毕业设计（论文）-自动计量秤的单片机控制系统设计.pdf

-I-自动计量秤的单片机控制系统设计自动计量秤的单片机控制系统设计自动计量秤的单片机控制系统设计自动计量秤的单片机控制系统设计摘要摘要摘要摘要称重技术自古以来就被人们所重视。随着经济的繁荣发展，对衡器也提出了新的要求，要求引入秤的概念到生产工艺过程中去，实现称重过程的自动化。为此，电子技术不断应用于衡器制造业，因而电子秤问世。如何快速而准确地对成品进行定量的在线包装是大规模、高效率生产中的一个重要环节。自动计量秤可以根据物料秤重的设定值与料斗实际质量的反馈值进行比较，由设定值与反馈值的偏差，控制粗调、细调气动阀门进行在线计量、包装等，从而完成大规模、高效率的自动化生产任务，进而取代繁杂的手工操作，提高生产效率。系统的可靠性、计量精度和速度是衡量自动计量秤的重要指标。怎样在系统可靠性和精度的前提下，提高计量速度是实现高性能计量秤的关键。目前，国外一些发达国家计量秤生产厂家已经生产出智能化、模块化、系列化产品。本课题是在全面分析自动计量秤的基本工作原理的前提下，对自动计量秤的控制机构，即传感器电路、差动放大电路、有源滤波器、AD转换电路及单片机等控制电路做出全面、合理的设计方案。关键词关键词关键词关键词计量秤；单片机；计量秤；单片机；计量秤；单片机；计量秤；单片机；ADADADAD转换器；差动放大器转换器；差动放大器转换器；差动放大器转换器；差动放大器哈尔滨理工大学学士学位论文-II-ControlControlControlControlsystemsystemsystemsystemdesigndesigndesigndesignofofofofSingle-ClipSingle-ClipSingle-ClipSingle-ClipMicrocomputerMicrocomputerMicrocomputerMicrocomputerforforforforAutomaticallyAutomaticallyAutomaticallyAutomaticallysteelyardsteelyardsteelyardsteelyardAbstractAbstractAbstractAbstractThroughoutweighingtechnologyhasbeenhighlightedbypeople.Witheconomicdevelopmentandflourishmoreandmorerequirementstoweighinghadbeenputforwardandpeoplehopeputweighingintoproductiontechnologytorealizeweighingprocessautomation.Forthisreasonelectronictechnologyhasbeenwidelyusedinweighingman-faction.Soelectroniciscomeout.Howquicklyandaccuratelytheon-linepackingisonthefinishedproductquantitativelyisanimportantlinkamongthelarge-scaleandefficiencyproduction.Automaticallysteelyardcancompareaccordingtotheinitialmeasurementvalueandthefeedbackvalueoftheactualquantity.Ifsystemcandoitjustlikethisifitisabletocompletethemissionoflarge-scaleandhigh-efficiencyautomationproductionreplacethecomplicatedhand-operationandimprovetheproductionefficiency.Thesystemsdependabilitycalculationaccuracyandspeedareimportantindstomeasureautomaticsteelyard.Undertheprerequisiteofthesystemsdependabilityandaccuracyhowtoimprovethecalculationspeedisthekeyofrealizinghigh-peranceautomaticcalculationsteelyard.Atpresentsomeautomatic-steelyardproducersinforeigndeveloped-countrieshavegeneratedintellectualmodelseriesproduction.Thislessonisunderthepremiseofthecompleteanalyzingtotheautomationcalculatingsteelyardsbasicworkprincipleandmakesbetterandmorereasonabledesignprojecttotheautomationscontrolorganization.Thecontrolorganizationincludesspreading-feeling-equipmentelectriccircuitdifferentamplifiersfilterwithsourceADconvertingelectriccircuitandsingleslicemachineetc.KeywordsKeywordsKeywordsKeywordsSteelyardSteelyardSteelyardSteelyard；Single-ClipSingle-ClipSingle-ClipSingle-ClipMicrocomputerMicrocomputerMicrocomputerMicrocomputer；ADADADADconvertconvertconvertconvert；DifferentiatorDifferentiatorDifferentiatorDifferentiatoramplifieramplifieramplifieramplifier哈尔滨理工大学学士学位论文-III-目录目录目录目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11.1引言.11.2电子称重技术的发展方向.11.3自动计量系统.31.3.1称重计量系统.31.3.2中心控制系统.41.3.3系统选择.41.4本章小结.4第2章系统原理及工作过程.52.1自动计量秤的工作原理.52.1.1基本组成.52.1.2自动计量秤的控制原理.52.2自动计量秤的工作过程.62.2.1控制机构的工作过程.62.2.2执行机构的工作过程.62.3本章小结.7第3章系统硬件设计.83.1传感器.83.1.1传感器的分类.83.1.2称重传感器的工作原理.93.1.3称重传感器的主要技术参数.93.1.4传感器的设计.103.2信号放大器.113.2.1理想信号放大器指标.113.2.2实际运放技术的指标含义.123.2.3运算放的设计以及测量放大电路设计方案.123.3滤波器设计.133.3.1滤波电路的设计和分类.133.3.2二阶低通滤波器的主要特性.133.3.3滤波器的设计方案.143.4AD转换电路的设计.153.4.1AD转换器的分类.153.4.2AD转换器的工作原理及主要性能指标.16哈尔滨理工大学学士学位论文-IV-3.4.3ICL7109的简介.163.4.489C51IO接口引脚图.183.4.5控制总线.193.4.689C51时钟方式.203.58279键盘显示芯片的设计.203.5.18279组成及特点.203.5.28279管脚、引线及功能说明.223.6后向通道中的功率开关器件及接口.233.6.1继电器简介.233.6.2光电偶合器（隔离器）.243.6.3系统硬件连接原理图简介.253.7本章小结.26第4章系统软件设计.274.1主程序和子程序的概念.274.1.1主程序.274.1.2子程序.284.1.3中断服务子程序.284.2系统的实用程序.294.2.1主程序.304.2.2AD转换子程序.304.2.3延时子程序.314.2.48279显示子程序.314.2.5T0中断服务子程序.324.3本章小结.33结论.34致谢.35参考文献.36附录A.37附录B.43哈尔滨理工大学学士学位论文-1-第第第第1111章章章章绪论绪论绪论绪论1.11.11.11.1引言引言引言引言称重技术在自古以来就被人们所重视，在传说的黄帝“设五量”中，权衡即为五量之首。在公元前，人们为了对货物交换量的估计，起初采用木料或陶土制作的容器作为交换的计量，以后又采用简单的秤来测定质量。到了近代，衡器的制造才有了进步，同时提高了称量效率和衡器的最大称量范围。从16世纪起，就有涉及衡器问题的科学文献流传在世界上了。在意大利除了伽利略(Galilei)，还出现了贝内戴托卡司特里(BenedettoCastelli)等，他们相继发表了有关衡器的论文，正是他们的研究促进了称量技术的发展。到了近代，随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把衡器引入生产工艺过程中去，对衡器提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术不断的渗入衡器制造业中。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开输出电信号的电子衡器。这是因为电子衡器不但能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的一个单元给出控制信号，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。我国电子称重技术在70年代中由于电阻应变式称重传感器技术上的突破，也取得了很大的发展。各种电子称重系统如雨后春笋，被国民经济各部门逐步应用，如冶金工业中生产过程物料配比称重和钢水包浇罐铸件的称重轻纺工业生产过程中的工艺称重和打包计量煤炭能源工业中的连续物料称重计量和能源结算储运物质部门的材料核算和物质称重食品工业中的自动检验和分选称量、饲料的配料称重、电子元器件生产过程的计数称重以及日常生活中商业贸易流通领域的计价称重等均离不开电子称重技术。总之，电子称重技术在社会中发挥着他的作用，并且已为人们越来越重视。1.21.21.21.2电子称重技术的发展方向电子称重技术的发展方向电子称重技术的发展方向电子称重技术的发展方向近年来，随着计算机和称重传感器技术的迅速发展，现代科学技术的相互渗透，称重技术的发展取得了相当惊人的进展，主要表现在称重测量技术由静态测量向动态测量、在线测量和模型化方向发展。尤其在动态数学模型的建设，系统理论、模糊理论、人工智能、神经网络、数字滤波、振动理论、阻尼技术等科学技术在称重领域的广泛应用，系统的自诊断、自适应及功能自组织的形成，是称重计量向测量系统的信息处理智能化、组合化和功能自适应方向发。国际上已经取得了动态精密测量的技术突破，称重技术水平已跨入了高技哈尔滨理工大学学士学位论文-2-术王国。近年来电子称重技术和电子衡器总的发展动向为:(1)小型化:体积小，高度低，质量轻，即小薄轻。(2)模块化:电子衡器的承载器采用模块式一体组合或分体组合，不但提高了产品的通用性和可靠性，而且也大大提高了生产效率，降低了成本。(3)智能化:与电子计算机组合或开发称重用计算机，利用计算机的智能来增加称重显示器的功能，使其在原有功能的基础上增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能。(4)集成化:对于某些电子衡器可以实现承载器和称重传感器一体化。(5)综合性:电子称重技术与电子衡器产品的应用不断扩大，己渗透到一些学科和工业自动控制领域。(6)组合性:在工业生产过程或工艺流程中局有可组合性，即测量范围可以任意设定硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整等。生产线上称量或重量控制在自动连续称量的在线称重装置没有开发成功之前，都是靠人工操作的，而且只能采用抽样检测的方法，这对高效生产和质量控制和确保消费者利益等方面是完全不适应的。传统的抽检方式也不适应现代生产线和计量法制管理的要求。在线重量检测是必然的发展趋势。在食品、医药、化工等行业，这种自动在线称量将使生产管理者的工作变得更简洁、准确、安全和高效。在线自动称量的衡器主要有以下几个方面:(1)抓料秤。对重量非预置的离散的物料进行自动称量，按重量对物体进行分类，如检验秤、分选秤，也可以对单个物体进行计价并打上标志，如价格标签等。(2)连续累计自动秤。对一批物料分成若干不连续的各不相等的载荷，按预定的程序一次称量，并对每次称量的载荷进行累计以求得该批的总量。如散料秤，用于称量粮食或化工原料。(3)力式装料自动秤。把重量预置的、实际上是恒定的散状物品装入容，通过自动称量程序进行称量，简称定量秤。(4)自动配料系统。主要用于生产过程中的多种物料按配方规定的比例进行自动配料称量。在食品、医药、建材、饲料、化工等场合应用广泛。模型化测量是称量技术的新时代，它不仅要求得到测量结果，而且还对测量结果进行综合评估，对被测量值进行状态估计、诊断、趋势分析。对多变量实施动态测量，只采用传统的测量方法和数值手段是不够的，而要借助于模型的建立和参数的估测，实现智能化测量。智能化称重仪与微机的显著区别就在于，智能化称重仪具有学习、推理、判断和自适应能力、功能自组织功能等。这就需要各种数学模型和知识层构成。模型化测量把测量视为一个过程，把计量仪器视为一个系统，根据系统知识以及事物数据，利用系统辨识建立计量仪器的数学模型，对被测量物进行数据处理和性能状态的估计，通过软件改善硬件的性能。模型化测量为解决日趋复杂的动态测量问题开辟了一条新的途径。该法使测量时间最短，通常不超过哈尔滨理工大学学士学位论文-3-一个振荡周期就可得到良好的精密测量结果。在自动测量技术中，测量软件对未来称重技术的发展的重要性将日益增，只有优越的软件设计才能使系统的硬件得到充分的发挥，使系统达到最佳状。1.31.31.31.3自动计量系统自动计量系统自动计量系统自动计量系统称重计量系统和中心控制系统是自动计量系统的核心。1.3.11.3.11.3.11.3.1称重计量系统称重计量系统称重计量系统称重计量系统随着科学的迅速发展，称重技术的进步可谓之日新月异称重计量模式的发展经历了传统的杠杆机械式、机电结合式电子秤和传感器式电子秤、电脑秤和微机控制秤几个阶段。杠杆机械秤：主要由料斗和杠杆系统组成，其称重速度慢、效率底、不能适应生产自动化的要求。电子秤是装有电子装置的一种衡器，它由承重，传感复位系统（如机械计量斗）、称重传感器以及沉重仪表等组成。称重、传感复位系统是被称物体与转换元件之间的机械、传感复位系统，又称为电子秤的秤体。称重传感器是将非线性电量（质量）转换成电量的转换元件。它是把支承力变换成电的或其它形式的合适计量求值的信号的一种辅助手段。在传感器式电子秤中，最常见的仍然是电阻应变式称重传感器。与传统的机械秤相比，电子秤的特点是称重方便、分辨率高、称重值可以数字显示这便于重量信号的远距离传输，以达到集中控制和生产过程自动控制的目的。传感器式电子秤具有良好的称重传感器的密封性能，可以在机械秤或机电结合秤无法胜任的工作现场或恶劣环境下工作。电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程最先进的电子秤已经普遍将微处理器或小型计算机系统作为测量和显示部件。微处理器自70年代中期研制以来，已进入普及阶段，尤其是单片机微处理器的出现，由于它体积小、功能强、价格便宜，更适合于仪表的智能化。因此，更先进的、功能极强的、带微处理器的电子秤仪表日趋增多。微机化称重仪表大致分为两种类型，一种是本身具有前置放大、显示和打印以及传感器激励电源等所有功能的小面板的整台仪表。另一种是CRT显示的终端形式秤重仪表，它实际上是一台附加有前置放大、AD转换和传感器激励电源的一套微机系统。这种仪表总体设计思想是作为管理系统来考虑的，采用CRT显示方式，显示内容方便灵活，便于人机对话。两种类型相比，前者小而全，携带方便、成本低；后者适宜集中管理和系统控制，多台电子秤的联机以及人机对话功能强，但是成本高，主要适宜大型衡器。微机化称重仪表也称智能化称重仪表，主要由硬件和软件两部分组成。硬哈尔滨理工大学学士学位论文-4-件一部分是包括称重信号的采集、放大及称重传感器，另一部分是微型机算计，两部分通过一定的接口进行连接。称重传感器输出的电压信号经前置放大，AD转换变成数字信号，然后送到CPU，CPU对输入数字信号与定值信号进行比较或进行各种基本运算及逻辑判断等，最终完成某一特定要求的称重过程。1.3.21.3.21.3.21.3.2中心控制系统中心控制系统中心控制系统中心控制系统中心控制系统可采用单片机或者微机来实现。控制上有集中控制和分布式控制等形式。前者考虑到对计算机的充分利用，用一台计算机直接控制和管理多路生产设备，造价相对低廉，但是这种控制方式控制任务过于集中，一旦计算机出现故障，则会影响全局。随着科学技术的进步，低廉和功能完善的微型计算机和单片机的问世出现了分布式控制结构，即由于微处理器分别承担部分任务，共同组成计算机控制系统，并且用一台功能更强的计算机进行管理，这种结构中的每一台控器功能都较为简单，但可靠性更高，可维护性更好。采用两级分布式控制方式时，系统的下位机一般采用单片机为核心的控制器（如流量控制器），每台控制器直接控制一台秤，实现一路物料的定量给料。系统的上位机一般采用微型计算机，一般是使用工业控制机算计。一台上位机连接多台下位机，用于生产线的集中管理。上位机具有数据采集和分类存储的功能，还可以实现人机对话，完成集中监视、集中操作和集中管理等多项任务。系统的上下位机之间通过RS-484或RS-232等串行通讯总线进行信息交换。1.3.31.3.31.3.31.3.3系统选择系统选择系统选择系统选择本课题采用的是重力式自动装料秤（料斗秤），它由秤体、称重传感器和显示控制器组成。秤体由储料斗、称重料斗（秤斗）和气动阀（或电磁阀）等组成。重力式自动装料秤的工作原理是：秤体将被称物料的重量传递给称重传感器，称重传感器将输出信号由称重显示控制器进行信号测量和处理，然后再反过来控制秤体，从而形成一个闭环测控系统，以实现完整的计量控制系统。1.41.41.41.4本章小结本章小结本章小结本章小结本章首先介绍了称重技术的发展历程和我国的发展现状以及电子称重技术的发展动向。对自动计量系统进行分析并针对设计选择了重力式自动装料秤。哈尔滨理工大学学士学位论文-5-第第第第2222章章章章系统原理及工作过程系统原理及工作过程系统原理及工作过程系统原理及工作过程2.12.12.12.1自动计量秤的工作原理自动计量秤的工作原理自动计量秤的工作原理自动计量秤的工作原理2.1.12.1.12.1.12.1.1基本组成基本组成基本组成基本组成自动计量秤的系统主要由：储料箱、秤斗、压力传感器、差动放大器、有源滤波器、AD转换器、单片机、键盘、显示器、粗调、精调气动阀门及微控制器、时间卡、模拟控制板、PLC等元件组成。2.1.22.1.22.1.22.1.2自动计量秤的控制原理自动计量秤的控制原理自动计量秤的控制原理自动计量秤的控制原理自动计量器是通过对称重值进行设定作为系统的给定值料斗的实际重量通过桥式称重传感器经差动放大电路、零点补偿、滤波器作为反馈值。给定值与反馈值的差值作为偏差送到粗调、细调调节器，经PLC来分别控制气动阀，从而达到对进料的控制。在计量开始时，根据偏差值，首先打开粗调、细调气动阀，接着关闭粗调送料阀，进行细调。当偏差值为零时，关闭细调送料阀，计量结束。最后，由微控制器发出套袋，放料等信号送到PLC，并控制相应的执行机构。因此，自动计量秤可以概括理解为由控制机构和执行机构两大基本组成部分。由控制机构对信号进行采集、分析、比较后，进而控制和命令执行机构完成相应的作业。控制机构主要由七个组成部分，如图2-1所示。它是自动计量秤的核心部分，也是本科题的重点研究对象。图2图2-1控制机构结构图传感器放大器滤波器单片机转换器键盘电路显示电路哈尔滨理工大学学士学位论文-6-传感器、放大器、有三原滤波器和AD转换电路组成系统的压力测量电路、应变传感器的信号，经过前置放大器把信号放大，又经过双积分AD转换电路进入单片机进行数据处理后，与设定值进行比较，由偏差值的变化控制执行机构。键盘输入电路、显示器驱动电路与单片机连接，作为辅助设备。执行机构由：储料箱、料斗、粗调、细调气动阀门组成，主要由微控制器发出的信号指示下，完成相应的放料、粗调、细调等任务。2.22.22.22.2自动计量秤的工作过程自动计量秤的工作过程自动计量秤的工作过程自动计量秤的工作过程自动计量器主要由控制机构和执行机构组成，分析自动计量秤的工作过程，可以通过分析各组成部分的工作过程来实现。2.2.12.2.12.2.12.2.1控制机构的工作过程控制机构的工作过程控制机构的工作过程控制机构的工作过程控制机构可分为测量电路和辅助设备两大组成部分，主要完成信号的采集、数据处理等功能。测量电路由传感器、放大器、滤波器、AD转换电路、单片机五个串连环节组成，如图2-2所示。辅助设备主要由键盘显示器接口芯片、键盘电路和显示器驱动电路组成。压力显示输入输出图2-2测量电路结构图2.2.22.2.22.2.22.2.2执行机构的工作过程执行机构的工作过程执行机构的工作过程执行机构的工作过程储料斗通常以粗、细二级喂料方式给称量料斗喂料，称量料斗在完成指定重量物料后以开料斗的出了口的方式排放物料，其中粗、细喂料和开料斗底门排料的信号均由称重显示控制器通过气动电磁阀予以控制。开始时，显示控制器在称重传感器未受力的情况下，命令粗、细喂料气动阀开启储料斗的粗、细喂料门。给称量斗喂料，使物料快速放入料斗，以减少放料时间。当显示控制器通过称重传感器测得秤斗中物料实际重量达到设定值的90%时，命令粗喂料电磁阀关闭粗喂料门，进入慢速喂料阶段，以减小物料的冲击影响，保证放料精度。当被称物料重量达到设定值时，再命令关闭细喂料门，结束一个周期工作。放大器传感器滤波器转换器单片机哈尔滨理工大学学士学位论文-7-2.32.32.32.3本章小结本章小结本章小结本章小结本章介绍了自动计量系统的组成结构和控制原理，并介绍了控制机构部分和执行机构的工作过程，并给出了控制机构和测量电路的结构图。哈尔滨理工大学学士学位论文-8-第第第第3333章章章章系统硬件设计系统硬件设计系统硬件设计系统硬件设计3.13.13.13.1传感器传感器传感器传感器传感器是一种获取信息的装置。它的定义是:借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。它获取的信息可以为各种物理量、化学量和生物量，而转换后的信息也可以有各种形式。但目前，传感器转换的大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器定义为，把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。所以一般也称传感器为变换器、换能器和探测器，其输出的电信号继续输送给后续的配套的测量电路及终端装置，以便进行电信号的调理、分析、记录或显示等等。在一个自动化系统中，首先要能检测到信息，才能去进行自动控制3.1.13.1.13.1.13.1.1传感器的分类传感器的分类传感器的分类传感器的分类传感器的种类繁多。在工程测试中，一种物理量可以用不同类型的传感器来检测而同一种类型的传感器也可测量不同的物理量(1)按被测物理量来分，可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器J力传感器、温度传感器等。(2)按传感器工作的物理原理来分，可分为机械式、电气式、辐射式、流体式等。(3)按信号变换特征来分，可分为物性型和结构型。所谓物性型传感器，是利用敏感器件材料本身物理性质的变化来实现信号的检测。例如，用水银温度计测温。是利用了水银的热胀冷缩的现象；用光电传感器测速，是利用了光电器件本身的光电效应；用压电测力计测力，是利用了石英晶体的压电效应等。所谓结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实现信号转换的。例如，电容式传感器，是通过极板间距离发生变化而引起电容量的变化；电感式传感器，是通过活动衔铁的位移引起自感或互感的变化等。(4)按传感器与被测量之间的关系来分，可分为能量转换型和能量控制型。能量转换型传感器(或称无源传感器)，是直接由被测对象输入能量使其工作的。例如，热电偶将被测温度直接转换为电量输出。由于这类传感器在转换过程中需要吸收被测物体的能量，容易造成测量误差。(5)另外，按传感器输出量的性质可分为模拟式和数字式两种，前者的输出量为连续变化的模拟量，而后者的输出量为数字量。由于计算机在工程测试中的应用，数字式传感器是很有发展前途的。当然，模拟量也可以通过模-数转换变为数字量。哈尔滨理工大学学士学位论文-9-3.1.23.1.23.1.23.1.2称重传感器的工作原理称重传感器的工作原理称重传感器的工作原理称重传感器的工作原理放大AD转换显示称重传感器输出信号CPU键盘存储电路图3-1称重传感器工作原理简示图3-2传感器硬件图及惠斯顿电桥3.1.33.1.33.1.33.1.3称重传感器的主要技术参数称重传感器的主要技术参数称重传感器的主要技术参数称重传感器的主要技术参数11额定载荷:即传感器的最大称量值.22灵敏度:供给传感器电桥额定电压在额定载荷下输出电压与电桥电压之比.33非线性:由无负载输出值的点到额定负载输出值的点所做出的直线和实际测量值的曲线之间最大偏差对额定输出值的百分比.44滞后性55重复性66蠕变:在恒定温度下和恒定的载荷下传感器的输出随时间的变化.77推荐电桥压:在使用上最合适的外加电桥电压.哈尔滨理工大学学士学位论文-10-88最大桥压:不使传感器特性发生变化而能外加的最大供电电桥电压.99零平衡:外加推荐桥压下无负载时的输出值对额定输出的百分比.1010输入阻抗:无负载时输入端开放输出端的阻抗值.1111输出阻抗:无负载时输入端开放输入端的阻抗值.1212绝缘阻值:传感器的电路与本体之间的直流阻抗值.1313温度补偿范围:在传感器精度指标所规定的范围内对额定输出和零点进行补偿的温度范围.1414工作温度范围1515零点温度系数:无负载状态下由于周围环境温度的变化而引起的零点变化.通常以每10的输出值对额定输出的百分比.单位是%R.O.10.1616额定输出温度系数:在额定负载不变的状态下由于周围环境温度的变化而引起的输出变化通常以每10输出变化对负载输出的百分比.1717允许过载能力:不是传感器的特性发生任何永久的变化而所能施加的最大负载.允许过载能力以额定负载的百分比表示.3.1.43.1.43.1.43.1.4传感器的设计传感器的设计传感器的设计传感器的设计1.精度的选择：一般精度分3种:普通级0.5%中级0.2%0.05%高级0.05%0.01%。本次设计采用普通级。2.传感器在承载体上的合理布局:根据本次设计的所应用场合选用412M以下的中型承载台面可以选用1个称重传感器的中心分布。如图(3-2):图3-3平板型承载体传感器分布3.传感器与承载体的连接:传感器时接受垂直重力的作用来测量重量的水平力会导致弹性梁的损坏因此要尽可能予以避免。承受压力的传感器其承力压头的受力面呈圆形它于承载体的承力面是点接触。4.传感器的防雷与防电击:称重传感器在实际应用中防止强电侵害和预防雷电时必须注意的两个方面.传感器在安装的时候特别要防止支撑架、承载体的电焊作业进行。因为传感器的应变计电桥只能工作在低电压、小电流的状态下，一旦有强电窜入电桥电路，势必把电阻应变计烧毁。同样的道理，在传感器电缆与称重仪表和供电线路初次连接的时候，也要十分小心。如果供电电源的中线（N）不是零点势，应变计电桥与外壳地会产生一高电势差，往往也会烧毁电阻应变计。因此传感器哈尔滨理工大学学士学位论文-11-应设法防止强电侵害。将传感器外壳接地，和将传感器上下安装配件短路接地，这样可以起到有效的防护作用。5.具体硬件的公式计算从电源同一性上来考虑，电桥电源设计成5v对称式，首先满足AD转换芯片7109对正负电源的要求，而且信号放大电路也要求电源的对称性。力臂式桥型传感器输出的电压是3.5mv，取R1=R2=R3=R4=350，则其输出电压为：0UE(R4R3)(R1R1)(1+R1R1+R2R1)(1+R4R3)(3-1)设电桥臂比R2R1，由于R1=VC，那么最高位的1保留，否则清零，使次高位为1进行相同的过程直到SAR的所有位都被确定，转换过程结束后，SAR中的二进制码就是AD转换起的输出主要技术指标：分辨率：是输出数字量变化一个相领数码所需要输入模拟电压的变化量量化误差：指有限位数对模拟量进行量化而引起的误差偏移误差：指输入信号为零时输出信号不为零的值满刻度误差：指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想电压之差线性度：指转换器实际的转换特性与理想直线的最大误差绝对精度：数码对应的实际模拟输入与理想模拟输入的差的最大值转换速率：每秒转换次数3.4.33.4.33.4.33.4.3ICL7109ICL7109ICL7109ICL7109的简介的简介的简介的简介ICL7109为40引脚双列直插式封装，其引脚如图所示（1）ICL7109特性：它是由美国公司生产的一种性价比比较高的12位AD转换器。由于目前比较式的高速12位的AD的比较器的价格很高在很多场合也不合用，因此它比较合乎速度要求不高的场合，譬如：秤重压力测量等。1）高精度；低噪声；低漂移；高输出阻抗；低功耗；2）转换速度最快为每秒30次。当采用3.58MHz晶体振荡器的作振荡源时。每秒可作7.5次的转换；3）片内带有振荡器，外部可以接晶体或RC电路以组成不同频率的时钟电路；4）12位二进制输出，同时还有以为极性位和一位溢出位输出；哈尔滨理工大学学士学位论文-17-5）输出与TTL兼容，以字节式（高位低位）的三态输出，并有UART挂钩方式，可以简单的并行或串行接口接到微处理器系统；6）可以用RUNHOLD和STATUS信号监视和控制转换定时；7）所有输入端口都有抗静电保护电路。ICL7109内部有一个14位的锁存器和一个14位的三态输出寄存器，它有2种接口方式：直接接口方式；挂钩接口方式。在直接接口方式中，当ICL7109转换结束时，由STATUS发出转换结束到单片机，单片机对数据进行高字节和低字节进行读数。在挂钩借口方式时候，ICL7109提高工业标准的数据交换模式，用于远距离的数据的采集系统。GNDGNDGNDGNDVVVV+STATUSSTATUSSTATUSSTATUSREFREFREFREFININININ-POLPOLPOLPOLREFREFREFREFCAPCAPCAPCAP+ORORORORREFREFREFREFCAPCAPCAPCAP+BBBB12121212REFREFREFREFININININ+BBBB11111111INHIINHIINHIINHIBBBB10101010INLOINLOINLOINLOBBBB9999COMMONCOMMONCOMMONCOMMONBBBB8888INTINTINTINTBBBB7777AZAZAZAZBBBB6666BUFBUFBUFBUFBBBB5555REFOUTREFOUTREFOUTREFOUTBBBB4444VVVV-BBBB3333SENSENSENSENDDDDBBBB2222RUNHOLDRUNHOLDRUNHOLDRUNHOLDBBBB1111BUFOSCOUTBUFOSCOUTBUFOSCOUTBUFOSCOUTTESTTESTTESTTESTOSCSELOSCSELOSCSELOSCS