图传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有当满足条件时，即，即电桥平衡。式称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即按式，则电桥输出为应变片式传感器有如下特点应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。分辨力和灵敏度高，精度较高。结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温高压强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。商品化，使用方便，便于实现远距离自动化测量。通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第三种方案。题目要求称重范围，满量程量误差不大于，考虑到秤台自重振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为，精度为，满足本系统的精度要求。前级放大器部分经由传感器或敏感元件转换后输出的信号般电平较低经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示记录控制或进行信号转换。为此，测量电路中常设有模拟放大环节。这环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。放大器的输入信号般是由传感器输出的。传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。因此，般对放大器有如下些要求输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。抗共模电压干扰能力强。在预定的频带宽度内有稳定准确的增益良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。从而保证放大器输出性能稳定。能附加些适应特定要求的电路。如放大器增益的外接电。日历时钟电路可以显示购货日期，通讯接口电路可以与上位机机进行通讯，从而将大量的商品数据存于上位机，然后通过串口或并口通讯与电子称相连，达到远距离控制的目的。对各种实用芯片价格了解不够，选择上任有欠缺，如所选的称重传感器价格较贵。动手能力不强，电子秤的精确度有待提高。这些都为我今后的学习和工作留下了积极的影响。本论文的研究内容及结构安排首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块控制器模块人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器信号的前级处理和转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。在扩展功能上，本设计增加了个过载报警提示。本文的结构安排如下第章绪论，简单介绍了本课题电子称的研究背景研究目的意义及国内外的研究状况。第章系统方案设计，本章主要内容是电子称的方案设计，首先是对整体的方案进行选择与设计，再针对各个模块传感器放大模块信号转换模块电源模块人机交界模块进行具体的方案论证及设计。第章系统硬件设计，在选定各个模块的方案中，对各方案的用到的主要芯片进行简单功能介绍及应用，并且给出了本次电路设计的具体电路图。第章系统软件设计，本章主要是介绍电子称的软件设计，给出了本次设计的主程序流程图及些模块的子程序图。最后，对本次的研究课题的主要工作及结果做出了总结与讨论，并且指出了本次研究工作中存在的不足和发现的些问题。第章系统方案设计系统总体设计方案比较与论证在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种方案数码管显示结构简图如下图数码管显示方案此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是硬件部分简单，虽然可以实现电子称基本的称重功第三种设计方案。硬件的方案设计与论证传感器方案压电传感器压电传感器是种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小重量轻结构简单工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点高内阻小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。方案二电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的种传感器。它有结构简单灵敏度高动态响应好可实现非接触测量具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力力位移以及振动学非电参量。电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化时，其电容量为式中两极板间的距离两平行极板相互覆盖的有效面积介质的相对介电常数真空中介电常数。若被测量的变化使式中三个参量中任个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素小功率高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，般仅几皮法至几十皮法。因太小，故容抗很大，为高阻抗元件，负载能力差又因其视在功率，很小，则也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。初始电容小，电缆电容线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。方案三电阻应变式传感器电阻应变式传感器是种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为后，由于应变量及相应电阻变化般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单，达不到设计的标准。方案三前端信号处理时，选用放大信号转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单所称量的物体信息等相关内容。结构简图如下图所示图显示的方案目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统，而且其具有成本低，功耗低，体积小算术运算功能强，技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂，编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来定的难度。方案四采用现场可编程门阵列为控制核心采用现场可编程门阵列为控制核心，利用软件编程，下载烧制实现。系统集成于片公司的Ⅱ系列芯片上，体积大大减小逻辑单元灵活集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。采用测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活调试方便，设计要求的精度较高，所以要求系统的稳定性要好，抗干扰能力要强。从下图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件。其中控制器采用公司可编程器件为核心，基于软件平台，采用编程实现数据处理和驱动时钟芯片的通讯键盘控制等模块。结构简图如下图所示图电子称系统的组成结构图的逻辑容量密度大，集成度高，可大大减少印刷电路板的空间，减低系统功耗，同时还可以提高设计的工艺性和产品的可靠性。虽然以为核心的电子称系统很优化，但只有在大规模和超大规模集成电路中其高集成度才能更好得以体现。其主要在机接口卡的总线接口程控交换机的信号处理与接口雷达声纳系统的成像控制与数字处理数控机床的测试系统等方面有广泛应用。鉴于本电子称的设计并不太复杂，单片机完全能实现所需功能，所以在具体设计时，采用了都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达线性度好，最大非线性失真小于，工作频率低到时尚有较好的线性变换精度高，数字分辨率可达位外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成或等变换电路，并且容易保证转换精度。图组成的电压频率变换电路内部由输入比较器定时比较器触发器输出驱动复零晶体管能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配和等不同的逻辑电路。当输入端输入正电压时，输入比较器输出高电平，使触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端为逻辑低电平，同时电源也通过电阻对电容充电。当电容两端充电电压大于的时，定时比较器输出高电平，使触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容通过复零晶体管迅速放电电子开关使电容对电阻放电。当电容放电电压等于输入电压时，输入比较器再次输出高电平，使触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率与输入电压成正比，从而实现了电压频率变换。具体电路设计图电路设计图本章小结本章主要是介绍硬件具体方面，首先通过需求的分析，根