感器，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（一般成正比关系）关系的电信号（电压或 电流），此信号经放大电路放大、滤波后传达给A/D转换器进行转换, 数字信号经一定的电路进行输出显示。由于本次课设我们使用的是硬 件电路，采用芯片ICL7107，这个芯片是3位半的ADC转换芯片， 一般的万

6、用表上使用的芯片，很经典的双积分 AD，带显示驱动，可 以直接把显示数码管与芯片连接进行显示，电路结构比使用单片机来 做简单得多，原理也清楚明了。3.测量电路：电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变 化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这 里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。 并应根据测量对 象的要求，恰当地选择精度和范围度。 （1）电阻应变式传感器的组成以及原理：电阻应变式传感器简称电阻应变计。 当将电阻应变计用特殊胶剂 粘在被测构件的表面上时， 则敏感元件将随构件一起变形， 其电阻值 也随之变化， 而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系

7、， 进而 通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。 通过应变计在构件上 的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机 械参数（2）电阻应变式传感器的测量电路：电阻应变片的电阻变化范围为 0.00050.1 欧姆。所以测量电路 应当能精确测量出很小的电阻变化， 在电阻应变传感器中做常用的是 桥式测量电路。 桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入 工作电压E,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，否则就有电压输出，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。 测 量电桥如图：7它由箔式电阻应变片电阻 R1

8、、R2、R3、R4组成测量电桥，测 量电桥的电源由稳压电源E供给。物体的重量不同，电桥不平衡程度不同，指针式电表指示的数值也不同。滑动式线性可变电阻器RP1作为物体重量弹性应变的传感器，组成零调整电路，当载荷为0时,调节RP1使数码显示屏显示零。4.差动放大电路：(1)原理：本次设计中，要求用一个放大电路，即差动放大电路，主要的元件就是差动放大器。在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个 模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。 仪表仪器放大器的选型很多

9、，我们这里使用一种用途非常广泛的放大 器，就是典型的差动放大器ina114aQ它只需高精度和几只电阻器， 即可构成性能优越的仪表用放大器。 广泛应用于工业自动控制、仪器 仪表、电气测量等数字采集的系统中。 本设计中差动放大电路结构图Vi2#I=V1R75V放大倍数的推导过程:Vo=(R8+R7+R8)I=(1 + 2R8)Vi , R7则 Avf=1+ 2R8R7放大电路与ICL7107的连线示意图如下:5. A/D转换:A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数 字信号输出。在选择A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设 计运用的是双积分式A/D转换器ICL7107,A/

10、D转换误的位数确定与 整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。(1) ICL7107双积分型的A/D转换器的特点a直接输出7段译码信号bCL7107直接驱动LED3-c. 2位十进制A/D转换器 d.双积分型电路(2) 双积分A/D转换器结构与原理常见A/D转换器的转换方式有积分式和非积分式两类(如逐次逼近比较式A/D转换器)，双积分式A/D转换器的基本组成如图，它由积分器、比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器及时钟脉冲源 等电路所组成。四、总体工作电路原理图数显电子秤具有准确度咼，易于制作，成

11、本低廉，体积小巧，实用等特点。其分辨力为1克左右，在2千克的量程范围内经仔细调校, 测量精度可比较高。称重传感器放大电路A/D转换这个图是前端的测量放大电路11下面的仿真图就是TC7107与硬件的连接，只不过为了简便起见 我们用一个滑动变阻器代替压力传感器，用一个运算放大器代替三运 放。从图上可以看出我们用了五个数码管， 其中上边的那个是作为比 较，如果输入没超过量程，数码管闲事 1，超出量程，数码管显示为 0。本次仿真结果的量程为 0.000-1.999，不过由于存在误差，数码 管最小显示为0.002。vurWUrFCiftZVilT0HE1 +VMP* VliB-TBT 口eseii乂二O

12、KI小U1霊JT匸丁-w五、调试调试过程(1) .首先在秤体自然下垂已无负载时调整 Rpi，使显示器准确显示J | A零。(2) .再调整Rp2，使秤体承担满量程重量(本电路选满量程为 2千 克)时显示满量程值。(调节Rp2衰减比)(3) .然后在秤钩下悬挂1千克的标准砝码，观察显示器是否显示1.000,如有偏差，可调整RP3值，使之准确显示1 . 000。(调节反向二 2n定值积分时间 Uef vi)(4) .重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止。5）最后准确测量 RP2、RP3 电阻值，并用固定精密电阻予以代替Rpi可引出表外调整。测量前先调整 Rpi,使显示器回零六、系统方案总结工作原

13、理数显电子秤电路原理如上图所示， 其主要部分为电阻应 变式传感器Ri、R2、R3、R4及Ic2、Ic3组成的测量放大电路，和Ici 及外围元件组成的数显面板表。 传感器 R1 采用 E350ZAA 箔式电阻 应变片，其常态阻值为 350欧姆。测量电路将产生的电阻应变量转换 成电压信号输出。 Ic2、 Ic3 将经转换后的弱电压信号进行放大，作为 AD 转换器的模拟电压输入。 Ic4 提供 l2V 基准电压，它同时经 R5、R6及Rp2分压后作为A/D转换器的基准电压。3-1/2位A/D，转 换器ICL7107的参考电压输人正端，由Rp2中间触头引入，负端则由 Rp3 的中间触头引入。两端参考电压可对传感器非线性误差进行适量 补偿。当然，可能还有这样那样的问题， 特别是非线性误差方面的问题， 在实际的制作中可以加以完善。i3