电子配料秤课程设计.doc

电子配料秤课程设计182020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。第一章 绪论1.1电子配料秤的应用意义生产、运输、贸易和日常生活都离不开称量。电子称由于其具有快速、准确、直观等优点而在许多领域慢慢的取代机械杠杆称。配料工序是工厂中关键性环节。配料是采用特定的配料装置，按照饲料配方的要求，对多种不同品种的饲料原料进行准确称量的过程。配料装置的核心设备是电子配料秤。配料秤性能的好坏，将直接影响配料质量的优劣。在电子配料秤的使用当中，人们常见配料精度来评定配料秤的性能好坏。配料精度实际上是对称量结果与真值的接近程度的一种描述，也就是对配料系统误差与随机误差的一种反映。采用微机控制进行称重配料，能够对称量误差进行自动补偿，保证配料的准确性，还能够经过微机的键盘和显示器方便地进行人机对话，完成参数设置，检查和修改工艺设定值，并监视称重配料的生产过程，发现故障及时报警。使用微机还能够调用管理程序，经过建立的模型自动完成对称重配料系统的控制。因此，采用微机控制称重配料系统，可降低原料消耗，提高产品质量，实现生产过程的科学管理。而电子配料秤成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。1.2电子配料秤设计的要求及技术指标电子配料秤要求其精度应优于百分之一，配料重量连续可调，料满自动停止加料，且工作稳定可靠。第二章 电子配料秤设计方案方案一：经过秤重电桥产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片AD7799进行A/D转换，转换后的数字量输入单片机，有单片机进行数据处理和对A/D转换的控制，再有单片机输出显示信号，经过显示电路进行显示。此方案的优点是可控制性好，电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限。但要求是用我们所学的数字电路知识，运用简单数字芯片进行设计，单片机需要编写程序进行数据处理。 方案二：其电路构成主要有传感器电路电路，差动放大电路，比较器电路，首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，再将模拟信号放大传送。其次，由比较器把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进行一定比较从而对加料口进行控制，再有差动放大电路输出信号进行A/D转换，有A/D转换系统带动数码管来显示加料的重量。经过以上两种方案的分析案一的实现过于复杂，虽然在一些方面有着一定的智能作用，可是由于电路的复杂以及单片机应用的程序编写等方面的困难；因此我们采用第二种方案实现电子配料秤的功能，采用第二种实现主要是因为我们的知识能力有限，再而能够更好的复习我们学过的知识。第三章 电子配料秤原理 3.1原理首先利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，再将模拟信号放大传送。其次，由比较器把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进行一定比较其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，对输入信号电平的要求。 如图3.23.2电子配料秤工作原理图数码管显示 比较器A/D转换电路差动放大电路电阻应变式传感器 直流稳压电源 图 3.2 第四章 电子配料秤的单元电路设计4.1 称重传感器模块电路设计4.1.1 传感器基本工作原理导体或是半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值也会发生改变，这种现象称为电阻应变效应，根据这种效应可将应变片粘贴于被测材料上，这样被侧材料受到外力的作用产生的应变就会传到应变片上，使应变片的阻值发生变化，经过测量应变片的阻值变化就可知道测量电阻的大小。4.1.2 电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： R=*L/S 式中： 金属导体的电阻率（cm2/m）S导体的截面积（cm2） L导体的长度（m）应变片将应变转化为电阻的变化后，为了显示或记录应变的大小或记录应变的大小必须将应变电阻的变化转化为电压或电流的变化，这一任务是由测量电路完成的，而常规应变片的阻值变化范围很小，测量电路应当精确地测量出这些微小的电阻变化，最常见的测量电路是桥式电路。电桥电路的优点有：灵敏度高；测量范围宽；电路简单；精确度高；易于实现温度补偿等。4.1.3 电桥的电路图及相应公式电桥测得的电压公式： 四臂电桥电路由4个压力应变片做桥路组成，其中R1=R2=R3=R4=R传感器要求的激励电压是直流稳压电源U=+10V，对于本传感器的输入电阻为R=100，其材料为钢材料电阻灵敏度系数K=4,直径为0.2m的圆形电阻， =0.03，计算的输出电压范围是02mv 采用柱式测量方法测的电压公式： 图4.1 桥式电图4.2 传感器放大电路设计如图所示A1,A2为压力传感器的放大电路采用两个运算放大器构成的差动放大电路。 图4.2 差动放大电路(1) 差模电压增益： I=Vi/R5; Vo=(R5+R6+R6)I =(1+2R6/R5)Vi Av=1+2R6/R5.(1)对差模输入信号的放大作用当差模信号vId输入(共模信号vIc=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压vod1、vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vod1vod2=2vod1=vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。要注意的是：差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起(负反馈)作用。(2)对共模输入信号的抑制作用当共模信号vIc输入(差模信号vId=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即vI1=vI2=vIc,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压voc1、voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压vo=voc1voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。另外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。4.3 比较器电路设计比较器是用来比较输入信号Vi和参考电压Vref的电路比较器的门限电压随输出电压的变化而变化，能够用来控制加料的多少 比较器的基本特点:(1) 工作在开环或正反馈状态。(2) 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。(3) 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图4.3所示。当输入电压Vi从零逐渐增大，且ViVT时，Vo=Vom,VT称为上限触发电平。 图4.3 比较电路4.4直流稳压电源的设计1. 将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。2. 整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。3. 滤波电路：滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。4. 稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。如图4.4图4.4 稳压电路本电路的目的是在第一级稳压的基础上实现线形高精度稳压，降低纹波，提高电压调整率和负载调整率，最终达到题目的指标要求。原理如图所示此电路继承了DC-DC变换器的输出电压。在本电路中，首先输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压，接到由运放组成的比较电路的正端输入脚。输出电压经过电阻分压之后反馈至运放的负输入端。运放的输出电压控制达林顿管的发射极电压，得到所需的高度稳定的支流电压。在输入端电路加入了过压保护，串联了附加电路，用于消耗过电压存储的电磁能量，从而使过电压的能理不会加到主开关的器件上，为了使主电路更安全，也加入了阻容吸收电路。至此输入端电路设计完毕。第五章 电子配料秤的整体电路设计5.1整体电路图及工作原理 首先，输入电压在精密稳压源上产生一个稳定的参考电压，接到电桥的一对对角上，作为输入电压。由另一对对角上的电压作输出电压。再经过放大器A1放大信号，由比较器把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号与预设的信号进行一定比较从而得到配料的多少。差模信号vId输入(共模信号vIc=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压vod1、vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vod1vod2=2vod1=vod,可见，有效地放大差模输入信号。共模输入信号具有很强的抑制能力。另外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。最后比较输入信号Vi和参考电压Vref的电路比较器的门限电压随输出电压的变化而变化，能够用来控制加料的多少。整体总电路图如图5.1 图5.1 总电路图5.2电路参数计算SP30C系列压力传感器的额定压力，对于501为+-0.5/kgf/cm*cm，对于102为+-1.0kgf/0+-20mv;使用温度范围为-20到+80C;满标度电压为60到140mv;失调电压为0+-20mv;.桥电阻为5K+-1K;驱动电流为1mv.电路中的A1构成恒流源电路,调节RP2为SP30C传感器提供1mA的驱动电流.由于SP30C无电零电路,因此用A2构成调零电路,调节RP1使输入为0时输出也为0.A3到A5构成仪用放大器对SP30C的输出信号进行放大。5.3整机电路性能分析其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，比较器电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，对输入信号电平的要求。第六章 设计总结电子配料秤成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。在生产生活中占有重大的意义。 本设计主要应用传感器，放大器。特别是传感器应用相当广泛，值得我们去学习。电路结构相对复杂，但我们经过不断的更改修正，最终完成了电子配料秤的设计，而且能够应运于实际生活中。要完成一个设计实验要收集大量的资料，了解将要用到的电子元器件的基本原理及功能。对于没有学过的或实现过程比较难的部分，能够应用自己已学过的或比较容易实现的其它元器件来代替。如在方案一中我们要用单片机来实现键盘、显示、及自动配料的控制。但由于当前我们还未学习单片机的相关知识，因此这部分都采用模电的知识来解决。电子配料秤的设计还有其它的设计方法，能够经过继续深入研究找到更简单的控制方案。参考文献1 康华光主编 电子技术基础, 高等教育出版社, 2 李瑜芳主编 传感器原来理及其应用，电子科技大学出版社， 3 姚培元主编 无损检测技术 机械工业出版社, 19974 李永敏主编 检测仪器电子电路，西北工业大学出版社， 5 凌志浩编著 智能仪表原理与设计技术, 华东理工大学出版社 附录器件清单器件名称型号器件参数个数电阻R11K1电阻R21K1电阻R31K1电阻R41K1电阻R51K1电阻R61K1电阻R71K1电阻R80.1K1电阻R910K1放大器A1101放大器A2101放大器A3101放大器A4101