G-简易电子秤报告.doc

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1、简易电子秤（G题）摘要电阻应变式传感器是根据应变原理，通过应变片将机械构件的应变或应变力转换为电阻的微小变化再进行电压测量的精密装置。电阻应变式传感器广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。应变式传感器具有测量范围宽、精度高、动态响应好等多种优点，其结构简单，使用方便，具有一定的开发价值。电阻应变片传感器通过差动放大电路，运算放大器，并采用A/D转换器，通过A/D转换电路把接收到的模拟信号转换为数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路（LCD12864）显示数据。这种电子秤具有精确度高，操作简单，性能稳定，价格低廉，成本低，制作简单等优点，能满足各种用途的不同需求。关键字：电子秤，应变片传

2、感器，A/D转换器，显示电路LCD12864。一、设计要求图1电子秤结构设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构如右图所示。如右图所示，铁质悬臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架及秤盘的形状与材质不限。悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。二、总体思路阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或应变片原量缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对

3、应变进行测定。一般应变片的敏感栅与应变成正比例关系。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电阻变化进行测量，我们使用带有惠斯通电桥，并进行相应的放大。图2总体思路图三、方案论证1.惠斯通电桥方案由于应变片由于应变效应改变的阻值较小，经我们组的多次精密测试，有效变化阻值小于±1.5Ω，要精确地测量这么微小的电阻变化非常困难，需要搭建惠斯通电桥进行测量。其中供电电源需要尽量稳压。当应变片的温度变化时，其电阻也将改变。敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可表示为：Rt=R0(1+α0Δt)，R

4、t是温度为t时的电阻值；R0是温度为t0时的电阻值；α0是金属丝的电阻温度系数，当温度变化Δt时，电阻的变化为：ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt　，Δt为温度的变化值，Δt=t-t0。方案1：单应变片图3惠斯通电桥思路图-1原理：将一块应变片正面贴于铁质悬臂梁上，利用铁质悬臂梁的形变改变应变片的阻值。R4，R5、R6需使用高精度电阻。经测定，从10g重物到200g重物，有效的电压变化从0.22mV到了0.64mV。优点：方案简单，电路功率较小，有利于保护应变片，方便对电桥进行调零。缺点：应变片电阻较小，不容易测输出的微弱电压，不能满足温度补偿，易受温度变化干扰。方案2：半桥方案图4惠斯通电桥

5、思路图-2原理：将一块应变片正面贴于铁质悬臂梁上，另一块背面贴于铁质悬臂梁上，当铁质悬臂梁发生形变时，其中一块应变片电阻增加，另一片电阻减小，更加促进了电桥输出的电压变化，R9，R10需使用高精度电阻。优点：电阻变化比方案一明显。缺点：功率稍大，对应变片有一定的影响，不能满足温度补偿，易受温度变化干扰。方案3：全桥方案图5惠斯通电桥思路图-3原理：将R11和R14应变片正面贴于铁质悬臂梁上，另两块背面贴于铁质悬臂梁上。当铁质悬臂梁发生形变时，两块应变片电阻增加，另两片电阻减小，更加促进了电桥输出的电压变化。经测定，从10g重物到200g重物，有效的电压变化从0.02mV到了0.82mV，变化幅

6、度大于前两个方案。优点：电阻变化比方案一非常明显，对温度变化有一定的补偿，基本可以忽略温度影响。缺点：电桥难以调平，应变片接线较为复杂。综上所述：我们采用方案3（全桥方案），具有一定的温度补偿，能忽略温度带来的电阻变化，并具有明显的稳定的电压变化，对后续软件设计提供便利。2.A/D模块的选用方案一：ADC0809ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。优点：A/D转换的通道较多，使用方便。缺点：只有8位逼近式A/D转换，难以满足简易电子

7、秤的精度要求，完全无法使用。方案二：HX711HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。优点：精密度高，足达24位，可无需接放大电路对惠斯通电桥的