装载机智能称重仪设计（含全套CAD图纸）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 装 载 机 智 能 称 重 仪 设 计 1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 （ 1）总体方案设计 （ 2） 称重传感器设计 （ 3）电源电路 （ 4） 传感器信号放大电路 （ 5） A/D 转换电路 （ 6）单片机系统 （ 7）自动控制定高测量系统 2指定查阅的主要参考文献及说明 51 系列单片机实用接口技术 电阻应变式传感器应用技 传感器与信号处 电路基础 传感器技术手册 3进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 查阅和搜集设计资料，制定设计方案 传感器、控制电路等的设计 计算机绘图 撰写设计说明书 检查 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 随着称重技术的不断发展 ,人们对称重的测量精度和自动化程度提出了越来越高的要求 。 传统的机械式称重仪 ， 不仅称重过程复杂、不能够保证精度，而且不具有自动去皮、累加和超载报警等功能 。 设计为智能型称重仪 ,与装载机设备配合使用，可以防止装载机装车时引起货车超载造成铁路行车事故发 生，同时防止亏吨 ， 确保客户的满意。它主要用于当装载机为铁路货车装载散堆料时，能自动显示每斗净重，同时累加重量，并且装满报警，保证货车车皮不超载、不亏吨。 在设计的过程中，在保证仪器精度、稳定性和可靠性的前提下，尽量使仪器具有简单的结构。按此原则，设计采用模块化设计思路，将整个仪器分为 压力传感器 ,电源电路 ,信号调理及放大电路 ,A/D 转换 ,显示电路 ,单片机系统 几个部分进行分析和设计 关键词 ： 单片机 ， 传感器 ， 放大电路， A/D 转换电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of t t so is of to at It is of at so it of of on of we to we of to of of A/D A/D 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 中文摘要 . 文摘要 . 一章 绪论 . 1 题的提出 . 1 计目的以及功能要求 . 1 感器的重要性及国内外的发展趋势 . 2 文的主要内容和意义 . 3 第二章 总体方案设计 . 4 重测量原理 . 4 体方案的确定 . 5 第三章 称重传感器设计 . 7 感器概述 . 7 感器定义及其组成 . 7 传感器的要求 . 8 阻应变式传感器 . 9 性敏感元件 . 9 阻应变片的结构和分类 . 13 阻应变式传感器的工作原理 . 14 阻应变片的变换电路 . 16 力传感器测量电路 . 20 . 20 述 . 20 本原理及结构计算 . 21 第四章 电源电路 . 25 . 25 器件的选择 . 26 压 电路的设计 . 28 第五章 传感器信号放大电路 . 30 置放大器与传感器的配接特点 . 30 动放大器的基本原理 . 31 析推导输出与输入基本关系的依据 . 31 动输入放大电路闭环放大倍数的计算 . 32 动输入比例放大器的误差分析 . 33 实际放大电路的设计 . 33 号放大器的选择 . 33 成运算放大器的应用及主要特性参数 . 35 路结构 . 37 第六章 A/D 转换电路 . 39 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 、电容的参数选择 . 44 部结构及转换原理 . 44 第七章 单片机系统 . 45 列单片机的结构 . 45 . 45 . 46 051单片机的内部结构 . 46 051单片机的引脚及其功能 . 47 列单片机接口设计 . 48 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一 章 绪论 装载机智能型称重 仪是为了防止装载机装车时引起货车超载造成铁路行车事故发生，同时防止亏吨 ,确保客户满意的一种具有智能功能的称重装置。 题的提出 在当今现代化的社会里，各种测量仪表都向着智能化、记录化、多功能数字化的方向发展。 随着称重技术的不断发展 ,人们对称重的测量精度和自动化程度也提出了越来越高的要求 。 称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、 提高产品质量以及加强企业管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。 纵观我国装载机的称重装置发展过程，经历了从最初的指针式到当今的多功能数字显示历时八年的研究过程。由于传统的机械式称重仪存在很多的弊端，在当今飞速发展的经济形式下，已越来越不能满足工程实际中对称重的要求。在这种情况下，智能型的称重装置应运而生。 计目的以及功能要求 论文就是要设计一种智能称重仪，以 防止装载机装车时引起货车超载造成铁路行车事故发生，同时也为了防止亏吨确保客户的满意。它主要用于当装载 机为铁路货车装载散堆料时，能自动显示每斗净重，同时累加重量，并且装满报警，保证货车车皮不超载、不亏吨。它与目前国内使用的指针式称重装置比较，增加了能自动去皮、累加、报警和打印功能，并且具有较高的精度。 和传统的机械式称重装置相比较，要求其具有以下的优点： 1. 装载机智能型 称重 仪主要用于当装载机为铁路货车装载散堆料时，在不间断作业的情况下，能自动准确的测算出装载过程中所载物料的重量，以确保货车车皮不超载、不亏吨。 2. 该装置能自动测算每斗净重，并且具有自动余料去皮、单斗显示、累加显示、限载提示、超载报警和打印输出等功 能。 3. 该装置具有不同吨位开关和软件，满足不同铁路货车（有 50T、 60T、 61T、 63不同额定吨位要求。 4. 该装置具有称零头开关，在装到车厢额定吨位差 5%左右时报警，最后一斗补满额定吨位差值，确保车厢货物为额定值。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 5. 该装置具有对因发动机转速升高或降低而引起液压系统油压波动造成测量精度误差的修正功能。 6. 该装置具有较强的抗干扰能力，可在恶劣的环境中（ +40 ）稳定可靠的工作。 7. 该装置具有较高的称重精度，误差控制在 2%范围内。 8. 该装置具有结构简单、技术先进、使用寿命长等特点。 感器 的重要性及国内外的发展趋势 传感器的英文名是 什么叫“传感器”？至今国际、国内尚无统一规定。在查阅了国内外资料后综合各种叙述和定义，暂且给出如下定义：“传感器是一个完整的测量装置（或系统），它能在规定的条件下感受外界信息，并按一定规律转换成与之有确定对应关系的电信息”。 在传感器、放大器和记录仪器组成的测量系统中，传感器是核心部分，因为它是与被测物直接接触的，它能不能真实的把被测物的受力状态感受且按恒定的关系反映出来，在很大程度上决定着测试工作的好坏。经验说明，有些测量工 作的失败，原因很多，而传感器能否正常工作，往往是一个重要方面。 90年代后，我国将传感器的研究放在重要的位置上，尤其是高精度压力传感器。目前我国从事传感器生产的厂家有 1300 多家，所生产的产品种类仅有 300 余种（约为传感器种类的 1/7），产量 1亿多只。由于众多厂家规模较小，设备落后，国家投入的资金不足且比较分散，因而与世界上大的传感器厂家相比，科研水平落后 5，而生产水平要落后 10世界上传感器更新换代的速度相比，落后几个周期，从而导致品种不全，产量过低，仅满足国内需求的 20% 虽 然我国传感器技术与发达国家相比比较落后，但并不是说我国的传感器的特性都不如国外的好，综合近期发表的文献，国产半导体压力传感器的特性参数有所提高，但国产传感器目前还存在着性能不稳、指标不全、寿命不长、备件不齐、应用不广等方面的差距，但这些差距普遍是由于基础工业落后引起的。国产传感器技术水平亟待提高。 国外发展传感器主要有两条不同的途径，一是以美国为代表的先军工后民用，先提高后普及的高精尖路子。这种途径的主要特点是：能在较长时间里保持传感器技术研究的世界领先地位，保持军事科学的领先水平。但资金投入巨大，经济回收 比较慢，是不发达国家和发展中国家不可采用的方法。二是以日本为代表的先普及后提高，由仿制到自行设计和创新的路子。这一途径的主要特点是：能把有效的资金投入到跟踪国际先进技术上，少走弯路，并且能在较短时间里形成大规模生产，迅速占领市场，较快地收到经济效益，正是这样，日本的传感器技术发展很快，迅速进入世界前列。我国是一个发买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 展中国家，资金短缺，要想尽快赶上世界先进水平，必须走日本的路子。 世界传感器技术是向小型化、数字化、智能化、灵巧化和标准化的方向发展，我国在传感器研究和产品开发方面与世界水平相比有较大的差距，目前 我国正处于经济腾飞的年代，对传感器的需求量越来越大，因而，需要更多的人投入到传感器的研究中去，努力赶上世界先进水平。 文的主要内容和意义 论 文的主要内容是以传感器为核心，并 设计 了多个实用电路和系统，如放大电路，A/D 转换电路，数码显示电路，精密稳压电路，温度补偿电路，单片机系统，自动定高系统等，最终组成一个智能称重装置。将该装置与装载机配合使用，用以为 铁路货车装载散堆料。 以上的硬件电路和系统虽然是针对本称重装置设计的，但也适 用于其他一般的称重系统，具有较大的实用性。通过该设计， 能够综合运用所学知识 ，将机械和电子方面的知识联系起来，结合实际，使所学的知识得以很好的运用！买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 二 章 总体方案设计 作原理 装载机智能型 称重 仪采用自动定高测量系统控制，以油压为介质，用电阻应变式油压传感器采集相应的货物重量信息，再经单片微型计算机系统进行数据处理，将每斗货物除皮后的重量及其累加重量在 具有打印、报警等功能。 油压传感器安装在装载机分配阀后到举升油缸之间的油管中，在一定条件下（每次称重斗都在一个指定高度，并在该高度停 2秒钟）传感器所受油压力和装载机斗内货物重量成正比，故传感器输出 电信号也正比于斗内货物重量，传感器输出的电信号经过阻容滤波和运算放大器放大之后，再经 A/过光电耦合器送入单片机的定时器通道，计算机进行数据处理（修正、去皮、累加、报警等），每斗净重显示秒后，进入总重量显示。总重量显示由吨位开关和称零头开关控制（这是为了满足铁路货车皮有50T、 60T、 61T、 63T 四种车型的满吨位报警设置）。最后一斗为了补满载重吨位，可边倒出边称重，故设置了称零头开关。为了提高抗干扰能力采用了三级阻容滤波和光电耦合技术；为了确保电源的稳定性采用了串联式多级稳压技术和逆变电源技术， 在电路中还设置了自动定高系统，从而满足装载机称重精度在国际标准 2以内。 重测量原理 装载机智能型 称重 仪是通过测量举升臂油缸之液压油受载荷压力来测举升物的重量的。装载机是一个四连杆多支点的力学机构，其影响起升臂油缸油压的因素很多（如举升物的重量、起升臂的角度、举升时的加速度等等）。我们采用特定的情况下称重，数学关系就比较简单，如 图 2 （ 1）在举升臂固定的角度下（定高停一下），静态称重（即测静态油压），这时油压和举升物重量成正比关系。 （ 2）在举升臂固定的角度下采集数据，不停即动态称重。当 举升加速度为零，匀速上升时，油缸之油压也与举升物重量成正比（瞬时采样）。 相关资料及 实验数据 表 明上述理论是正确的。 在上述两种情况下，油压传感器把油压变为电信号，再经过线性放大器放大，其输出的电信号仍然与举升的物重成正比。通过计算机的数据处理，即能显示举升物的重量。 动臂，设长为 油缸， A、 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 图 2载机智能型称重仪力臂关系 of a 动臂与水平线的夹角。 2a 油缸与垂直线的夹角。 G 货物重量。 F 油缸的油压力（作用在动臂上） 则 2211 s os （ 2 故 2 11 2 当在固定高度采样称重时， 1a 、 2a 为定值， 1l 、 2l 为常数（瞬时采样视为定值）。即2211 al F 和 G 成线形关系。 体方案的确定 此装载机智能型 称重 仪主要由传感器、 A/号放大器、光电耦合器、单片机系统、自动定高 系统、数码显示电路、加速度修正电路、温度补偿电路、报警电路、打印接口等组成。 总体方案采用了当今最先进的单片微型计算机技术，它可以多功能化、智能化等；在抗干扰方面 采用了光电耦合技术、三级滤波技术、 A/D 双积分平滑滤波技术；在提高数字稳定性方面采用了逆变电源技术和三端稳压块串联稳压技术。其主要功能有： （ 1） 能自动去皮重并显示每斗净重； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 （ 2） 有累计和报警功能（本功能对铁路货运很重要，因为每个车皮都有其额定载荷，铁路车辆不允许超重，欠载时客户又不满意）； （ 3） 数字显示清晰，识别不同吨位车皮（ 50T、 60T、 61T、 63 ，无读数误差； （ 4） 具有自动定高系统，称量准确； （ 5） 具有打印功能，并把所装货物重量记录下来； （ 6） 利用软件系统对测量误差进行修整。 电路框图如图 2示： 图 2总体方案设计 框图 he of 路 4. A/D 转换 2 6 10 4 5 8 9 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 三 章 称重传感器设计 装载机智能型称重仪作为一种称重装置，其主要的称重测量 元件就是传感器。只有通过性能良好的传感器，准确地捕获和转换信号，才能使称重装置具有较高的精度和可靠性。 感器概述 感器定义及其组成 传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位移、力、加速度等）转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。 目前，由于电子技术的进步，使电学量具有便于传输、转换、处理、显示等特点，因此，通常传感器是将非电量转换成电量输出。 传感器的组成按其定义一般是由敏感元件、转换元件和测量电路 （基本转换电路）三部分组成。除自源型传感器外，还需外加辅助电源，如图 3 图 3感器组成框图 he of 图可知，传感器由以下几个部分组成： （ 1）敏感元件（预变换器） 直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为与被测量有确定关系的易变成电量（包括电量）的其它量的元件。 （ 2）转换元件（变换器） 将敏感元件输出的非电物理量（如应变、光强等）转换成电路参数（如电阻、电容等）量。 （ 3）测量电路（基本转换电路） 把转换元件输出的电信号变为便于处理、显示、记录、控制的可用电信号的电路。测量电路的类型视转换元件的不同而定，经常采用的有电桥电路和其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲电路、振荡电路等。 （ 4）辅助电源 供给转换能量。 敏感元件 转换元件 测量电路 非电量 电量 辅助电源 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 感器的分类 用于测控技术的传感器种类繁多，一种被测量可以用不同传感器来测量，而同一原理的传感器通常又可测量多种非电量，因此分类方法各不相同，目前尚没有统一的分类方法，了解传感器的分类旨在加深理解便于应用。一般常用的分类方法有以下几种： 按输入量可分为温度、压 力、位移、速度、湿度等传感器。这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据测量对象来选择所需的传感器。 现有传感器的测量原理主要是依据物理学各种定律和效应以及化学原理和固体物理学理论。如根据电阻定律，相应的有电位计式、应变式传感器；根据变磁阻原理工作的有电感式、差动变压器式、电涡流式等传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏等固态传感器，等等。 按输出量分类有模拟式传感器和数字式传感器。模拟式传感器的特点是输出信号为模拟量；数字式传感器的特点是输出信号为 数字量。 传感器通常也可 按 结构型和物性型分类。 （ 1）结构型 主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化将外界被测量转换为相应电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量信号。这种传感器目前应用得最为普遍。 （ 2）物性型 是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。 传感器的要求 无论何种传感器，作为测量与控制系统的首要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠且又经济的实现信息转换的基本要求，因此，对传感器有以下要求： （ 1）足够的容量。传感器的工作范围或量程足够大；具有一定过载能力。 （ 2）与测量或控制系统相匹配性好，转换灵敏度高和线性程度好。 （ 3）反应快，工作可靠性好。 （ 4）精度适当，且稳定性好，即传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求，并长期稳定。 （ 5）适用性和适应性强，即动作能量小，对被测量的状态影响小；内部噪声小而又不易受外界干扰的影响，使用安全等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 （ 6）使用经济，即成本低、受命长，且易于使用、维修和校准。 完全能满足上述要求的传感器是很少有的。我们应根据应用的目的、使用环境、被测对象状况、精度要求和信 号处理等具体条件全面综合考虑。 阻应变式传感器 电阻应变式力传感器由于其良好的性能正越来越多的应用于各领域。随着传感器技术的迅猛发展，目前的电阻应变式力传感器的测量范围已经宽达从百分之一牛到几十兆牛，精度则达到 至更高。 电阻应变式力传感器具有以下的特点： （ 1）测量范围广。如应变力传感器可测量 10107变式压力传感器可测量 10106 （ 2）精度高。高精度应变式传感器的误差可达 更高； （ 3）输出特性的线性好； （ 4）结构简单，使用方便，工作性 能稳定、可靠； （ 5）能在恶劣的环境条件下工作。这类传感器能在大加速度和振动的条件下工作，只要进行适当的结构设计及选用合适的材料，应变式传感器能在高温、低温、强腐蚀及核辐射的条件下可靠地工作。 （ 6）易于实现检测过程自动化和多点同步测量、远距离测量和遥测； （ 7）灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量； （ 8）可以测量多种物理量； 电阻应变式传感器由弹性元件、电阻应变敏感元件以及变换电路等组成。其一般的构造，是在一定形式的弹性元件上粘贴或用其他的方法安装电阻应变敏感元件。当力学量作用在弹性元件上时使弹性元 件产生相应的变形，由于电阻应变敏感元件的应变电阻效应，此变形促使其上的电阻应变敏感元件阻值随之发生变化，变换电路将这一阻值变化变换成电压变化输出，电压变化量的大小就反映了被测力学量的大小。 下面我们就将从弹性元件的材料与结构形式、电阻应变敏感元件的转换原理以及变换电路、传感器温度补偿电路和测量电路等几个方面分别进行讨论。 性敏感元件 弹性敏感元件在传感器技术中占有极为重要的地位。在传感器工作过程中，一般是由弹性敏感元件首先把各种形式的非电物理量变换成应变量或位移量等，然后配合各种形式的转换元件 ，把非电量转换成电量。所以在传感器中弹性元件是应用最广泛的元件之一，其质量的优劣直接影响传感器的性能及精度，有时还是传感器的核心部分。 弹性敏感元件能够感受力、压力、力矩、振动等待测参数，并由它变换为弹性敏感买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 件本身的应变、位移（扰度）等，所以它是把被测参数由一种非电物理量转换成为所需要的另外一种物理量，直接起到测量的作用，故也可以称它为测量敏感元件。 1. 弹性元件的基本特征 弹性敏感元件的基本特性一般是用刚度和灵敏度来表征。 1）刚度 刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度表示。亦即刚度是弹性元件产生单位位移 所需要的力（或压力）。如果用符号 (k （ 3 式中 F 作用在弹性元件上的外力； 弹性元件产生的变形。 2）灵敏度 灵敏度是刚度的倒数，即它是作用于弹性元件上单位力（或压力）所产生的变形。如果用符号 （ 3 从上式可以看出，若以相同的力作用在弹性元件上时，变形大的灵敏度就高，变形小的灵敏度就低。与刚度相似，如弹性特性是线性的，则灵敏度为一常数，若弹性特性是非线性的，则灵敏度为一变数，即表示此弹性元件在弹性变形范围内，各种受力情况下的变形量是不相等的。 在传感器设计中，有时要应用 n 个弹性敏感元件串联或并联（例如组合式弹性元件）。当弹性元件并联时，其灵敏度为 （ 3 当弹性元件串联时，其灵敏度为 （ 3 式中 i 并联或串联弹性敏感元件的数目； 第 i 个弹性敏感元件的灵敏度。 2. 弹性 敏感元件材料的选择 衡量弹性敏感