电子秤设计报告.docx

设 计 报 告

实验名称： 电子称设计
院（ 系）： 专 业：
姓 名： 学 号：
实 验 室： 实验组别：
同组人员： 实验时间： 2016年12月02日
评定成绩： 审阅教师：

目 录

1 设计要求······················································ 3
2 设计原理······················································ 3
3 系统框图······················································ 3
4 具体设计······················································ 4
4.1 称重传感器······················································· 4
4.2 放大电路和量程切换··············································· 5
4.3 A/D转换·························································· 7
4.4 显示器··························································· 8
5 实验小结······················································ 9

1 设计要求
试设计10μg~10kg电子称，数字显示，精度为0.1%。
2 设计原理
数字电子称通过传感器将被测物体的重量转换成模拟的电压信号，较小的电压信号通过应用放大系统进行准确、线性的放大，以满足模数转换器对输入信号电平的要求。放大电路采用三运放数据放大器。仪表用放大器具备足够大的放大倍数、高输入电阻和高共模抑制比的特点。放大后的模拟电压信号经过模数转换电路变成数字量，模数转换电路采用模数转换芯片CC7107实现。然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果，显示电路采用四块分立的七段LED显示电路进行显示。本设计中通过改变放大电路的增益，从而达到转换量程的目的。由于被测物体的重量相差较大，根据不同的测重范围要求，需对量程进行切换。
3 系统框图

图1 电子称设计框图
（1） 利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物体的重量信号；
（2） 由放大器电路把传感器输出的微弱电压信号进行一定倍数的放大，放大后的电压信号送到模数转换电路中；
（3） 由模数转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路；
（4） 由显示电路显示数据。

4 具体设计
4.1 称重传感器
4.1.1 设计原理

图2 电阻应变式桥式测量电路
R1、R2、R3、R4为4个应变片电阻，且R1=R2=R3=R4=R，组成桥式测量电路，Rm为温度补偿电阻，e为激励电压，V为输出电压。在外力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，∆R1、∆R3正值，R2、R4被压缩，阻值减小，∆R2、∆R4为负值，且应变片阻值变化的绝对值相同。故电桥的输出电压为：
V=Kεe
其中K为应变片灵敏系数，ε为应变量，且Kε=∆RR，∆R是电阻变化值。
系统灵敏度 S=Ve=Kε。
4.1.2 电路设计

图3仿真原理图
图3是电阻应变式桥式测量电路仿真原理图，电源电压选择12V，电路输出电压范围是0~12V。设计要求测量范围是10μg~10kg，经过称重传感器之后得到的电信号范围10-8~10V满足设计要求。
4.2 放大电路和量程切换
4.2.1 设计原理

图5 AD623原理图
图3是单电源仪表放大器AD623结构原理图，2脚和3脚为输入端，1脚和8脚为增益输入端，4脚和7脚为电源供电端。5脚是基准电压，6脚是输出电压。
输出电压：
VO=(1+100KΩRG)Vin

图6 基本运算放大器
输入输出关系：
VOUT=-R2R1×Vi
4.2.2 电路设计
设计中采用三级放大，前两级用基本运算放大器，最后一级用单电源仪表放大器AD623。对AD623采用单电源+12V供电，利用单片机先判断输入电平的量级，通过通道选择开关控制前级放大器的增益系数。
输入电压/v
10-8~10-7
10-7~10-6
10-6~10-5
10-5~10-4
10-4~10-3
增益系数
100×100×1000
100×1000×100
1000×1000
1000×100
100×100
输出电压/v
1~10
1~10
1~10
1~10
1~10
导通开关
S1’2，S2’1，S3’2，S4’4
S1’2，S2’1，S3’2，S4’3
S1’3，S2’3，S3’2，S4’4
S1’3，S2’2，S3’2，S4’3
S1’3，S2’3，S3’2，S4’3
输入电压/v
10-3~10-2
10-2~0.1
0.1~1
1~10

增益系数
1000
100
10
1

输出电压/v
1~10
1~10
1~10
1~10

导通开关
S1’1，S3’1，S4’4
S1’1，S3’1，S4’3
S1’1，S3’1，S4’2
S1’1，S3’1，S4’1

表1 增益自动切换

图6 电路原理图
4.3 A/D转换
将经过放大器放大后的模拟信号转换为数字信号，可选用ICL7107A/D转换器。

图3转换原理图
4.4 显示器

图4 数码管显示电路
5 实验小结
通过本次电子称设计实验，我对电子称的整个系统构建有了深刻的认识，理解了各个组成模块的工作原理和作用，学习到很多集成芯片的用法，将以前学过的数字电路、模拟电路和检测技术的知识综合了起来，锻炼了自己整合知识、应用multisim等软件、查询资料的能力，整个设计过程对我来说有点难度，虽然最后基本实现了设计要求，但是仍然有很多不足和没有理解的地方。
对于很小的测量量时，放大倍数需要特别大，我采用的是多级放大器实现的方法，但是仿真结果误差很大，不能很好的达到目标要求。另外设计过程中用到的ICL7107芯片第一次接触到，比较复杂，希望在以后的学习过程中能够更加熟悉并掌握它的用法。关于单片机部分，在目前的学习阶段我还没有接触过，尝试进行学习设计算法，但是时间有限，没有能够实现，相信通过以后的课程学习能够弥补这个遗憾。

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