变送器设计及单片机显示程序

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1、传感器参数检定表及变送器和显示程序设计学院：机电与信息工程学院专业：测控技术与仪器一、设计内容本次试验利用实验室中所提供的平行梁式传感器，通过内部已经组成的应变电桥，自己设计后续仪表放大器放大后，交给TLC549进行AD转换，再由单片机数据处理盾进行显示，完成对传感器的检定。通过对放大电路的调试熟悉活塞式压力计以及扩散硅压力传感器、陶瓷式压力传感器的熟悉，完成对传感器的标定任务。二、系统内各个功能模块1、重量检测I部分：利用平行梁式的称重传感器，将压变信号转换成应变电阻的变化，并且造成电桥的不平衡，通过电势差的变化，输出给仪表信号放大部分进行处理。2、电压放大部分：将从平行梁式称重传感

2、器得到的电势差信号进行电压负反馈两级放大，并通过滤波电路，将从信号源得到的带冇较大噪声的放大信号通过阻容滤波电路，对信号进行滤波处理，经过测试可以将电路放大至700余倍。放大器选用IAI358。它里面包括有两个高増益、独立的、

3、A

4、部频率补偿的双运放，适川于电压范ffl很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围毡拈传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。3、A/D转换部分：是模数转换器TLC549,在我们的单片机开发板上已经将电路连接好并且已知参考电压，按照实验的放大倍数得到的信号大约为IV到3.5V左右，可以通过A/D布冯将信号扫描进单片机屮

5、。4、单片机部分：MCU是单片机微机系统。该设计屮单片机根裾外部设定的条件信息，同步完成信号采样、数据处理判决等功能，并将计算得到的质量值转换成显示的数显示在LED上。三、平行梁式传感器原理首先，电附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T产生弹性变形，使粘贴在他表而的电阻应变片（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。实验室屮采用的平行梁式传感器就是电附应变式称重传感器。平行梁式传感器是根据应变计的检测原理，当受到载

6、荷作用时，被粘贴在1-4位置的应变计，分别受到拉和压变形，应变计组成惠斯登电桥，把应变转换为电信号的输出，见下图这种传感器的弹性元件在平行时呈平行四边形，所以通常称其为平仪表放大电路原理:行梁式而受力点变为上T移动。经过仔细考虑，我们决R.83K定采用对传感器进行电压放（=]—大而不是电流放大。课程开~I"T-机中。始时使用的放大电路是电流放大电路，通过三极管将电桥两端的电势差转换成电流信号。电流放大的优点在于，不需考虑负载的问题，因为电压放大终究需要在输出端两端并联检测电路，而这终将会异致电压的下降，因为毕竟是冇负载就冇路。但是电流放大的难处是三极管放大电路不易控制，于是我们使用LM

7、358进行电压放大。在电路选择方面，因为输入信号为电势差，可以选择差压放大器，但是我们组决定将输出端一端接地，另一端给电压负反馈放大电路。冉放大倍数方面，考虑到信号源电压约为10nw—下，于是决定将电压放大1000倍左右，通过两级放大将传感器倍号放大成仪表用倍号，通过单片机的采集并输出到单片采用二级放大电路，第一•级放大近百倍后,第二级放大十倍左右，整体电路放大后电压变化范围由（1V〜3V）。左图为输出特性曲线：在杜老师的指导卜了解到LM358在单电源供电情况下，对本次试验中的小信号（2〜40mv）存在死区情况，经实践发现是正确的，于是采用正负双电源供电，对压电传感器电桥传来的电势差

8、放大后，经过阻容滤波电路进入单片机的TLC549AD转化电路存入单片机进行数据处理。在实验过程中了解到LM358对小信号的漂移较大，整体电路放大后使得噪声很大，采用比较简单的阻容滤波电路对以较方便的实现对噪声的处理，在输出端得到较为稳定的电压。对得到的数据进行线性处理，可以发现误差通过补偿可以进一步减小，但是仍存在误差，对数据处理后分三位显示在LED数码管上，完成任务。程序设计原理1、实验步骤中：首先将放大后的电压按照每个砝码对应的值——记录。在数据处理时，首先将TLC549采集的电压按照AD的计算方法转换成打片机扫描到的十六位数。因为我们的单片机中已经将AD转换的Vref+与Vref

9、-分别接在4.6V与地上，所以按照对应的公式，将电压值进行运算：Vin/4.6*128+128=单片机保存值。保存后的值为了将它换成对应的质量（每个砝码重0.5kg）,对该值进行线性运算，通过取平均值，得到该吋刻对应重物的质量。该质量保存在缓冲区中显示得到结果。2、A/D程序设计:使用八位串行A/D转换器TLC549,其在单片机开发板中的电源端接在4.6V上，输入电压范闱是0.3V到5V左右。其使用过程是，首先置CLOCK位为一，通过对CLOC