体重计的设计

1、李胡陈杨实验小组成员:李北齐070921047陈甜 070922035胡亚冰070921046陈浩宁070921010杨洋 070921019胡希俅070921028基于电阻式传感器的体重计电阻式传感器：电阻式传感器在传感器家族中占有十分重要的地位，也是一种历史悠久使用广泛的传感器。电阻式传感器大体可以分为两类：一类是金属应变片型，它是用金属丝或金 属箔作敏感元件制成的片状传感器。另一类是半导体扩散型压阻传感器， 是近些 年来发展起来的新型传感器。金属应变片传感器由弹性元件、金属应变片和其他附件组成。当弹性元件变 形时，粘贴其上的电阻应变片随之变形，并把变形转化为电阻值的变化。金属应变片主要有

2、基片、金属丝或金属箔、覆盖层以及引线等4部分组成。金属丝（箔）是应变片的敏感核心；覆盖层起到保护作用和定位作用，引线作为 测量的连接线；底基起绝缘保护作用。通常，在仪器中采用的应变片有两种类型，一种是丝式应变计，另一种是箔 式应变计。半导体固态压阻式传感器具有高灵敏度、高分辨率、体积小、工作频带宽、 测量电路可与敏感部分一体化等优点。通常把半导体应变式传感器称之为压阻式传感器。半导体应变元件主要有两大类型：体型半导体应变片；扩散式半导体应 变片。传感器电路有：恒压源供电直流电桥和恒流源供电直流电桥。机械设计：采用哪一种应变片应根据实际情况确定。本实验不进行机械部分的设计，主 要在于电桥传感器电

3、路和采集处理以及显示的设计。实验原理：利用金属或者半导体的应变效应制作出电阻式传感器，传感器将感受到的压 力将导致传感器的敏感元件的电阻发生变化， 如果敏感元件在一个惠斯通电桥中 为某一个桥臂，将会使电桥失去平衡结果将反映在电桥电路的输出电压上。由于传感器的电阻变化量是很微小的， 所以电压的输出量也会很小，这就要利用运放 将输出电压进行一定倍数的放大输出。然后将放大的电压信号通过模数转换模块 变成数字信号，最后送入微控制器（或微处理器）进行处理输、显示，就可以实 现重力的测量。实验框图:直流电源框图:变压器降压电容滤波稳压全波整流传感器框图:直流电桥一差动放大一反向器输岀直流电源电路图:TAN

4、-2=-2SECECCC<YYYYYWTR1变压器变止传感器电路图:右療电桥差动放凳反何器RV1.2CkR3 11总电路图:T|佶二 |警|壬官|艺告|吃兰芒|否e R_4 u n ._! U i_i rr s-j' lj<e_fi_ih_r_ii_rr_i2a-<£IIsiilillll團B xIN 1R S3-1 三厂 i=. r>jiII >< >7 TT1O "on£j 丁口m-fl O 匚*母ni t act. 1i 二L 0*0ji 1| > 严?r"nrEgs吕num:-勾甲.l&qu

5、ot;313实验步骤：1. 制作5V稳压电源 确定初级线圈和次级线圈的比值，比如本实验的 40: 1; 确定所用滤波电容的电容值，因为作为滤波使用，所以需要比较大的电 容值，一般使用电解电容。本实验取 10uF; 选用合适的稳压管，击穿电流不能太大，不然可能没有工作在击穿区。2. 制作具有一定灵敏度的传感器 首先确定使用哪种电桥，是单臂桥，是半桥，还是全桥；一般来说，如果条件允许，选用双臂桥或者四臂桥灵敏度较高，温漂较小，本实验中，如果只 改变一个变阻器，就是双臂桥；如果同时改变两个变阻器（向相反方向改变），就是四臂桥！ 即便是四臂桥，敏感元件感受到的变化量往往也是非常小的，所以感受到的信号需

6、要进行放大处理，根据集成运放的特性，可以设计出合适的加减运算 电路，同时又可以放大。合理选择各个电阻的大小。最后还原信号的方向，加上 一个反向器（也就是一个反向比例放大电路，只不过放大倍数为1罢了）。3. 连接所有电路部分 将传感器电路输出端接在AVF单片机模数转换输入引脚上，或者接在一块模数转换芯片输入引脚上，模数转换芯片的输出引脚再与51单片机的输入引脚相连； 将自己制作的直流电源接在需要供电的地方； 连接显示模块。作为数值显示，可以考虑使用数码管（用动态扫描方式 显示），可以考虑使用字符型液晶显示模块显示，还可以考虑使用图形液晶模块 显示；利用数码管不能显示字符，太单调；利用图形液晶又太

7、浪费（杀鸡焉用牛 刀？）；所以考虑使用字符液晶显示。连接好供电线路，连接好控制线路和数据 线路。4. 编写单片机程序自己编写的液晶显示器驱动程序（lcd1602.h ）: /* 注意，请在使用时先定义各个控制端口和数据端口它们分别是 RS,RW,EN,lcddata#defi ne RS PORTB.O#defi ne RW PORTB.1#defi ne EN PORTB.2#defi ne Icddata PORTA*/#include "delay.h"void writecom(u nsig ned char com)/写命令函数RS=0;写命令模式(RW=0del

8、ay_ms(1);lcddata=com;delay_ms(1);EN=1;delay_ms(1);EN=0;void writedat( un sig ned char dat)写数据函数RS=1;写数据模式(RW=0delay_ms(1);lcddata=dat;delay_ms(1);EN=1;delay_ms(1);EN=0;写字符串函数void writestri ng(un sig ned char adr,u nsig ned char *str) un sig ned char i=0;writecom(adr);while(stri)writedat(stri);i+;voi

9、d lcdclear()清屏函数RS=0;写命令模式(RW=0delay_ms(1);lcddata=0x01;delay_ms(1);EN=1;delay_ms(1);EN=O;void Icdi ni t()初始化函数delay_ms(30);writecom(0x38);初始化显示模式delay_ms(5);writecom(0x06);光标右移，整屏不移动delay_ms(5);writecom(0x0c);/0X0f为显示光标并闪烁，0x0e为显示光标但不闪烁,0x0c为不显示光标delay_ms(5);writecom(0x01);清屏。主程序：/*Project :Versio

10、n :Date : 2009-12-28Author :李北齐Compa ny :咸宁学院Comme nts:Chip type : ATmega16Program type : Applicati onClock freque ncy : 4.000000 MHzMemory model : SmallExternal RAM size : 0Data Stack size : 256*#in clude <mega16.h>#defi ne RS PORTD.5#defi ne RW PORTD.6#defi ne EN PORTD.7#defi ne lcddata PORT

11、C#include "lcd1602.h"un sig ned char lcdcode="Weight:"un sig ned char lcdcode2="kg"unsigned char disbuff5=0,0,0,'.',0; void readdata()/这个函数也很简单。un sig ned int adctemp,adcdata;adctemp=ADCW;adcdata=(u nsig ned Ion g)adctemp*5000/1024; disbuff0=adcdata/1000+48;disb

12、uff1=adcdata%1000/100+48;disbuff2=adcdata%100/10+48; disbuff4=adcdata%10+48;void mai n()DDRD.5=1;DDRD.6=1;DDRD.7=1;DDRA=0X00;DDRC=0XFF;ADMUX=0X40;采用AVCC参考电压，通道为 ADC7.ADCSRA=0XE5;使能ADC启动ADC自动转换允许，ADC采用32分频时钟while(1)delay_ms(10); 烁感。ADCSRA.7=0;readdata();/lcd in it(); lcdclear(); writestri ng(0x80,lcd

13、code);延时10ms,1S钟4个数码管每个显示25遍，不会有闪使能ADC位清零，停止转换。读取数据。writestri ng(0x87,disbuff);writestri ng(0x8c,lcdcode2);ADCSRA.7=1;/ 重新使能ADC开始转换ADCSRA.6=1;5.仿真测试直流电源部分:Cliaiihei CrleveltoOtM-Shaid廿mVCtiaintel Bio厂DC ghO OFFAuto |!丄M3l-12£HM直流电源未滤波前Di t *1 Dsci ll&&c4>pcPCMiD 仃冃IHLrPC:GND叫JOFF叭IT二

14、10ChM-ShDICuraors,|Cliaiiiiei CAu-.l _ IClraml Ev 护 | mv直流电源滤波后R2变压器变圧全波整渝10I1F10kDIQDE-ZENX RV1C1ZS. 05电容滤波齐纳二扱辻総压传感器部分:克縊皑桥菱动放大反向罟RV1改变变阻器阻值:改变电阻阻值2:总电路:U3RESET4()33 PAO/ADCO PA1/ADC1 PA2/ADC2PA3/A1DC3PA4/ADC4PA5/ADC5PA6/ADC6PA7/ADC7PC0/9CL PCVSDA PC2/TCK PC3/TMS PC4fTD0PC5/TDIPC6/TCSC1PC7/TOSC2PD

15、O/RXDPD1/IXDPD2/INT0PD3/INT1PD4/OC1B2301'2425D3' 2S04'27D寸2&D6'29旳DO2216HE1&实验相关计算：假设质量与电阻之间有 R=KM勺关系(k 为常数)当有/M，则有/ R =k / M . 电桥的两端的输出电压为：R R -/R/Rk/M()UiUiUi ,2R2RRRR4设电桥为等臂电桥，差分放大部分电阻满 足：R2 / R3 二 R1 / R4 若反向器部分的电阻满足：R6 / R7 =R5, 则传感器电路最终输出电压的值为：Uo=kMUi R3R = k，M ,考虑到AVR单片机能采集的电压范围是：0-5V ,R R2 R6所以k '： 1,