电阻式传感器接口电路的设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上实验三 电阻式传感器的仿真与接口电路设计首先介绍一款应变片传感器YZC-1B称重传感器。它的主要参数见下表。专心-专注-专业额定载荷：3,5,8,10,15,20,25,30,35,40,45kg绝缘电阻：5000M工作温度范围：-40 +80灵敏度：2.0±0.002mv/v安全过载：150%F.S综合误差：±0.02%F.S极限过载：200%F.S蠕变：±0.02%F.S推荐激励电压：1012V(DC)零点平衡：±1%F.S最大激励电压：15V零点温度影响：±0.02%F.S/10密封等级：IP67输出温度影响：&

2、#177;0.02%F.S/10材质：铝合金输入电阻：405±5电缆：线长：0.33m；直径：4mm输出电阻：350±3输入+：红；输入-：黑；输出+：绿；输出-：白这种传感器主要的应用领域是电子计价秤、计重秤等小台面电子秤。它的外观是这样的。这个实验里首先对这样一款传感器进行仿真，然后设计一个接口电路，使其具有测量压力（重量）的功能。电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随着压力的变化而变化。对于金属导体，导体变化率R/R的表达式为: R/R (12)式中为材料的泊松系数；为应变

3、量。通常把单位应变所引起电阻值相对变化称作电阻丝的灵敏系数。对于金属导体，其表达式为:K0R/R(12)所以R/RK0。在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化为R时，可得到应变值，根据应力与应变关系，得到应力值为:E式中：为应力；为应变量（为轴向应变）；E为材料的弹性模量（kgmm2）。又知，重力G与应力的关系为Gs 。式中：G为重力；S为应变片截面积。 根据以上各式可得到：R/RK0mg/ES。由此便得出应变片电阻值变化与物体质量的关系，即RRK0mg/ ES。根据应变片的材料，取K0=2，E=16300kgmm2， s=100mm 2 ，R=350,g=

4、9.8ms，R=（2×9.8×348）（16300×100）m。最终确定电阻变化与质量的对应关系为：R =4.185×10-3m下面用multisim10建立一个包含有传感器和放大电路在内的电路原理图，来进行输入输出的仿真。原理图如下。在这个电路里采用了恒流源对传感器电桥的激励。适用四个350的电阻来代替传感器上的四个应变片。当没有外界压力的时候，传感器四个应变片不产生应变而保持原来的阻值，因此电桥平衡，输出为0。当传感器感知压力的时候，对角线的电阻阻值将发生相应的变化，因此破坏了电桥臂的平衡，有电压输出。但输出电压值很小。于是在后面连接了两级放大电路。

5、电路中有四个滑动变阻器分别是R13,R5,R10,R12 。其中R13和R5用于电路的调零，R10和R12用于调整电路的放大倍数。首先将放大电路两端接地调零。假定传感器在重物的压力下发生了应变，按照前面计算的关系R =4.185×10-3m，在受到30kg的重物的压力时，它的R应为0.125。于是调整电桥上的电阻的阻值为350.125,350.125,349.875,349.875。此时，为了使输出电压与输入的重量成对应关系，可调整滑动变阻器R10 和R12使输入30kg时输出3V。然后观测各表的显示并记录下来。可见，此时恒流源输出6.779mA电流，电桥输出874.434V的电压，

6、放大输出后的电压是2.999V。当传感器受到20kg的重物压力时，相应的电阻变化R时0.084。相应的输出是1.937V。这样再进行10kg、40kg、50kg情况下的仿真。记录在表格里。重量(kg)1020304050R（）0.0420.0840.1250.1670.209电桥输出V284.737571.183847.43411321417放大后输出V0.8361.9372.9994.0935.187仿真结果并不理想。接下来讲输出的电压经过A/D转换输入单片机并仿真。在proteuse中建立原理图。放大器输出A/D转换电路 单片机图中的恒流源、传感器电桥、放大电路已在前文出现，接下来是A/D

7、转换、单片机处理和液晶显示。A/D转换采用ADC0809（仿真中用ADC0808），单片机采用89C51。在Keil4中编写代码编译并生成 .hex文件（代码在附录2中）。双击图中的AT89C51加载 .hex文件，查看仿真结果。在液晶屏幕上显示出了电压（或者说物体的重量）。下图是这次实验的完整电路。接下来是由protel99 SE再绘制原理图，形成PCB版图，并焊电路板。附录1：元器件一览表名称数量名称数量附录2：/- include.h -#ifndef _INCLUDES_H_#define _INCLUDES_H_#include <REGX51.H>#include &q

8、uot;SMC1602.h"#include "DATransform.h"#endif/- main.c -#include "includes.h"#define TIME0H 0x3C#define TIME0L 0xB0/全局变量unsigned char uc_Clock=0;/定时器0中断计数bit b_DATransform=0;/LCD上显示电压void vShowNum(unsigned int uiNumber)unsigned char ucaNumber3,ucCount;if(uiNumber>999)uiNum

9、ber=999;ucaNumber0=uiNumber/100;/把计算数字的每个位存入数组。ucaNumber1=(uiNumber-100*(int)ucaNumber0)/10;ucaNumber2=uiNumber-100*(int)ucaNumber0-10*ucaNumber1;for(ucCount=0;ucCount<3;ucCount+)vShowOneChar(ucaNumberucCount+48);/从首位到末位逐一输出。/if(ucCount=0)/vShowOneChar('.');void delay(unsigned char a)unsi

10、gned char i;while(a-)for(i=100;i>0;i-);void main()/char key_pre=0,key_cur=0;char weight;/设置定时器0TMOD=0x01;/定时器0，模式1。TH0=TIME0H;TL0=TIME0L;TR0=1;/启动定时器。ET0=1;/开定时器中断。 EA=1;/开总中断vdInitialize(); vWriteCMD(0x00);vShowChar(" "); while(1)vWriteCMD(0xC0);vShowChar(" xiexie DUlaoshi");

11、while(b_DATransform!=1); b_DATransform=0;while(weight=uiADTransform()=0); vWriteCMD(0x88);/vShowNum(" "); vShowNum(weight);vShowChar(" kg");vWriteCMD(0xC0);delay(250);delay(250);delay(250);delay(250);vdCleanLCD() ;/定时器0中断函数void Time0() interrupt 1if(uc_Clock=0)uc_Clock=5;b_DATran

12、sform=1;elseuc_Clock-;TH0=TIME0H; /恢复定时器0。TL0=TIME0L;/- DATransform.h -#ifndef _DATRANSFORM_H_#define _DATRANSFORM_H_unsigned int uiADTransform();#endif/- SMC1602.h -#ifndef _SMC1602_H_#define _SMC1602_H_#include <REGX51.H>/LCD设置函数#define vdInitialize()vWriteCMD(0x01);vWriteCMD(0x38);vWriteCMD

13、(0x0C);vWriteCMD(0x0F);/初始化#define vdCleanLCD()vWriteCMD(0x01); /清屏/#define vdSetShowMode()vWriteCMD(0x38);/显示模式设置：8位2行5x7点阵/#define vdSetInput()vWriteCMD(0x0C);/文字不动，光标自动右移/vWriteCMD(0x0F); /显示器开、光标开、闪烁开/端口设置宏定义#define LCDRS P3_5 /寄存器选择信号： /0-数据寄存器； /1-指令寄存器。#define LCDRW P3_6 /读写信号： /1-读LCD； /0-写L

14、CD。#define LCDE P3_7 /片选信号，当输入下降沿信号时， /执行指令或传送数据。#define LCDPORT P0 /LCD数据接口。/写数据命令函数void vDelay(); /延时函数。void vWriteCMD(unsigned char ucCommand); /把1个命令写入LCD。void vWriteData(unsigned char ucData); /把1个数据写入LCD。void vShowOneChar(unsigned char ucChar);void vShowChar(unsigned char ucaChar);#endif/-DATr

15、ansform.c-/AD转换函数#include <REGX51.H>#define START P3_4 /ATART，ALE接口。0->1->0:启动AD转换。#define EOC P3_3 /转换完毕由0变1.#define OUTPORT P2 /AD转换函数，返回转换结果。/转换结果是3位数，小数点在百位与十位之间。unsigned int uiADTransform()unsigned int uiResult;START=1; /启动AD转换。START=0;while(EOC=0); /等待转换结束。uiResult=OUTPORT; /出入转换结果

16、。uiResult=(100*uiResult)/51; /处理运算结果。return uiResult;/-SMC1602.c（SMC1602驱动程序）-#include "SMC1602.h"/把1个命令写入LCDvoid vWriteCMD(unsigned char ucCommand) vDelay();/先延时。LCDE=1;/然后把改为写入命令状态。LCDRS=0;LCDRW=0;LCDPORT=ucCommand;/再输出命令。LCDE=0;/最后执行命令。/把1个数据写入LCDvoid vWriteData(unsigned char ucData) vD

17、elay(); /先延时。LCDE=1; /然后把改为写入数据状态。LCDRS=1;LCDRW=0;LCDPORT=ucData; /再输出数据。LCDE=0; /最后显示数据。void vShowOneChar(unsigned char ucChar)switch(ucChar)case ' ': vWriteData(0x20);break;case '!': vWriteData(0x21);break;case '"': vWriteData(0x22);break;case '#': vWriteData(0

18、x23);break;case '$': vWriteData(0x24);break;case '%': vWriteData(0x25);break;case '&': vWriteData(0x26);break;case '>': vWriteData(0x27);break;case '(': vWriteData(0x28);break;case ')': vWriteData(0x29);break;case '*': vWriteData(0x20);b

19、reak;case '+': vWriteData(0x2A);break;case '-': vWriteData(0x2D);break;case '/': vWriteData(0x2F);break;case '=': vWriteData(0x3D);break;case '<': vWriteData(0x3E);break;case '?': vWriteData(0x3F);break;case '.': vWriteData(0x2E);break;case

20、':': vWriteData(0x3A);break;case '0': vWriteData(0x30);break;case '1': vWriteData(0x31);break;case '2': vWriteData(0x32);break;case '3': vWriteData(0x33);break;case '4': vWriteData(0x34);break;case '5': vWriteData(0x35);break;case '6':

21、vWriteData(0x36);break;case '7': vWriteData(0x37);break;case '8': vWriteData(0x38);break;case '9': vWriteData(0x39);break;case 'A': vWriteData(0x41);break;case 'B': vWriteData(0x42);break;case 'C': vWriteData(0x43);break;case 'D': vWriteData(0x

22、44);break;case 'E': vWriteData(0x45);break;case 'F': vWriteData(0x46);break;case 'G': vWriteData(0x47);break;case 'H': vWriteData(0x48);break;case 'I': vWriteData(0x49);break;case 'J': vWriteData(0x4A);break;case 'K': vWriteData(0x4B);break;cas

23、e 'L': vWriteData(0x4C);break;case 'M': vWriteData(0x4D);break;case 'N': vWriteData(0x4E);break;case 'O': vWriteData(0x4F);break;case 'P': vWriteData(0x50);break;case 'Q': vWriteData(0x51);break;case 'R': vWriteData(0x52);break;case 'S'

24、: vWriteData(0x53);break;case 'T': vWriteData(0x54);break;case 'U': vWriteData(0x55);break;case 'V': vWriteData(0x56);break;case 'W': vWriteData(0x57);break;case 'X': vWriteData(0x58);break;case 'Y': vWriteData(0x59);break;case 'Z': vWriteData(

25、0x5A);break;case 'a': vWriteData(0x61);break;case 'b': vWriteData(0x62);break;case 'c': vWriteData(0x63);break;case 'd': vWriteData(0x64);break;case 'e': vWriteData(0x65);break;case 'f': vWriteData(0x66);break;case 'g': vWriteData(0x67);break;case 'h': vWriteData(0x68);break;case 'i': vWriteData(0x69);break;case 'j': vWriteData(0x6A);break;case 'k': vWriteData(0x6B);break;case