重量信號數(shù)據(jù)采集電路課程設計

1、<p>　　重量信號數(shù)據(jù)采集電路設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要7</b></p><p><b>　　第一章 緒論8</b></p><p>　　1.1 選題背景與意義8</p><p>

2、　　第二章 系統(tǒng)方案的設計8</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設計原理8</p><p>　　2.2設計原理圖8</p><p>　　2.3 元器件選擇8</p><p>　　2.3.1 傳感器8</p><p>　　2.3.2 前級放大器部分10</p><p>　　2.3.3

3、 A/D 轉(zhuǎn)換器10</p><p><b>　　第三章 總結(jié)12</b></p><p>　　3.1論文總結(jié)12</p><p>　　3.2 設計體會12</p><p><b>　　致 謝13</b></p><p>　　參 考 文 獻13</p

4、><p><b>　　附錄：原理圖13</b></p><p>　　重量信號數(shù)據(jù)采集電路設計</p><p>　　摘 要：本設計共分為三個部分，第一部分為數(shù)據(jù)采集，由應變片傳感器電橋?qū)毫π盘栟D(zhuǎn)換為微小的電壓變化；第二部分是信號放大部分，由信號的前級粗調(diào)放大處理器件以及第二級微調(diào)放大處理器組成；第三部分是A/D轉(zhuǎn)換部分組成，由ADC0809轉(zhuǎn)換器

5、將得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。通過這三部分實現(xiàn)了所要求的功能。本設計通過壓力傳感器得到模擬型號量電壓的改變，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理得到數(shù)字量。</p><p>　　關鍵詞：應變片 壓力傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景及意義</p><p>　　電子秤

6、是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應用于超市、大中型商場、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式秤量工具。相比傳統(tǒng)的機械式秤量工具，電子秤具有秤量精度高、裝機體積小、應用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計量衡器。 而重量信號數(shù)據(jù)采集電路是其中重要的組成部分。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案的設計</p><p>　

7、　2.1 系統(tǒng)設計原理</p><p>　　電子秤的工作原理。首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中。在實際應用中，為提高數(shù)據(jù)采集的精度并盡量減少外界電氣干擾，還需要在傳感器與A/D芯片之間加上信號調(diào)整電路。</p><p>&

8、lt;b>　　2.2 設計流程圖</b></p><p><b>　　2.3 元器件選擇</b></p><p>　　2.3.1傳感器選擇：電阻應變片傳感器</p><p>　　應變片式傳感器有如下特點：應用和測量范圍廣，分辨力和靈敏度高，精度較高，結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小， 對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境

9、中使用，頻率響應好，商品化，使用方便，便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。 </p><p>　　設計要求秤重范圍0～5000N，考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定秤重——5000N 。我們選擇的是BSF120-3AA型傳感器， 工作溫度范圍：-30-80℃；變形極限：2.5％（單軸）；靈敏度為2.0-2.2</p><p>　　電阻應變式傳感器是一

10、種利用電阻應變效應，將各種力學量轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應變片式電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學量傳感器。</p><p>　　電阻應變片把機械應變信號轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應變量及相應電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)

11、換電路常用測量電橋。</p><p>　　直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。</p><p>　　下圖為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E：</p><p>　　當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋秤為電壓橋，即只有電壓輸出。<

12、/p><p>　　當忽略電源的內(nèi)阻時，由分壓原理有：</p><p>　　= （2.1）</p><p>　　當滿足條件R1R3=R2R4時，即</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p

13、>　　=0，即電橋平衡。式（2.3）秤平衡條件。</p><p>　　應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關。</p><p>　　若差動工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（2.2），則電橋輸出為</p><p><b>　　(2.3)</b&

14、gt;</p><p>　　2.3.2由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。</p><p>　　差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如LM324)做成一個差動放大器，如下圖所示： </p><p>　　電阻R1、R2和電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲干擾，C1、C2均為普通小電容，可以濾除高頻信號干擾，C3、C4為大容量的電解電

15、容，主要用于濾除低頻噪聲干擾。</p><p>　　優(yōu)點：輸入級加入電壓跟隨器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，電阻R6可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應用要求。</p><p>　　缺點：此電路要求R3、R4相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。實際測量，每一級運放都會引入較大噪聲，對精度影響較

16、大。</p><p>　　2.3.3 A/D 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　8位的測量精度 5000N/2^8=19.953N</p><p>　　由于 12位與14位的價格較為昂貴，我選擇精度相對較低的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，我選擇了ADC0809。</p><p>　?。?）ADC0809主要特性</p><p>　　

17、1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 　　</p><p>　　2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 　　</p><p>　　3）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）　 　　</p><p>　　4）單個+5V電源供電 　　</p><p>　　5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度

18、校準。 　　</p><p>　　6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度 　　</p><p>　　7）低功耗，約15mW。</p><p><b>　　（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開

19、關樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。</p><p>　?。?）外部特性（引腳功能）</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如下圖所示。</p><p>　　下面說明各引腳功能： 　　</p><p>　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端。 　　2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 　　

20、</p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 　　</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　</p><p>　　START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 　　</p><

21、p>　　EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　</p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 　　</p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 　　</p><p>　　

22、REF（+）、REF（-）：基準電壓。 　　Vcc：電源，單一+5V。 　　GND：接地。</p><p><b>　　2.4 參數(shù)計算</b></p><p>　　由式2.3可計算得， V0=kεV=5*2*10-4=10-3V到5*2.2*10-4=1.1*10-3V</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為1-5V</p>

23、<p>　　所以放大器放大倍數(shù)1000</p><p>　　初級 R6/R3=500 二級放大 R9/R8=1到10</p><p><b>　　第三章 總結(jié)</b></p><p><b>　　3.1 論文總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過幾天的努力，終于按照課程設計進度要求如

24、期完成了重量數(shù)據(jù)信號采集電路設計的硬件以及軟件設計任務。在做課程設計的過程中，雖然碰到了不少的困難，但是在老師的指導以及自己的努力下，終于取得了一定成果。</p><p>　　一、 主要工作及結(jié)論</p><p>　　1、熟悉ADC0809芯片的功能及工作特性，掌握其接口功能。</p><p>　　2、通過對數(shù)據(jù)采集的分析，掌握了壓力傳感器、運算放大器及A/D轉(zhuǎn)換器

25、的應用方法，對信號的采樣、轉(zhuǎn)換、傳輸有了更深的認識。</p><p><b>　　二、 存在的問題</b></p><p>　　1、電子電路的設計中對各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對過壓情況的處理中未作防范措施。</p><p>　　2、可擴展更多電路，設計不夠完整，輸出數(shù)字信號到單片機，進一步實現(xiàn)顯示功能。 </p><

26、;p><b>　　3.2 設計體會</b></p><p>　　在此次設計中我收獲良多。經(jīng)過幾天的努力，從在網(wǎng)上和書上尋找A/D轉(zhuǎn)換的資料，到定下設計的基本框架，再到理清每一部分的原理，我將大學四年所學絞盡腦汁的拼湊在了一起。在每一部分都設計好后，我進行了原理圖的組裝，接著在仿真軟件中進行了仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集部分很不理想，于是又開始尋找心得A/D轉(zhuǎn)換資料，改變數(shù)據(jù)采集電路。最終實現(xiàn)

27、了良好的數(shù)據(jù)采集以及線性放大電路。</p><p>　　在本電路中，傳感器的信號放大是一個難點，放大后的信號既要保證不失真，還要保證在A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率范圍內(nèi)，否則將不能準確的進行電壓的變化到重量變化的轉(zhuǎn)換。在設計過程中，我試用了很多的放大電路，但是都以失敗告終。最后，我在一個放大電路上進行了反復的調(diào)試，最后較為理想的實現(xiàn)了傳感器輸出信號的放大。</p><p>　　軟件的設計比較簡單，

28、只要硬件電路實現(xiàn)其功能，就能應用軟件進行很好的控制。</p><p>　　最后我想說：“不積小流，無以成江海；不積跬步，無以至千里?！比魏问虑榈某晒?，都需要自身能力的積累。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　此次課程設計的制作，凝聚了我的心血，也注入了老師和同學的無私幫助和熱情奉獻。在此，我要特別感謝我的指導老師—

29、xx老師，感謝老師給予我的大力支持。從課程設計的資料的收集、參考書目的推薦到電路的調(diào)試和完成直到最后的論文定稿，xx老師總是循循善誘的給我指出不足并給出中肯改善的意見。還要感謝我的同學們，他們給了我很多建議，讓我更好的了解了相關的知識。同時他們也給了我心里上的支持，因為有這些人我才能完成這次的課程設計。在此，我對所有關心、支持我的老師及同學表示由衷的感謝。</p><p><b>　　參考文獻</

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