设计总结报告

1、. . 呢土壤表层紧实度传感器摘要：土壤紧实度又叫土壤硬度或土壤坚实度或土壤穿透阻力。一般用金属柱塞或探针压入土壤时的阻力表示单位为Pa。土壤紧实度是指土壤抵抗外力的压实和破碎的能力，是土壤性质的其中一个方面。另外，土壤物理性包括土壤质地、构造、孔隙性等，涉及到土壤的坚实度、塑性、通透性、排水、蓄水能力、根系穿透的难易等，本实验暂不考虑。目前土壤紧实度传感器测定有专门的土壤紧实度仪，土壤硬度计等，但对于土壤表层紧实度的测量结果都不令人满意，本课题便对此展开研究。关键字：压力传感器、AD620芯片、仿真、一、研究意义：本课题的课题任务是制作土壤表层紧实度传感器，包括其机械构造和压力传感器电路局部

2、。土壤外表紧实度不仅影响种子的发芽破土率及其作物的根系发育状况，同时也直接影响作物对土壤水分的吸收。不利的土壤紧实度几乎会影响土壤的各个理化性质，导致作物根部不能获得良好的养分和水分，阻止作物对营养物质的吸收，使作物不能够正常生长。因此准确有效地采集土壤外表的含水率及紧实度对农业工程，水土保持，作物生长等领域均具有重大意义。对于土壤紧实度的测量，一般都用土壤坚实度仪或圆锥指数仪进展测量，国内外通用的是以美国农业工程师协会ASABE标准制定的圆锥指数仪1，或是在该标准上所进展的改进行，如国内研制的Ty-1000数字式土壤坚实度仪和STJ-型数字式土壤坚实度仪等2。但是上述仪器对于土壤表层紧实度的

3、测量却有很大缺陷。传统的土壤紧实度测量方法均采用圆锥指数仪，但圆锥指数仪并不适用于表层土壤，主要原因在于圆锥指数仪刚插入土壤表层时，受力非常小，测量精度极差。因此，本实验提出改变圆锥指数仪锥顶局部构造，将其由锥形改进为平板形，增大受力面积，以提高测量精度。二、课题研究内容：主要对土壤表层紧实度传感器进展了以下几个局部研究：1、机械构造方面研究2、压力传感器电路研究：由于传感器输出电压很微弱，因此设计放大电路将输出电压进展放大以便观察电压变化。3、对压力传感器标定研究：通过给传感器施加重量对压力传感器进展标定，使其满足实际应用要求。三、传感器及芯片介绍1、压力传感器又称荷重传感器，考虑到使用地点

4、的重力加速度g和空气浮力f的影响后，通过把其中一种被测量质量转换成另外一种被测量输出来测量质量的力传感器。压力传感器由敏感元件、转换元件、后续处理局部组成，压力传感器一般应用应变片来实现压力的测量，应变片的制造原理是依据桥式电路，当在桥臂上的电阻满足这样的条件：R1R3=R2R4时电桥平衡，那么输出的电压为零，当电阻由变化的时候，电桥不平衡，有一定的电压输出。可分为单臂电桥、双臂电桥、全臂电桥，其输出的电压与电阻的变化量成近似的线性变化。应变片是很薄的薄片，上外表镶嵌两个有电阻丝制成的电阻，同时下外表也有两个同样的电阻，在连接上形成桥式电路，当应变片上没有压力是，输出的电压为零，当有压力作用时

5、，上边的电阻变大，下面的电阻变小，电桥不平恒，而且是一样的电阻丝，其电阻的变化量一样，输出的电压与电阻的变化量成线性关系，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号电压或电流，从而完成了将外力变换为电信号的过程。这样就可以测量出压力的大小。型号：CZA-106压力传感器，是一种电阻应变片式传感器，随着加工工艺,粘贴工艺等的技术进步,电阻应变式压力传感器的准确度,可靠性大大提高, 在自动检测与控制技术领域里得到了广泛应用。32、AD6204仪表放大器的简介：AD620是一款低本钱、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10,000。此外，AD620采用8引脚SOIC和D

6、IP封装，尺寸小于分立电路设计，并且功耗更低最大工作电流尽1.3mA，因而非常适合电池供电及便携式应用。AD620具有高精度最大非线性度40ppm、低失调电压最大50V和低失调漂移最大0.6V/特性，是电子称和传感器接口等精细数据采集系统的理想之选。此外，AD620还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性。仪表放大电路是由三个放大器所共同组成，其中电阻R与RX来调整放大的增益值，其关系式如1所示，唯须注意防止每个放大器的饱和现象放大器最大输出为其工作电压±Vdc。仪表放大电路示意图一般而言，上述仪表放大器都有包装好的成品可以买到，我们只需外接一电阻即式1中之RX，依照其特有的关系式调

7、整至所需的放大倍率即可。图2所示为AD620仪表放大器的外围引脚图。其中1、8脚需跨接一电阻来调整放大倍率作用同式1中之RX，4、7脚需提供正负相等的工作电压，由2、3脚接输入的放大的电压即可从6脚输出放大后的电压值。5脚那么是参考基准，如果接地那么第6脚的输为输为与地之间的相对电压。AD620的放大增益关系如式2、式3、所示，由此二式我们即可推算出各种增益所要使用的电阻值RG了。图2、AD620引脚示意图引脚功能如下： 1、8：外接增益调节电阻； 2：反向输入端； 3：同向输入端； 4：负电源； 5：基准电压； 6：共地信号输出； 7：正电源。3、LMC76605芯片简介：LMC7660是一

8、个CMOS电压转换器，能够将范围+10V至+1.5V内的正电压转换为相应的范围为-1.5V至-10V的负电压。该转换器的特点：可以在整个温度和电压范围内操作，无需使用外部二极管，低静态电流，高功率效率。LMC7660用其内置的振荡器使4个电源MOS开关的切换和两个廉价的电解电容的充电。在整个温度和电压范围内操作，无需外部二极管，其电压转换效率97，电源转换效率95，只有2个外部元件易于使用。三、紧实度传感器电路的设计：1、紧实度传感器的主要指标及功能要求1紧实度传感器的主要指标：综合精度：0.01；输出灵敏度：1±0.15mV；非线性：0.05%FS；输入输出阻抗1000±

9、200；零点输出：±1.0%FS。2功能要求：通过机械构造下的平板及压力传感器对土壤外表紧实度进展采集。2、系统设计方案论证，画出系统组成单元框图。系统设计方案：系统组成单元框图：3、单元电路设计、参数计算和元器件选择:1电路设计：压力传感器的输出电压很小，放大后才能观察出其电压变化或作为单片机AD转换的输入信号。通过查找资料发现在一般放大的应用中通常只要透过差动放大电路即可满足需求，然而根本的差动放大电路精细度较差，且差动放大电路变更放大增益时，必须满足两个电阻，影响整个放大准确度的变因就更加复杂。仪表放大电路那么无上述的缺点，因此采用AD620仪表放大器进展电压放大。由于该芯片需

10、要一个负电压，那么采用LMC7660芯片来为其提供负电压。2参数计算：AD620外接一电位器即可改变放大倍数。外接电阻的计算公式3本装置的压力传感器需放大100倍，那么外接电阻是500。3元器件说明：10f电容3个，100p电容3个，AD620芯片一个，LMC7660芯片一个。4、画出完整的电路图并说明电路的工作原理 电路图Multisim软件仿真图工作原理：利用LMC7660芯片给AD620提供负电源，AD620的IN-和IN+管脚接压力传感器的正负输出，外接的电阻为500，那么放大倍数为100倍。整个电路接+5V电源后开场工作，给压力传感器压力，输出的电压会随之改变。用Multisim软件

11、对电路进展仿真，在库中没有LMC7660芯片，因此用信号发生器代替LMC7660芯片产生-5V电源。5、组装调试的内容：在放大电路仿真成功后，那么需要实际焊接各个芯片以及连接传感器。在中发购置了压力传感器以及需要的电容、电阻、导线、万能板还有AD620与LMC7660芯片。了解了各种元器件的价格，其中因为AD620的制作所以价格是LMC的四五倍。刚开场买的万能板内部没有走线，所以焊接的时候很困难，于是在换了万能板之后，电路根本焊接完毕。所幸之前买元器件是各买了很多备用，因此在芯片烧毁，电容坏掉之后也不必再跑大老远去中发购置，节省了很多时间。起先实验焊接好的放大电路时没有注意芯片的最大电压限制，

12、结果烧毁了也不知道，经教师指点之后就注意到了这一点，将放大电路测试通过，能够按照设计放大一百倍了。第一次购置的压力传感型号为CZL-A，但是做的太粗糙，未连接放大器时的根底电压就已经有1v多，因此连接放大电路之后芯片便烧毁了，当时并没有考虑到该问题，因此长时间测量无果之后，教师指出该问题，于是更换了型号为CZA-106的传感器，该传感器的量程为10kg。连接放大电路之后的零漂电压只有40多mV。连接测试好传感器之后，借来砝码开场标定从20g开场测量到3000g这段内线性度眼见看出增加100是变大的电压根本一样，结果在继续增加重量至3200g时电路电压显示归零。经检测，放大电路还可以用，当时电压

13、只有200mV，并没有超出量程，因此没有损坏，于是断定是传感器损坏。最后我们更换了量程为5kg的同型号传感器，并平安的标定到4kg。并根据传感器课程中学到的知识，根据数据计算出了线性回归方程 U=20.845+0.123m，因此可以根据最终电压值得出压力，并根据一定面积算出土壤紧实度Pa。在调试过程中，有时电路测出的数据会波动很大，更换芯片发现问题没有解决，于是我们尝试了更换电容，结果数据便稳定在±0.2mV附近波动，不再是之前的1mV左右的误差。通过两个量程的传感器比照,也看出了传感器不同量程之间会有不同变化。在使用10kg量程传感器时，在测量到3000g时电压刚190多mV，但使

14、用5kg量程传感器时，到3000g时已经有384mV了。在计算出的结果中也可以看到在公式中U=a+bm中的b，5kg的是10kg的两倍左右。这也是与传感器本身构成有关的。四、总结本次的创新训练可以说只成功了一半，制作土壤表层紧实度传感器，只是制作压力传感器只是一半，另外还应该通过单片机编程将数据处理后在LCD屏上显示出紧实度的结果，但是由于接触的单片时间太晚，编程并没有实现。但是标定结果出现后，根据公式也可以算出紧实度，所以也算是成功了一半吧。通过两周的实际制作，了解了很多课程中了解不到实际情况。比方知道了元器件要买多个，防止损坏后没有替换品。并且设计时使用的芯片有可能并没有卖的，或者不好买，

15、只能找替代品。同时LMC7660的说明手册只有英文版，所以看起来也比较费力。对于实验标定的数据，虽然采用了最小二乘法来计算线性回归方程，但是由于读取传感器数据时，不稳定，没有屡次采集数据，而是取得数据的最大值与最小值，计算得到平均值来计算，因此误差还是会有的。如果时间再多一点，可以对于每个压力值测量20组数据来计算平均值，可能结果会更加准确。通过这次科技创新训练，训练了我很多东西，动手能力，设计能力，对实验数据的分析能力等等。这些都是课程学习中得不到的。相信对我将来不管是考研或者工作都会是一段难忘的过程。这次课程设计，由于理论知识的缺乏，再加上平时没有什么设计经历，一开场的时候有些手忙脚乱，不

16、知从何入手。在教师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向教师说得一样，课程设计没有那么简单，你想copy或者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗教师都不行，因为你的每一个数据都要实际得出，并能说明这些数据的由来。虽然种种困难我都已经抑制，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。十几天的机械原理课程设计完毕了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间

17、的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,到达谅解。也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的。有有些事情的产生只是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是幸运或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的表达.这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,有位那种追求的锲而不舍的过程是一样的,这就是一种优良的品质,它将指引着一个人意气风发,更好走好自己的每一步。我的收获也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会确实实觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以