自动检测技术项目一电子秤的力测量系统任务四一.ppt

自动检测技术 项目一：电子秤的力测量系统 任务四：一种电阻应变式传感器的电子天平的研制,自动检测技术,项目描述,自动检测技术,电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求，该项目我们采用一体化教学方法进行，即：资讯、计划、决策、实施、检查、评估六步法。首先了解本项目的学习内容。,掌握本项目需要的元件的工作原理及作用； 掌握金属电阻应变片工作原理 掌握金属电阻应变片特性 掌握半导体电阻应变片的工作原理及作用,学习目标,自动检测技术,教学方法概述,本项目采用一体化教学方法，即：“六步教学法”，具体包括的内容： 资讯（项目实施有关的理论知识准备） 计划（讨论策划项目实施方案） 决策（讨论确定最优实施方案） 实施（根据实施方案进行项目实施） 检查（对完成的项目进行检查） 评估（成员自评、小组互评及教师点评）,自动检测技术,四、基于电阻应变式传感器的电子天平的研制,资讯知识准备,制作原理 具体的实施方案 原件的选取,自动检测技术,自动检测技术,1 电阻应变式传感器的工作原理 电阻应变式传感器由感压装置、电阻应变片和惠斯登测量电路三部分组成, 其工作原理是:被测负载作用在弹性感压装置上使其发生弹性形变; 通过粘性物质使粘贴在感压装置上的电阻应变片发生形变, 进而转化成应变片的阻值大小变化; 通过惠斯登测量电路将电阻应变片的阻值变化, 转化为与负载成正 比的电信号输出, 如图( 1) 所示:,自动检测技术,自动检测技术,二、电子天平的硬件设计 电子天平在硬件上还包括水平调节防风防震等辅助装置, 这些在图(2)中并没有画出来。 2.1 系统的工作过程 电阻应变式传感器输出信号很小, 系统中使用了两级运算放大电路, 第一级选用仪表放大器 AD620, AD620 是一种闭环、差动输入的运算放大器, 线性度好, 增益设定方便, 共模抑制比高, 直流漂移小, 它往往用来精确放大载于高共模电压上的小差动信号; 第二级运算放大电路采用低失调精密运算放大器OP07, OP07 输入失调电压只有 10uV, 偏置电流 700pA, 适合作二级精密放大。,自动检测技术,以上两级放大电路均采用12V双电源供电, 以提高系统精度; 称重传感器在供桥电压激励下输出的电压信号经过放大, 在进入ADC（模拟转换器） 转换之前须进行滤波和负压保护处理; A/D 转换器选用了 TI 公司生产的 - 转换器 ADS1100, 它是一款高精度自校正的差分输入转换器, 16位转换精度, 内置可编程增益放大器, 可选择 1、2、4、8 倍的放大增益, 采样速率可在 8、16、32、128SPS（即每秒模数转换器采点数 ） 之间选取, 低功耗电流90uA, SOT23- 6 小型封装, ADS1100 的这些优点使得它广泛应用于称重仪表领域。 MCU 选用 STC89C516RD+ 单片机, 用于数据处理和整机的管理, 如电子天平超重报警、去皮重、单位换算等; 系统选用了 128x64 点阵 LCD 作为显示装置。,2.2 比例测量技术 称重传感器的桥式结构决定了其输出与激励电压息息相关, 为提高精度须使用高精度的电压源作为激励, 此外高精度的 A/D 转换也要求使用精密电压源作为参考, 若按常规方法考虑, 需要两个精密电压源, 实现起来难度较大, 成本也高, 为此我们采用了比例测量技术。所谓比例测量技术, 是指 ADC 参考电压与称重传感器的激励电压由同一电源提供, 如图(3)所示,设 ADC 输出为 DOUT, 放大电路部分的总增益为 A, 结合电阻应变式称重传感器的工作原理, 我们有:,自动检测技术,自动检测技术,可见, 采用比例测量方法, ADC 输出只与传感器的应变特性和运算放大电路的总增益成正比, 而与 ADC 的基准源和称重传感器的激励源都没有关系。 三：软件设计 3.1 电子天平的标定； 用标准的重量砝码加载至称重传感器的受载端, 读取 A/D转换数据, 并记录下对应的标准砝码质量, 标定过程中采用复多次测量方法, 即重量砝码加载时采取由小到大再由大到小, 多次测量(11 次)再取平均, 这样可有效消除测量过程中的人为误差。在对数据进行拟合过程中, 为取得更多的有效数字, 将砝码重量放大 100 倍作为纵坐标, AD 平均值作为横坐标, 进行线性拟合如图(3)所示:,自动检测技术,这样, 每得到一个 A/D 值便可由上述拟合表达式计算出一个对应的重量值, 因为纵坐标在拟合前被放大 100 倍, 用上述公式得到的重量值还需要除以 100。 3.2 系统整体软件设计 系统整体流程图如图(4)所示, 系统每次开机须先预热, 开始测量后为提高 ADC 输出精确度, 采用均值移动算法对 ADC采样值进行数字滤波, 均值移动滤波将来自输入信号许多点的值进行平均以产生每个点的输出信号, 滤波器输入直接取自ADC, 在对 M个数据取平均的操作中, 最小采样数据和最大采样数据都从数据窗口中被滤除, 对剩下的 M- 2 个数据用下面的公式求平均值:,自动检测技术,该算法可以使输出数据速率与输入数据速率保持相同, 这是一级平均, 为进一步减小波形偏差, 使第一级的输出