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：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LM

2、324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。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

3、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二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M表示。由此可知，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

4、、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、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-引线重力等强度梁应变供电电源电桥半导体应变输出电压U显示单元单片-机AbL虫7/17缶.放大及V/F电-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0.00010.001.所以,电阻应变片的电阻变化范围为0.000

5、50.1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：5其中R1=R2=R3=R4=350Q3、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:引脚结构:20TbOTM

6、2IN斗miIN5ENOLN6AZM7BSTCAIT：1口OKCLKveerVJ2/3V单脉冲定时器内部的RS触发器5CC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C上的电荷释放，电压下降。使VV,输11inXcLinX入比较器使R触发器产生启动信号使K闭合,基准电流向C充电。使V上升，SLX直至VV。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向XinLR放电,使VV。然后输入比较器再次启动定时器，开始下一次循环。LXin9波形分析：13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，使V为高点平，VV。此时驱3Xin动晶体管

7、导通。从波形图看，Xin驱动晶体管截止是在VV后，要关闭K是发生在V2/3V时刻，而使Xin5CCI=i*t*F，C对AVEoutL充电平均电流=放电电流:显然，LLM331工作时：ixtxF=V/RAVE=outinLF0Ut=inRxixtLFoutV/RinL1.9/Rsx1.1RC11V5VinV39图7LM331的工作波形(T2EX)P1,1PtGCP1.7LRSTE(RXD)P3,0匚仃XD)P3.1匚IINTO)P3,2E(INTI)P3.3E(TO)P3.4匚(T1IP3.5匚(WR)PJGE両P图紀 VCC POO(ADD) P0,1(AD1)3P0.2i/kD2) P0.3

8、iAD?.) P0.4(AD4)5P0.5iADSJ P0.6(ADG)3P0.7(AD7： EAWP3ALE.-PROG3PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13J P2.4(A12j P23(A11) P2.2(A10j P2.1(A9) P2.0(A8)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010V后加到V/F变换器LM331的输入端，从频率输出端f输出的频率信号加到单片机的oVRins2.09RRCL11140239

9、33843753G63573483393210311130122913281427152GU25佯转换电路图182310222021P13EP1.4匚输入端T1上。根据分辨率的要求利用软件处理，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，AT

10、MEL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(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

11、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

12、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

13、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

14、：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

15、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，J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，对脉冲序列计数，以获取频率信息，从而转换为重量值。U1的P0口和显示电路的接口。其中P0口为4位位码，P2口提供4位段码（P2口是数码管4位7段数码显示）。U1PL0CT2)AD0)POPL1(T2EX)AD1)POPl.2CW2)P0.2P13AD3)P3PL4AD4)P斗Pl.5(AD5)P0.5Pl.

16、6(AD6JPO.6PL7(AD7)P67P33mm)(A8)P2.0P3.2(INTO)(A9)P2.1(A10)P2.2P3.5(T1)(A11)P2.3P3.4(TO)(A12)P2.4(A13)P2.5EAWP(A14)P2.6(A15JP2.7XTAL1XTAL2VCCGXDRST(KXD)P.3.0rTXD)P.3.1.F3_7西ALE.FROGF3上(WR)PSENAT89C521PO.OPOAPOJP03R1图10.单片机的设计电路（d）输出显示1.）输出显示电路图站VU!-nE=|22I?Ls.fr-s边#T卑骨u;图ll显示电路/包含头文件/位定义图12V/F信号读取及处2

17、)程序#includereg52.h#includemath.hsbitweiO二POO;sbitweil二POl;sbitwei2=P02;sbitwei3=P03;sbitcs_VF二P3“7;sbitrd_VF二P3飞；sbitwr_VF二P3“5;sbitle573=P34;#defineuintunsignedint/宏定义#defineulongunsignedlong#defineucharunsignedcharucharcodeshuma=/码表OxcO,Oxf9,Oxa4,OxbO,Ox99,Ox92,Ox82,Oxf8,Ox8O,Ox9O,Ox88,Ox83,Oxc6,O

18、xal,Ox86,Ox8e,Ox8e,Oxcl,Oxc7,Oxc7;ulongxielv=4975;/定义全局变量ulongzhong=O;voidinit()/初始化函数le_573=O;weiO=O;weil=O;wei2=O;wei3=O;voiddelay_ms(unsignedinta)/延时函数unsignedintb;unsignedintc;for(b=0;ba;b+)for(c=0;c1010000)for(i=0;i80;i+)P2=shuma16;/显示千位wei3=1;delay_ms(3);P2=0xff;wei3=0;wei2=1;/显示百位P2=shuma17;delay_ms(3);P2=0xff;wei2=0;wei1=1;/显示十位P2=shuma18;delay_ms(3);P2=0xff;wei1=0;wei0=1;/显示个位19P2=sh