电子配料秤课程设计

1、辽宁工业大学技术基础课程设计（论文）题目：电子配料秤院（系）： 电气工 程 学 院专业班级： 电气 091学 号 090303007学生姓名： 张宝全指导教师 教师职称 起止时间 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电子信息工程号 学全 宝 张课程设计 （论文） 题目量 动控 重 自动 定的产。 将不 用于流 要置的 常需装需 经常计量路所 中重计 产 料重 设计 生 加料 ） 业 加 2） ： 种 （ ： 数 工 一 求 参 在 计 1 要 计 1） 设 能 设（ 现 功课程设计（论文）任务案 用 简 行方 应 繁 可 及 的 定 标 构 敲 指、指 、结 ， 源 能性

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3、师评语及成绩：年日 月辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目录第 1 章电子配料秤设计方案论证 11.1 电子配料秤的应用意义 11.2 电子配料秤设计的要求及技术指标 11.3 设计方案论证 11.4 总体设计方案框图及分析 2第 2 章电子配料秤各单元电路设计 32.1 传感器路设计 32.2 传感器放大电路设计 42.3 比较器电路设计 62.4 直流稳压电源的设计 7第 3 章电子配料秤整体电路设计 9.3.1 整体电路图及工作原理 93.2 电路参数计算 103.3 整机电路性能分析 10第 4 章 设计总结 11参考文献 11电子配料秤设计方案论证1.1 电

4、子配料秤的应用意义配料工序是工厂中关键性环节。 配料是采用特定的配料装置， 按照饲料配方的要求， 对多种不同品种的饲料原料进行准确称量的过程。配料装置的核心设备是电子配料秤。 配料秤性能的好坏，将直接影响配料质量的优劣。在电子配料秤的使用当中，人们常用 配料精度来评定配料秤的性能好坏。配料精度实际上是对称量结果与真值的接近程度的 一种描述，也就是对配料系统误差与随机误差的一种反映。 采用微机控制进行称重配料， 可以对称量误差进行自动补偿，保证配料的准确性，还可以通过微机的键盘和显示器方 便地进行人机对话，完成参数设置，检查和修改工艺设定值，并监视称重配料的生产过 程，发现故障及时报警。使用微机

5、还可以调用管理程序，通过建立的模型自动完成对称 重配料系统的控制。因此，采用微机控制称重配料系统，可降低原料消耗，提高产品质 量，实现生产过程的科学管理。而电子配料秤成本低，制作简单，测量准确，分辨率高， 不易损坏和价格便宜等优点。1.2 电子配料秤设计的要求及技术指标1. 配料精度优于百分之一。2. 配料重量连续可调，料满自动停止加料。3. 工作稳定可靠。1.3 设计方案论证方案一：通过秤重电桥产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入 A/D 转换芯片 AD7799进行 A/D转换，转换后的数字量输入单片机，有单片机进行数据处理和对 A/D 转 换的控制，再有单片机输出显示信号，通过显示电路

6、进行显示。此方案的优点是可控制 性好，电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限。但要求是用我们所学的数字 电路知识，运用简单数字芯片进行设计，单片机需要编写程序进行数据处理。故我们不采用。但是次电路过于复杂方案二：其电路构成主要有传感器电路电路，差动放大电路，比较器电路，首先利用 由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，再将模拟信号放大传送。其 次，由比较器把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进行一定比较 从而得到配料的多少这里采用第二种方案1.4 总体设计方案框图及分析图一首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号， 再将模拟信号放 大传送。其

7、次，由比较器把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进 行一定比较其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感 器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差 动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，对输入信 号电平的要求。电子配料秤各单元电路设计2.1 传感器驱动电路设计图三如图所示为压力传感器的驱动电路， A1 与晶体管 VT构成驱动电路，这里采用 VT进 行电流放大，由稳压二极管 VS的稳压电压 Uz通过 A1加到 RP上，因此 RP上的电压等于 稳定电压 Uz.于是 Iz=Uz/RP. 由于电压

8、Uz 恒定不变，因此，输出电流 Iz 有 RP来决定。 这样，调节 RP1的阻值就能够得到供给给压力传感器所需要的电流 Iz.2.2 传感器及放大电路设计图四电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它 是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和 半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将 应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化 时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压 发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种

9、应变片都组成应变 电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大， 再传输给处理电路 （通常是 A/D 转换和 CPU） 显示或执行机构。电阻应变片的结构，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护 片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电 阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的 温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电 路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至 几十千欧左右。如图所示 A1,A2 为压力传感器的放大电路采用两个运算放大器构成的差动放大电 路，

10、增益 Av=R3/R4。 差放的基本性能是指差放对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力。(1) 差模电压增益差模电压增益分为单边差模电压增益 Avds1(或 Avds2)和总差模电压增益 Avd, 它们定义为：(2-2-1)(2-2-2)可见，在电路参数相同的条件下，若为差放双端输出方式时，差模电压增益和单管放大电路相同；而单边差模电压增益为单管放大电路的一半。(2) 差模输入电阻差模输入电阻分为单边差模输入电阻 Rids和双端差模输入电阻 Rid。Rids 是指从一个输入端到地之间看进去的输入电阻，定义为(2-2-3)(2-2-4)(3) 差模输出电阻差模输出电阻分为单边差模输出电阻 R

11、ods 和总差模输出电阻 Rod。Rods 是指 从一个输出端到地之间看进去的输入电阻， Rod 是指从两个输出端看进去的输 入电阻。(1)对差模输入信号的放大作用当差模信号 vId 输入（共模信号 vIc=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性 相反，即 vI1=vI2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致 两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压 vod1、vod2 大小相等、极性相反， 此时双端输出电压 vo=vod1 vod2=2vod1=vod,可见，差放能有效地放大差模输入信 号。要注意的是：差放公共射极的动态电阻 Rem对差模信号不起 （负反馈 ）作用（2）

12、对共模输入信号的抑制作用当共模信号 vIc输入 （差模信号 vId=0）时，差放两输入端信号大小相等、极性 相同，即 vI1=vI2=vIc,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两 输出端对地的电压增量， 即差模输出电压 voc1、voc2 大小相等、极性相同，此 时双端输出电压 vo=voc1 voc2=0,可见， 差放对共模输入信号具有很强的抑制能 力。此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与 干扰的能力。2.3 比较器电路设计图五如图为比较器电路比较器是用来比较输入信号 Vi 和参考电压 Vref 的电路比较器的门限电压随输出电压的变化而变化， 可以用来

13、控制加料的多少 比较器的基本特点 :(1) 工作在开 环或正反馈状态。 (2) 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平 两个稳定状态。 (3) 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。从输出引一个 电阻分压支路到同相输入端，电路如图 9.4.3 所示。当输入电压 Vi 从零逐渐增大，且 ViVT 时，Vo=Vom,VT称为上限触发电平。2.4 直流稳压电源的设计将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压 u2 较小。2) 整流电路：将变压器次级交流电压 u2 变成单向的直流电压 u3，它包含直流成份和许多谐波分 量。3) 滤波电路：滤除脉动电压 u3 中的谐

14、波分量，输出比较平滑的直流电压 u4。该电压往往随电网 电压和负载电流的变化而变化。4) 稳压电路： 它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电 源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。本电路的目的是在第一级稳压的基础上实现线形高精度稳压， 降低纹波，提高电压调 整率和负载调整率，最终达到题目的指标要求。原理如图所示此电路继承了DC-DC变换器的输出电压。在本电路中，首先输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压， 接到由运放组成的比较电路的正端输入脚。输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负 输入端。运放的输出电压控制达林顿管的发射极电压， 得到所需的高

15、度稳定的支流电压。 在输入端电路加入了过压保护，串联了附加电路，用于消耗过电压存储的电磁能量，从 而使过电压的能理不会加到主开关的器件上，为了使主电路更安全，也加入了阻容吸收 电路。至此输入端电路设计完毕。电子配料秤整体电路设计3.1 整体电路图及工作原理首先，输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压， 接到由运放组成的 比较电路的正端输入脚。输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输入端。运放的输 出电压控制达林顿管的发射极电压，得到所需的高度稳定的支流电压。调节RP1的阻值就能够得到供给给压力传感器所需要的电流 Iz 差模信号 vId输入 （共模信号 vIc=0） 时，差放两输入端信号大

16、小相等、极性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压 vod1、 vod2 大小相等、极性相反，此时双端输出电压 vo=vod1 vod2=2vod1=vod,可见，有效地放大差模输入信号。 共模输入信号具有很强的抑制 能力。此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声 与干扰的能力。最后 比较输入信号 Vi 和参考电压 Vref 的电路比较器的门限电压随 输出电压的变化而变化，可以用来控制加料的多少 。3.2 电路参数计算SP30C 系列压力传感器的额定压力，对于 501 为+-0.5/kgf

17、/cm*cm ，对于 102 为 +-1.0kgf/0+-20mv; 使用温度范围为 -20 到+80C;满标度电压为 60 到 140mv;失调电压为 0+-20mv;. 桥电阻为 5K+-1K;驱动电流为 1mv.电路中的 A1构成恒流源电路 , 调节 RP2为 SP30C传感器提供 1mA的驱动电流 .由于 SP30C无电零电路 ,因此用 A2构成调零电路 ,调 节 RP1使输入为 0时输出也为 0.A3 到 A5构成仪用放大器对 SP30C的输出信号进行放大 .3.3 整机电路性能分析其电路构成主要有测量电路， 差动放大电路， 比较器电路。 其中测量电路中最主要的 元器件就是电阻应变式

18、传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应 用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的 微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，对输入信号电平的要求。10第 4 章 设计总结电子配料秤成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。 在生产生活中占有重大的意义。本设计主要应用传感器，放大器。尤其是传感器应用相当广泛，值得我们去学习。 通过课程设计， 我了解并发很多电路原理， 而且懂得了如何辨别电路中各个部分的作用 对模拟电子技术的认识得到了进一步的提高。针对模拟电子技术书本知识得到了进一步 的巩固，具体化就是加深了我对模电原理的结构的理解。我的收获很大。通过课程设计 和在设计过程中遇到的问题的思考，有效的提高了我对电子电路的认识和理解，切实的 提高了我的认知模电原理的能力，补全了我的不足。通过这次课程设计，我巩固所了学 过的知识，能用学过的功放，运放，负反馈设计电路。通过这次实际动手能力的培养， 我进一步熟悉了电路的结构和各元件使用方法，基本达到了能辨别电路功能，设计简单 的应用电路的水平。参考文献1：常健生主编检测与转换技术 机械工业出版社 19972：陈尔绍编著传感器使用装置 人民邮电出版社 19993：沙占