便携式电子称的设计实现报告.docx

便携式电子称的设计实现姓名：学号： 指导老师2013.4.30哈尔滨工程大学、课题任务与要求1. 设计题目：便携式电子秤的设计实现2. 任务与要求：1） 设计一个LED数码显示的便携式电子称2） 采用电阻应变式传感器3） 称重范围2KG二、系统概述1. 设计方案：1）基于单片机的便携式电子称① .系统框图② .系统设计思路、工作原理及单片机程序流图称重传感器根据压力的变化提供相应的线性变化的电信号，该电 信号经过高精度差动放大器放大输入给双积分型模数转换器转化 为数字信号，数字信号可直接由单片机以串行方式读入单片机选用STC89C51型单片机，P0 口定义为输出口，其中P0.0〜P0.6输出要显示数据的段码P1 口中的P1.0〜P1.3也定义为输 出，显示输出数据的位码显示器用动态扫描单片机程序框图如下：0平皙直+D点恒幵曲INTT朴中断设置T.T岸育武制些十建制子科十进制数常显療爸| 调发声子程序OOH 删世IK子谑皴乂程序QOB >TUOOH―爭 THo.QOH +PJ.3— 0011f32H-33I (―强H-③ 该设计的优劣: a.优点：该系统采用了单片机作为显示模块的驱动电路，具有较好的 系统扩展性，在显示压力的同时，还可以通过单片机的其他管脚输出 信号以达到的功能的扩展。

例如，在平时日常使用外，也可以作为工 程应用中显示及反馈模块，通过对压力测量进行阈值的设定，来判定 是否对系统的输入进行修正b.缺点:系统的组成模块相对较多，在进行系统调试时可能会出现较多问题, 也提高了系统的成本并且单片机的编程时将会需要大量的时间，对 系统的标定比较困难不适合仅仅应用为日常生活2）设计方案二① .系统框图：② .系统设计思路、工作原理压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号经过高精度差 动放大器放大后输入给模数转换器，转化为数字信号，由该数字信 号控制编码器的编码，从而控制数码管显示③ 该设计的优劣：a. 优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题在整个系 统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速 找到出现问题的模块比较容易制作b. 缺点：使用的芯片较多，信号的噪声较大，且数码管与编码器的电路比较繁杂，在实际焊接中容易出现问题3）设计方案三① .系统框图：② .系统设计思路、工作原理：压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号经过高精度差 动放大器放大后输入给模数转换器，从而控制数码管显示③ 该设计的优劣：a. 优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。

在整个系 统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速 找到出现问题的模块比较容易制作b. 缺点：功能单一，仅能作为日常生活使用不可有其他的功能扩 展2. 方案比较在介绍每个方案时已经对每个方案的优劣进行了阐述以下再对 每种方案的突出特点进行比较优点缺点、，i ) »万案一扩展能力强可用于其他领域成本高、制作困难万案一易于检查模块较多，电路复杂功能单一万案三易于检查模块最少，电路简单功能单一综述:鉴于本实验仅要求实现一个普通功能的电子秤，没对其有更高 的要求，所以方案一并不是十分合适，它的制作流程过于复杂，难以 调试，且成本较高所以这里并不采用方案一对于方案二，它的电路连接与方案三相比较为复杂且功能模 块也较多，没有方案三易于调试成本也相对较高这里也不采用综上所述，这次试验我选择了实验三为最终的设计方案 其流程如下：三．单元电路设计与分析1.元器件清单表元件/集成块型号功能说明ICL7107ICL7107双积分A/D转换转换模-数信号R］、R?、R3、R4（2kg称重传感器可代）E350—ZAA箔式电阻应变片传感器Rpi5K电位器R RP2、 P3电位器电源+5V、-5V直流电源电阻各阻值共13块24k47k100k1k10k1m5k精密金属膜电阻电容各容量共5块0.1u,0.47u0.22u110p0.02u积分电路中不能用瓷片电容差动放大器Ina114ap数码管Lg5011bsr2.测量电路：电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电 阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变 化。

在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心并应根 据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度1）电阻应变式传感器的组成以及原理：电阻应变式传感器简称电阻应变计当将电阻应变计用特殊胶剂粘在 被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随 之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过 相应的二次仪表系统即可测得构件的变形通过应变计在构件上的不 同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参 数（2）电阻应变式传感器的测量电路：电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1 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，电桥的一个对角线接入工 作电压E,另一个对角线为输出电压Uo其特点是：当四个桥臂电 阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵 敏检流计来测量,所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化 测量它由箔式电阻应变片电阻 R1、R2、R3、R4 组成测量电桥，测 量电桥的电源由稳压电源E供给物体的重量不同，电桥不平衡程度 不同，指针式电表指示的数值也不同。

滑动式线性可变电阻器 RP1 作为物体重量弹性应变的传感器，组成零调整电路，当载荷为0 时， 调节 RP1 使数码显示屏显示零这里若考虑系统高稳定性，可选用 Tedea-Huntleigh 的 2kg 拉式称重传感器3．差动放大电路：(1) 原理：本次设计中，要求用一个放大电路，即差动放大电路，主要的元件就 是差动放大器在许多需要用 A/D 转换和数字采集的单片机系统中，多数情况 下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍 数的放大，才能满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须 选择一种符合要求的放大器仪表仪器放大器的选型很多，我们这里使用一种用 途非常广泛的放大器，就是典型的差动放大器inall4ap它只需高精度和几只电 阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、 电气测量等数字采集的系统中本设计中差动放大电路结构图如下：放大倍数的推导过程：1=匕亠RVo=(R8+R7+R8)I=(1+ 8 )Vi,R72 R则 Avf=1+ 8R7放大电路与ICL7107的连线示意图如下:5V4- AD转换：A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成 数字信号输出。

在选择A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设计运用的 是双积分式A/D转换器ICL7107, A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所 需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的变换精 度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等1）ICL7107双积分型的A/D转换器的特点a.直接输出7段译码信号 b.7107直接驱动LED3-c. 位十进制A/D转换器d.双积分型电路（2）双积分A/D转换器结构与原理常见A/D转换器的转换方式有积分式和非积分式两类（如逐次逼近比较式A/D 转换器），双积分式A/D转换器的基本组成如图，它由积分器、比较器、逻辑控 制电路、闸门电路、计数器及时钟脉冲源等电路所组成1. 积分器2. 检零比较器3. 时钟脉冲控制门4. 计数器和定时器1. 采样过程：T1=2nTc对被测电压定时间积分，与Vi平均值相关2. 积分比较阶段对基准电压回积分（定值积分）3. 休止阶段电容放电，积分器归零7107在内部结构、而7107直接驱动LED （发光二极管）电路的模拟部分通过自 动调零、采样和基准积分三个阶段完成一次转换，转换速率为3〜4次/秒。

4）电压表部分电路应用：用7107组成的3位半直流数字电压表- L艮艮艮+5V+5ICL710?醍tfwiAtn石*3尽曽思丿壬畐专全壬£占占誉詐Q SSnCM ro—4—4I I艮|6£E£_戶 Took 100PIN+L04土200mVi& 入ICL7107与数码显示器被设计成一个量程为200mV的电压表把差动放大器 输出的电压信号转换成数字信号便携式电子手提秤的量程为0~2kg,称重传感 器在2kg时的输出约为200mV要点：（1）.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯 片的左下方为第一脚2）.关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 第 36脚是 基准电压，正确数值是lOOmV,第26引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的， 在一3V至一5V都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压芯片第31 引脚是信号输入引脚，可以输入 ±199.9mV 的电压在一开始，可以把它接地， 造成“0”信号输入，以方便测试3） .注意芯片 27,28,29引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻 容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。

芯片的 33 和 34脚接的 104 电容也不能使用磁片电容4） .注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32脚，信号地是 30脚，基准地是 35脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地5） .比例读数：把 31脚与 36脚短路，就是把基准电压作为信号输入到 芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0，通常在 99.7 － 100.3 之间，越接近 100.0越好这个测试是看看芯片的比例读数转换情况， 与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数如果差的太 多，就需要更换芯片了四、总体工作电路原理图数显电子秤具有准确度高，易于制作，成本低廉，体积小巧，实用等特点其分 辨力为 1克左右，在 2千克的量程范围内经仔细调校，测量精度可比较高五、测量数据分析本次试验并没有可需要分析的测量数据六、结束语通过这实验的锻炼使我薄弱的动手能力有所提高，提高了我排查解决系 统问题的能力以往对于这些问题总是难以理清头绪，经过这次的锻炼后， 我学会了对分模块的检测的方法，从而来对系统调试并加深了对模数转换 的理解同时我也认识到自己所学专业的应用前景，增强了我的信心。

感谢指导老师张文旭对我们的指导，感谢我的同班同学曲行根、罗隽对 我的帮助，使我能顺利完成这次实验、使我在这次实验中有所进步附录：参考文献：1、《实用电子系统设计基础》 姜威 北京理工大学2、《数字电子技术基础》 阎石 高等教育出版社。