1、 电子技术课程设计 电子称的设计 2010 年 6 月 27 日 电子称的设计 一、选题依据 电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一 体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的“快 速、准确、连续、自动”称量要求，同时有效地消除人为误 差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要 求。 二、设计要求及技术指标 1.设计要求： 电子称称量物品要达到一定的准确度， 满足一定的测量要求， 电路设计过程中要以节能环保为理念，简单实用为基础，利用所 学知识合理设计。 2.技术指标： （1）桥式测量电路激励电压 9 到 12 伏。 （2）放大器将 2mV 的差动电压放大到适应转换
2、的模拟电压。 三、电路结构及其工作原理 1.电路的结构框图： 图 1 框图 2.电路的原理图： 图 2 电路原理图 3.电路工作原理： 电子秤是利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重 量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲 V 改为重量纲 g 即成为一台原始电子秤。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，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的 电 阻 应 变 式 传 感 器 输出信号 三运放大电 路放大信号 显示电路 A/D 转换电 路 数据更精确。而三运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
3、数的放大，以满足 A/D 转换器对输入信号电 平的要求。A/D 转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行 模数转换，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。 四、电路主要元件简介 1.传感器 电子秤传感器的测量电路通常使用桥式测量电路，它将应变 电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是传感器输出的电 信号。电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片 电阻，电桥的一个对角线接入工作电压 U，另一个对角线为输出 电压 Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输 出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电 桥能够精确地测量微小的电阻变化
4、。 测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，在制作的 过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免 减小测量数据的误差。 图（2） 全桥测量电桥图（其中 V0输出为 02mv） 激励电压: 9VDC12VDC ； 灵敏度: 20.1mV/V 输入阻抗: 40510 ； 输出阻抗: 3503 极限过载范围: 150% ； 安全过载范围: 120% 使用温度范围: -20+60 2.三运放大电路 本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大 电路，主要的元件就是三运放大器。在许多需要用 A/D 转换和数 字采集系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱， 必须通过一个
5、模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一 种符合要求的放大器。 图（3）三运放大电路结构图 为使系统产生的误差更小，传统上，设计秤重、测力、转矩 及压力测量系统时，输出的数据更精确广泛采用全桥接电阻传感 器的方法。本设计采用全桥测量电路。大多数桥接传感器都要求 较高的激励电压（通常为 10 V），同时输出较低的满量程差动电 压，约为 2 mV/V。传感器的输出通常由仪表放大器加以放大。 3.间接比较型模式转换器 ADC 双积分 ADC 简介 间接比较型A/D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某 种形式的中间信号，然后再将这个中间
6、信号变换为二进制代码输 出。双积分式 ADC 就是一种首先将输入的模拟信号变换成与其 成正比的时间间隔，然后再在这段时间间隔内对固定频率的时钟 脉冲信号进行计数的 A/D 转换器，所获得的计数值就是正比于输 入模拟信号的数字量。 双积分 ADC 电路由积分器、比较器、计数器、参考电压源、 电子切换开关、逻辑控制及 CP 信号几部分组成，原理框图和积 分波形如图（4）示。 图（4-1）原理图 图（4-2）积分波形图 图（5）所示为双积分 ADC 原理图，图中 S0，S1为模拟开关， 控制逻辑包括一个 n为计数器，附加触发器 Fc，模拟开关驱动电 路 L0，L1及门 G1，G2等。 转换开始前，令转换控制信号 Vs=0 计数器和附加触发器均 置 0，S0闭合，电容器充分放电，V01=0。当 Vs=1 以后,S0断开， A/D 转换开始。分下面两个阶段： 1) 通过 2 次积分将 Vi转换成相应的时间间隔。转换开始时 t=0,S1与 Vi接通。 2) Vi通过 R 对 C 充电，积分器输出电压负向线性变化，
