电阻应变片测重量

1、应变片测量一、系统组成框图电阻应变式传感器是应用广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感器。电阻应变式传感器具有结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测，灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量，可以测量多种物理量等诸多优点，已广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑等领域。本课题采用的是以8051 系列的at89c2051 单片机为核心开发电阻应变片重力测试的系统。系统硬件原理框图如图1-1 ：电lm阻324应集四位 数 码变成a/d 转管显 示 电式运换路传算感放器

2、大器图 2-1 系 统 框 图系统框图如图2-1 所示，电阻应变式传感器采集到重力信号传送给lm324 集成运算放大器，lm324 集成运算放大器是四运放集成电路，它采用14 脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。经过a/d 转换，将转换的数字信号发给显示电路显示，显示电路是由四位独立数码管组成。1-二、 电阻应变片重力测试原理电阻应变片简介：电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生 应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化。电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。电

3、 阻应 变片 的 测量 原理 为： 金属 丝的 电阻 值 除 了 与材 料的 性质 有关 之外 ，还 与金 属丝 的 长 度 ，横 截 面 积有 关。将 金 属丝 粘贴 在 构 件上 ，当 构 件受力 变形 时，金 属丝 长度 和 横 截 面积 也随 着构 件一 起变 化 ，进 而 发生 电阻 变 化 。dr/r=ks* 其 中， ks 为材 料的 灵 敏系 数 ， 其物 理意 义是 单 位应 变的 电阻 变化 率，标 志着 该类 丝材 电 阻应 变片 效应 显著 与否 。 为 测 点处 应 变 ，为无 量 纲 的量 ，但 习惯 上仍 给以 单 位微 应变 ，常 用符 号 表示 。由 此可 知

4、， 金 属丝 在产 生应 变效 应时 ，应 变 与 电阻 变 化 率 dr/r 成 线性 关系 ，这 就是 利 用金 属应 变片 来测 量构 件 应变 的理 论 基 础。三、电阻应变式传感器重力测试系统的单元电路介绍1、电阻应变式传感器的介绍、结构和类型电阻应变式传感器（straingaugetypetransducer）以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩

5、、位移、加速度和温度等多种物理量。图 3-1电阻应变片的基本结构1- 基底 ;2- 敏感栅 ;3- 覆盖层 ;4- 引线2重力应变等强度梁半 导 体 应 变电桥片输出电供电电源压uo功率信号显示单元单片放 大 及 v/f 电机路图 1. 基于应变式称重传感器的电子秤系统框图2、电阻应变式传感器的测量电路常规的电阻应变片k 值很小，约为2，机械应变度约为0.0001 0.001.所以 , 电阻应变片的电阻变化范围为 0.0005 0.1 欧姆，所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变片传感器中做常用的是桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的

6、一个对角线接入工作电压u，另一个对角线为输出电压u0，。起特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确的测量微小的电阻变化。电路图如下图所示：3其中 r1=r2=r3=r4=3503、 a/d 转化器 (adc0809)a/d0809 是一个带有8 路 =位 a/d 转换器， 8 路多路开关以及微处理兼容的控制逻辑 cmos组件。adc0809 的内部逻辑结构:4引脚结构:4、 adc0809 应用说 明1） adc0809 内部带有输出锁存器，可以与8051 直接相连。2）初始化时，使st 和 oe信号全为低电平。3）送要转

7、换的哪一个通道的地址到a,b,c 端口上。4）在 st 端给出一个至少有100ms 宽的正脉冲信号。5）是否转换完毕，我们根据eoc信号来判断。6）当 eoc变为高电平时，这时给oe为高电平，转换的数据被输出给单片机。四、电阻应变式电子称电路设计51、供电电源设计称重传感器的电源是由2 个 op-07 和互补对管q1 与 q2 组成称重传感器的第二级稳压电源，如图所示。这一级起到高精度稳压作用，其原理：（ 1 ） 15v 的三端稳压集成电路作为预稳压电源。(2) 选用低温漂特性的运放op-07 ，以降低运放受温度影响所产生的温漂。（ 3）从图可见， u 2、u 3 两个运放的输入端均接于精密电

8、压基准源mc1403 的输出端上而被钳位，可以认为u2、u3 输出电压的误差不会来自输入端。 （ 4） q1 与 q2 是一对互补对管，u 2、 u3 的负反馈电路分别通过这对互补管的发射极。当温度上升时，u 2 的输出电压上升，q1 的 veb 上升， i ab 上升。但是 u3 得输出电压也随之上升，导致q2 的 veb 电压下降，r ec 增大，使 i ab 下降， vab 维持了动态平衡；反之亦然。（ 5）由于正负三端稳压电源的作用，以及由 u2、 n1 和 u3、n 2 组 成 的 对 称 电 源 结 构 ， 称 重 传 感 器 电 桥 在 无 负 载 时vc 0、vd 0 。并且由

9、于高阻抗使电桥产生浮地效果，完全免除地线带来的干扰。综上述处理是传感器电桥电压达到十分稳定的效果，如果电桥的四臂 应变片的阻值相等，由于受到压力使电桥对臂阻值同时增大和减小，则电桥电压的精度将直接传递到电桥输出端。图 4. 运算放大电路2、称重传感器调零电路图 2. 中标 abcd部分是称重传感器全桥电路。电桥输出端对角线上接一个610 k 电位器， 滑动端通过 100 k电阻接与电桥电源负端。这是为了 客服制造工艺不完全对 称性 而设 计的 ，同 时兼 做去皮重电路 。 调节 r9 可使 vab 电位差等于10v， vcd 的输出范围为0-15mv。3、放大电路放大电路是由四个icl7650

10、组成差分输入单端输出的专用仪表放大电路。放大电路主要特点是： （ 1 ）采用 icl7650斩波自温零高精度放大器，能比较好的抑制共模电压干扰。（ 2）双端输入分别进入测量放大器的同相端，所以输入阻 抗大，能克服电桥传感器输出阻抗低的特点。（ 3）极低的温漂系数。 （ 4 ）加一级 低通有源滤波器 以滤除由于放大器icl7650内时钟斩波频率引起的尖峰脉冲干扰。调整 r 20 使放大倍数为：gr 262r 19） =250（ 10 ）（ 1+r 20r 17图 5. 放大电路4、 v/f 转换电路v/f 控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候

11、它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。lm331 是 性能 价格 比较高的集成芯片，可用作 精密 频率 电压 转换器、 a/d转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。lm331 采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0v 电源电压下都有极7高的精度。lm331 的动态范围宽，可达100db ；线性度好，最大非线性失真小于0.01 ，工作频率低到0.1hz 时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12 位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成v/f 或 f/v 等变换电路，并且容易保证转换精度。本系统采用电压/ 频率转换器lm

12、331。其特点是：体积小，精度高，价格低，串行输出，占用cpu 的 i/o线少。其最突出的不足之处是转换速度慢。以下是lm331 一些主要技术指标：（ 1） 最大线性度0.01% ，（ 2）满量程频率范围1hz 100khz图 6lm331的简化功能框图工作原理：图 6 为电压 / 频率转换器 lm331 的简化功能框图。内能隙基准电路产生1.9v直流电压 , 送到2 脚 , 外接 rs 形成基准电流i= 1.9/r s。（ i=50 500ua）。 输入电压 vin 送比较器，引脚6 通常与1 脚连接，当 k 合上后流过恒电流在rl 上产生压降 v 作为阈值电压。 在单脉冲定时器上设有定时比

13、较器，一个输入端恒接2/3vccx作为参考电压，另一个输入端接引脚5。v5 2/3v cc 单脉冲定时器内部的rs 触发器产生复位信号使k 断开 , 又迫使驱动晶体管截止。复位后使引脚5 与地短接，电容 c1 上的电荷释放，电压下降。使v5v , 输1 1inxc li nx入比较器使 rs 触发器产生启动信号使k 闭合 , 基准电流向cl充电。使vx 上升，直至 vxvin 。 输入比较器翻转 , 迫使单脉冲定时器产生复位信号使k 断开 , c l 向rl 放电 , 使 vxvin 。然后输入比较器再次启动定时器，开始下一次循环。8波形分析：单脉冲定时器内部的rs 触发器产生复位信号使k 断

14、开 , 又迫使驱动晶体管截止，使 v 为高点平， v v。此时驱3xinlxxi n动晶体管导通。从波形图看，vx vi n 后，要关闭k 是发生在v5 2/3v cc 时刻，而使驱动晶体管截止是在vx vi n 时刻。对 cl 充电平均电流： iave = i*t*fout， cl 对rl 放 电电流 v x/r l=vin /r l 。显然， lm331 工 作时 ：充电平 均电 流 =放 电电 流 :i ave i t fout vin / rlvin(11)foutrl itvin / rlvin rsfout2.09rl r1c 11.9 / rs 1.1r1c1图 7 lm331

15、的工作波形当前， 12 位以上的a/d 转换器的价格仍较昂贵，用v/f 变换器来代替a/d 转换器，在要求速度不太高的 场合是一种较 好的选择。 从传感 器来的毫伏级 的电压信号经低温漂运算放大器ina126放大到0 10v 后加到v/f 变换器lm331 的输入端 ，从 频率输 出端f o 输出 的频 率信号 加到单 片机的输入端t1 上。根据分辨率的要求图 8.v/f转换 电 路 图9利用软件处理，最后得到a/d 转换的结果。所以我们决定采用lm331 芯片v/f转换作为信号转换的方案。5、单片机电路（ a） at89c52 简介芯片功能介绍及设计：at89c52 是一种带4k 字节闪烁可

16、编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位 cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的 at89c52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此外， at89c52 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止

17、（ b）引脚说明vcc：供电电压。gnd：接地。图 9.at89c52芯 片 引 脚图p0 口： p0 口为一个8 位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl 门电流。当 p1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的第八位。在fiash 编程时，p0口作为原码输入口，当fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时p0 外部必须被拉高。p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向i/o口， p1 口缓冲器能接收输出4ttl 门电流。 p1 口管脚写入1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下 拉为 低电 平时，将输

18、出电流，这是 由于 内部上拉的缘故 。 在flash编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向i/o口，p2 口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl 门电流，当p2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash编程和校验时接收高八位

19、地址信号和控制信号。p3 口： p3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4 个ttl 门电流。当p3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作10为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill ）这是由于上拉的缘故。p3 口也可作为at89c52 的一些特殊功能口，如下表所示：p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2/int0 （外部中断0）p3.3/int1 （外部中断1）p3.4t0（记时器0 外部输入）p3.5t1（记时器1 外部输入）p3.6/wr（外部数据存储器写选通）p3.7/rd （外部数据存储器读选通）p3

20、口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst 脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale 脉冲。如想禁止ale 的输出可在sfr8eh地址上置0。此时，ale只有在执行movx， movc指令是ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外

21、部执行状态ale 禁止，置位无效。psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的psen信号将不出现。ea/vpp：当 ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000h-ffffh ），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时， ea 将内部锁定为reset；当ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash 编程期间，此引脚也用于施加 12v 编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。（ c）单片机原理图如图所示，u1

22、 为单片机芯片at89c52 工作于11.0592mhz 时钟，它的p3.5 脚（定时 / 计数器1 的外部脉冲输入端）和频率信号相连，对脉冲11序列计数，以获取频率信息，从而转换为重量值。u1 的p0 口和p2 口是数码管显示电路的接口。其中p0 口为 4 位位码，p2 口提供4 位段码（4 位 7 段数码显示）。图 10. 单片机的设计电路（ d）输出显示1. ）输出显示电路图：12图 11 显示电路2）程序#include reg52.h/ 包含头文件#include math.hsbit wei0=p00;/ 位定义sbit wei1=p01;sbit wei2=p02;sbit we

23、i3=p03;sbit cs_vf=p37;sbit rd_ vf =p36;sbit wr_ vf =p35;sbit le_573=p34;#define uint unsigned int/ 宏定义#define ulong unsigned long#define uchar unsigned char图 12 v/f信 号 读取及 处uchar code shuma=/ 码表0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x8e,0xc1,0xc7,0xc7;ulong xielv=4975;/ 定义全局变量ulong zhong=0;void init()/ 初始化函数le_573=0;wei0=0;wei1=0;wei2=0;wei3=0;13void delay_ms(unsigned int a)/ 延时函数unsigned int b;unsigned int c;for(b=0;ba;b+)for(c=0;c1010000)for(i=0;i80;i+)p2=shuma16;/ 显示千位wei3=1;del