基于CS5532的高精度药品自动称重系统毕业论文.doc

密 级学 号 毕 业 设 计（论 文） 基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究院（系、部）：信息工程学院姓 名：年 级：专 业：测控技术与仪器指导教师：教师职称：讲师 2013年 06月15日北京北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部） 信息工程学院 专业 班级 学生姓名 指导教师/职称 1.毕业设计（论文）题目基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究2.任务起止日期： 2012年 12 月 12日 至 2013年 06 月 22 日（含岗位实习）3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果）具体工作任务与要求：翻译外文资料（不少于25000字符）技术调研提出高精度药品自动称重系统方案确定控制系统硬件总体方案及实现确定控制系统软件方案及实现预期培养目标：具备文献查阅与综合能力具备外文阅读与翻译能力具备数据收集、分析、计算和处理能力具备项目调研、设计及调试能力具备现场解决问题的能力具备一定的科技论文写作能力最终提交材料：外文资料原文（不少于25000字符）及翻译稿设计说明书系统硬件原理图系统软件流程图及代码4.主要参考文献图书馆藏嵌入式相关图书；cnki中国期刊全文数据库及万方数据库；5.进度计划及指导安排（前5周的内容安排在寒假前）周 次日 期工 作 内 容具 体 要 求1熟悉题目、查阅文献资料2熟悉题目、查阅文献资料3翻译本专业原文资料、方案论证4翻译本专业原文资料、方案论证、开题交译文/开题报告5系统硬件方案设计交硬件配置图6系统硬件方案设计交逻辑描述图7系统硬件原理图设计交I/O表格及画面8系统硬件PCB设计9系统硬件PCB设计10系统软件设计11系统软件设计12系统软件设计13系统软件设计注：要求部分软件编制。只交流程图14整理软硬件资料编写论文15整理软硬件资料编写论文16整理软硬件资料编写论文17整理软硬件资料编写论文18毕业答辩交论文任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期2012年12月12日 指导教师（签字） 计划完成任务日期2013年06月22日 学生（签字） 基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究摘 要随着计算机和测控技术的不断进步与发展，人们对称重系统的要求也越来越高，药品的包装现场，需要精确、操作简便和快速的称重装置。本论文采用电阻应变片式压力传感器，被待测物施加了一个压力，导致传感器发生一定形变，从而使传感器阻抗产生改变，并使其电压产生改变，输出一个变化的模拟信号。经放大电路放大该信号输出到CS5532(高精度24位A/D转换芯片，可实现传感器微弱信号的采集与转换,提高了系统的精度)将其转换成数字信号输出到核心控制器80C52。80C52根据发出的命令或者程序将运算结果输出，应用于实际产品中,提高了工作效率,体现了良好的技术效果,实现了药品的精准测量，具有良好的应用前景。关键词 CS5532 电子称 80C52 自动称重 AbstractWith the computer and control technology continues to progress and development,people weighing system requirement are also increasing,pharmaceutical packaging site,you need accurate,easy to operate and fast weighing device,In this thesis,the resistance strain gauge pressure sensor is a pressure test was applies,resulting in occurrence of a deformation sensor,the sensor impedance is generated so that changes and to generate change in voltage,a change in the output analog signal.the amplifier circuit amplifie the signal output to the CS5533(precision 24 A/D conversion chip,enabling the sensor weak signal acquisition and conversion,improve the accuracy of the system) to convert it into a digital dignal to the central controller 80C52.80C52according to the program issued a command or operation result output applied the actual products,improve work efficiency,reflecting the good technical results,to achieve a precise measurement of drugs,has a good application prospect.Keywords:CS5532 80C52 automatic weighing electronic scales目 录第一章 绪论11.1自动称重系统的研究背景11.1.1称重系统的现状及发展11.1.2传感器技术的现状及发展21.1.3 压力传感器的历程及发展趋势31.2 本文研究的意义61.3本文研究的内容及工作安排6第二章 CS5532高精度药品自动称重系统的总体方案设计82.1 总体结构设计82.2 设计方案实施82.2.1 设计方案的结构82.2.2 传感器选型92.2.3 单片机选型10第三章 系统装置设计及硬件配置123.1 电阻应变片式压力传感器123.1.1 传感器的工作原理123.1.2 传感器的硬件配置173.2 LM324变送电路183.2.1 LM324原理介绍183.2.2硬件配置183.2 CS5532原理综述193.2.1 CS5532工作原理193.2.2 CS5532的硬件配置及说明263.3 单片机80C52的综述283.3.1 80C52最小系统原理283.3.2 硬件配置293.4 LED显示模块323.4.1 LED显示模块原理323.4.2 硬件配置333.5 protel说明及总体硬件配置图343.5.1 protel软件说明343.5.2 总体硬件配置图35第四章Keil软件介绍及程序流程设计374.1 Keil软件介绍374.2 主程序流程图374.3 CS5532初始化程序设计384.4 CS5532A/D转换部分程序设计414.5数码管显示部分程序设计43第五章 结论与展望445.1 研究结论445.2 进一步研究的展望44参考文献45致谢47附录48声明58 III基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究第一章 绪论1.1自动称重系统的研究背景1.1.1称重系统的现状及发展随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高。目前衡器行业计量系统有电子地磅，电子秤，皮带秤，电子天平等计量方式。这些单一计量方式独立运行缺乏数据共享不能满足自动化的发展。非标称重系统利用计算机网络技术和自动化技术将这些单一计量方式进行远程传输数据集中汇聚对生产过程进行集中监视、管理和分散控制充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点采用标准化、模块化、系统化设计配置灵活、组态方便。下面为大家介绍目前市场主流的非标称重系统有配料称重系统，装载机称重系统，蒸汽称重系统无人值守称重系统等等个性化称重系统7。配料称重系统是通过传感器,仪表,控制系统的结合.达到对罐体的称重计量工作,从而进行控制的系统.称重及控制系统主要由多只传感器,多路接线盒(含放大器),显示仪表,输出多程控制信号.该系统可应用于各种箱体称重,罐装液体,固体称重及干粉搅拌机,砂浆配料搅拌机,液体配料罐等.用户可以直接接入PLC系统,终端控制系统,实现多程控制及自动化控制。装载机称重系统是一种高精密度的动态计量设备;可称量煤或焦碳、有色矿、土方、花岗岩或大理石、砂子、碎石砖、工业及民用垃圾，挖掘材数及建筑材料添加料等。由液压传感器和称重仪表组成，全动态计量，操作过程无需人工干预，自动累计，称重仪表可调为全中文信息如计量单位、过磅员、货物品种等，并可直接打印，精度误差可控制在1%，无论进口、国产各种型号的装载机均可装载安装。蒸汽环形迷宫式称重系统、天平开合装置、直线升降及定角度旋转装置，既能适应不同的测试条件，又能实现自动称重，保证称重精度。同时，为了提高测试条件的可控性，项目研发了高精度温湿度控制系统，能够精确控制蒸发环境。无人值守称重系统是集远距离车号自动识别系统、自动语音指挥系统、称重图像即时抓拍系、红绿灯控制系统、红外防系统、道闸控制系统、远程监管系统于一身的智能称重系统。就目前市场而言，各个行业对于称重系统的要求越来越个性化，企业也在不断发展新技术来迎合整个市场需求，非标称重系统在衡器行业发展前景势不可挡称重技术在人类社会各行业活动中是不可缺少的组成部分，近年来的发展取得相当惊人的紧张，主要表现在称重测量技术有静态测量向动态测量，在线测量和模拟化方向发展，尤其在动态数学模型的建立，系统理论，模糊理论，人工智能，神经网络，数字滤波，振动理论，阻尼技术等科学技术在称重领域的广泛应用，系统的自诊断，自适应及功能自组织的形成，使称重计量向测量系统的信息处理智能化，组合化和功能自适应方向发展，国际上已经取得了动态精密测量的技术突破，称重技术水平已跨入了高技术王国。1.1.2传感器技术的现状及发展随着科技的发展传感器技术不断成熟，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，传感器是实现现代化测量和自动控制(包括遥感、遥测、遥控)的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。传感器技术将是21世纪人们在高新技术展方面争夺的一个制高点。在国外，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首，将开发和利用传感器技术列为国家重点发展的六大核心技术之一。90年代，日本科学技术制定的重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容。美国早在80年代初就成立了国家技术小组(BTG)，帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术，传感器技术名列第二。我国在20世纪80年代以来也已将传感器技术列入国家高新技术发展的重点。“八五”、“九五”期间，信息电子部、机械工业部等有关传感器产业的相关专业部门，都分别组织有关科研和生产的专家制订我国“传感器产业发展规划”1。 目前传感器的发展趋势可概括为以下几个方面：一、 集成多功能化：1. 把信息获取、放大、变换、传输以及信息处理和存储都制作在同一基片上，不仅具有检测功能，而且还兼有信号处理等其他功能。2. 把一些同样的单个传感器配置于同一个平面上，如将一些传感器配置成矩阵，称为二维传感器。二、 智能化：传感器本身具有过程数据处理、自诊断能力、组态能力、存储功能、数字通信和自适应功能。三、 微型化：微机械加工技术(MEMT)和微米/纳米技术将得到高速发展，为传感器的制作工艺提供了支持。采用MEMT制作的微传感器，具有划时代的微小体积、低成本、高可靠等独特的优点。四、 精密化：由于各种基础理论的发展和制造工艺的提高，传感器测量的精度和灵敏度得到了很大提高。1.1.3 压力传感器的历程及发展趋势现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段:(1)发明阶段(1945-1960年):这个阶段主要是以1947年双极性晶体管的发明为标志。此后, 半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S.Smith)与1945发现了硅与锗的压阻效应2,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。(2)技术发展阶段(1960-1970年):随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001)或(110)晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属-硅共晶体,为商业化发展提供了可能。(3)商业化集成加工阶段(1970-1980年):在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术,主要有V形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。(4)微机械加工阶段(1980年-今):上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。1光纤压力传感器这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中间夹了一个硅光纤挡板,在有压力的情况下,光线通过挡板的过程中会发生强度的改变,通过检测这个微小的改变量,我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面一定会有良好的发展前景。同时,在加工与健康保健方面,光纤传感器也在快速发展。2电容式真空压力传感器E+H公司的电容式压力传感器是由一块基片和厚度为0.82.8mm的氧化铝(Al2O3)构成,其间用一个自熔焊接圆环钎焊在一起。该环具有隔离作用,不需要温度补偿,可以保持长期测量的可靠性和持久的精度。测量方法采用电容原理,基片上一电容CP位于位移最大的膜片的中央,而另一参考电容CR位于膜片的边缘,由于边缘很难产生位移,电容值不发生变化,CP的变化则与施加的压力变化有关,膜片的位移和压力之间的关系是线性的。遇到过载时,膜片贴在基片上不会被破坏,无负载时会立刻返回原位无任何滞后,过载量可以达到100%,即使是破坏也不会泄漏任何污染介质。因此具有广泛的应用前景。3耐高温压力传感器新型半导体材料碳化硅(SiC)的出现使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。这种传感器的主要优点是PN结泄漏电流很小,没有热匹配问题以及升温不产生塑性变型,可以批量加工。Ziermann,Rene报导了使用单晶体n型-SiC材料制成的压力传感器,这种压力传感器工作温度可达573K,耐辐射。在室温下,此压力传感器的灵敏度为20.2muV/VKPa。.4硅微机械加工传感器在微机械加工技术逐渐完善的今天,硅微机械传感器在汽车工业中的应用越来越多。而随着微机械传感器的体积越来越小,线度可以达到12mm,可以放置在人体的重要器官中进行数据的采集。5具有自测试功能的压力传感器为了降低调试与运行成本一种具有自测试功能的压阻、电容双元件传感器,它的自测试功能是根据热驱动原理进行的,该传感器尺寸为1.2mm3mm0.5mm,适用于生物医学领域。6 多维力传感器六维力传感器的研究和应用是多维力传感器研究的热点,现在国际上只有美、日等少数国家可以生产。在我国北京理工大学在跟踪国外发展的基础上,又开创性的研制出组合有压电层的柔软光学阵列触觉,阵列密度为2438tactels/cm2,力灵敏1g,结构柔性很好,能抓握和识别鸡蛋和钢球,现已用于机器人分选物品。压力传感器的发展趋势当今世界各国压力传感器的研究领域十分广泛,几乎渗透到了各行各业,但归纳起来主要有以下几个趋势14:(1)小型化目前市场对小型压力传感器的需求越来越大,这种小型传感器可以工作在极端恶劣的环境下,并且只需要很少的保养和维护,对周围的环境影响也很小,可以放置在人体的各个重要器官中收集资料,不影响人的正常生活。(2)集成化压力传感器已经越来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量和控制系统。集成系统在过程控制和工厂自动化中可提高操作速度和效率。(3)智能化由于集成化的出现,在集成电路中可添加一些微处理器,使得传感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。(4)广泛化压力传感器的另一个发展趋势是正从机械行业向其它领域扩展,例如:汽车元件、医疗仪器和能源环境控制系统。(5)标准化传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。如ISO国际质量体系;美国的AN-SI、ASTM标准、俄罗斯的OCT、日本的JIS标准1.2 本文研究的意义随着药品单元生产的批量化和质量要求的提高关于药品重量具有重要的经济意义和社会意义如何设计符合现代药品生产质量和效率要求的称重检测系统就成了一个亟待解决的问题。目前药品的成品单元主要分为片剂、丸剂和胶囊等几种，而其中胶囊的应用最为广泛。但是，目前的国内药品生产系统中，对成品胶囊的精确称重处于空白，开展关于微量称重系统的研发，现有的药品称重检测设备存在的主要问题是提供了独立功能模块，但不能实现整体的药品称重检测过程，机械结构对不利于药品单元的总质量情况为标准，因此不能精确测量药品单元的最小单位，造成不合格率的升高。利用重传感器对单个药品单元进行测量，克服了批量药品测量过程中出现的药品剂量不均问题，从而为微量药品检测工作提供了一种切实可行的方法。CS5532由于其功耗低、面积小、精度高、抗干扰能力强等优点，非常适合应用于小剂量电子秤当中。CS5532内部有一个完整的自校正系统,可进行自校准和系统校准,可消除A/D本身的零点增益和漂移误差,以及系统通道的失调和增益误差。宽动态特性、可编程输出速率、灵活的供电方式及简便的三线串行输出模式,使得该A/D转换器极易和单片机接口,广泛适用于工业过程控制、称重仪器、便携式仪表及其它高分辨率测量等场合。 1.3本文研究的内容及工作安排本论文主要研究了基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究，详细介绍了电阻应变片式压力传感器的电桥原理，工作原理。CS5532的基本结构及其工作原理。单片机80C51的工作原理。设计传感器，CS5532，80C52，数码管显示部分连接图，及其汇编程序的编写。文论的结构安排如下：第一章 绪论 介绍了选题的自重称重系统研究背景，研究意义.第二章 总体方案设计 包括方案总体结构及方案实施，传感器及单片机选型第三章 系统硬件设计 介绍Protel软件；传感器、变送电路、CS5532、80C52、 数码管显示部分的原理介绍及硬件配置；绘制原理图、PCB板；实物连接。第四章 Keil软件介绍及程序设计 介绍Keil软件；主流程、CS5532初始化，A/D转部分、数码管显示部分的流程图绘制及程序设计；进行仿真。第五章 结论与展望 总结本论文结论，给出展望。 附有参考文件，总程序，致谢，声明。第二章 CS5532高精度药品自动称重系统的总体方案设计2.1 总体结构设计本课题是设计基于CS5532的高精度自动称重药品的研究，包括对传感器，CS5532，单片机，数码管显示，四个方面的技术研究，因此本次研究中的软硬件设计应至少包括以上四个方面，药品问题的高精度测量，CS5532其性能达到24位，增加了本文设计的难度，体现了本文研究的重要意义。由于在显示生产过程中，传感器的精度直接影响到所测量的结果，所以本文在硬件连接中着重研究传感器的原理及其工作方式。CS55322为本文的核心部分，通过对AD转换的编程完成设计的主体，单片机为核心，数码管显示为辅助，达到研究题目所要求。2.2 设计方案实施2.2.1 设计方案的结构根据药品称重系统的研究，对于基于CS5532高精度药品自动称重系统的研究包括以下几个方面：（1） 传感器部分（2） 变送电路（3） 滤波电路（4） CS5532 AD转换程序的编程（5） 单片机80C52部分（6） 数码管显示部分根据设计内容的要求进行了硬件总体结构的设计，硬件设计结构如下图2-1 硬件结构图传感器：将重量信号或压力信号转化成电量信号，变送电路：放大电信号。滤波电路：滤除杂波，提抗干扰。CS5532：将模拟量信号转化为数字量信号。80C52：数据处理，整体控制。数码管：显示测量结果。2.2.2 传感器选型传感器是测量机构最重要的部件，目前常用的有电阻应变式压力传感器，电容式压力传感器，压电式压力传感器。选用时应按着稳定性，精度等级，灵敏度，寿命和安装环境要求依次作为优先考虑2。(1) 电容式压力传感器稳定性差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。(2) 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度，寿命长。(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求太严格。图2-2 传感器使用参数2.2.3 单片机选型80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。 80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 此外，80C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式21。 8051片内有 ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。主要功能特性： 标准MCS-51内核和指令系统 片内8kROM(可扩充64kB外部存储器) 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器) 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率3.5-12/24/33MHz 向上或向下定时计数器 改进型快速编程脉冲算法 6个中断源 5.0V工作电压 全双工串行通信口 布尔处理器 帧错误侦测 4层优先级中断结构 自动地址识别 兼容TTL和CMOS逻辑电平 空闲和掉电节省模式 PDIP(40)和PLCC(44)封装形式第三章 系统装置设计及硬件配置3.1 电阻应变片式压力传感器3.1.1 传感器的工作原理传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。电阻应变式传感器是一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。电阻应变片式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量的环境要求不太严格。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R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，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R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），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8,12,13。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。一、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作，这种材料的泊松系数是。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：R = L/S（） （31） 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少r。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作。 对式（3-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：R = L/S + L/S SL/S2 （32） 用式（2-1）去除式（2-2）得到R/R = / + L/L S/S （33） 另外，我们知道导线的横截面积S = r2，则 s = 2r*r，所以S/S = 2r/r （34） 从材料力学我们知道r/r = -L/L （35） 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。是表示材料横向效应泊松系数。把式（34）（35）代入（3-3），有R/R = / + L/L + 2L/L=（1 + 2（/）/（L/L）*L/L= K *L/L （3-6）其中K = 1 + 2 +（/）/（L/L） （3-7） 式（3-6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.73.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。 在材料力学中L/L称作为应变，记作，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便常常把它的百万分之一作为单位，记作。这样，式（3-6）常写作：R/R = K (38)二、弹性体 弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。 以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。 设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。 肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。 = （3Q（1+）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （3-9）其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：泊松系数；B、b、H、h为梁的几何尺寸。 需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。三、检测电路检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。 因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，Ein接直流电源E：图3-1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： uo=uBD=uAB-uAD = （3-10）当满足条件R1R3=R2R4时，即（3-11）=0，即电桥平衡。式（3-11）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R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（3-10），则电桥输出为 电阻应变式压力传感器主要有弹性体，电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷发生形变时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小）。从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，工后续电路测量和处理16,17,18。图3-2 传感器电桥结构图当垂直压力P作用于梁上是，梁产生形变，电阻应变片R1，R3受压弯拉伸，阻值增加；R2,R4受压缩，阻值减小；电桥失去平衡，产生不平衡电压Eout，Eout与作用在传感器上载荷P成正比，从而将非电量转化成电量输出。其工作原理如下图所示： 图3-3 传感器受力示意图3.1.2 传感器的硬件配置下图为3k高精度称重传感器尺寸图图3-4 传感器尺寸图下图为传感器与其配套的支座安装实物图 图3-5 传感器安装实物图3.2 LM324变送电路3.2.1 LM324原理介绍LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器，工作电压可低至3.0伏或者高至32伏，共模输入范围包括负电源，因而消除在许多场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包括负电源电压。其优点有以下;短路保护输出、真差动输入级、低输入偏置电流最大100纳安、每一封装四个放大器、内部补偿、共模范围扩展到负电源、行业标准引脚输出。3.2.2硬件配置下图为LM324管脚图图3-6 LM324管脚图