传感器实训报告_6.docx

《传感器实训报告_6.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器实训报告_6.docx（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、传感器实训报告传感器指的是能感受规定的被测量并根据一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。是一种检测装置，能感遭到被测量的信息，并能将检测感遭到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以知足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。传感器作为测控系统中对象信息的入口，他在当代化事业中的重要性已越益为人们所认识。随着“信息时代的到来，国内外已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。国内高校很多专业都开设了相应课程。传感

2、器方面的教材和专著陆续问世。这些著作，在原理性与实用性，传统性和新型性，以及广度与深度上各有侧重。随着高、新技术的发展，专业面的拓宽，同时为了适应传感器开发、应用的需要，更希望有两者兼顾的方式。当今人类已进入信息时代，传感器与监控技术的重要性已越来越被人们所认识。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，传感器与测控技术也有了很大的进展，传感器与测控技术主要研究测控系统的电路问题。当代测控系统的含义已不仅仅局限于工业领域的检测与测控系统，这些测控系统包括各式各样的仪器仪表、控制装置，涉及人类生活的方方面面。很多测控系统是一些设备中的核心，如智能洗衣机、空调和数字化电视机的控制系统。随着科技的进步，

3、电子秤的应用越来越广泛。称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的转换装置，是电子衡器的一个关键部件。能够实现重力至电信号转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器构造较简单，准确度高，适用面广，且能够在相比照较差的环境下使用。因而电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。第1章应变式称重系统设计(1)1.1系统框图(1)1.2基本要求及技术指标(1)第2章应变式称重系统基本原理(3)2.1应变片称重的基本原理(3)第3章硬件系统设计(4)3.1传感器模块

4、设计(4)3.2信号调理模块设计(5)3.2.1集成运算放大器OP07(5)3.2.2前级放大电路仪表放大器.错误！未定义书签。3.2.3后级放大电路反相放大器(7)3.3A/D转换模块设计(8)3.3.1高速串行8位A/DTLC549(8)3.3.2A/D转换电路.错误！未定义书签。3.4数据收集模块设计.错误！未定义书签。3.4.1单片机最小系统.错误！未定义书签。3.5液晶显示模块设计.错误！未定义书签。3.5.1LCD12864带中文字库液晶显示器.错误！未定义书签。3.5.2LCD12864显示电路.错误！未定义书签。3.6矩阵键盘模块设计.错误！未定义书签。3.6.1矩阵键盘电路及

5、其原理.错误！未定义书签。第4章仿真与设计.错误！未定义书签。4.1multisim12电路仿真.错误！未定义书签。4.1.1仿真软件multisim12.错误！未定义书签。4.1.2信号调理电路的仿真设计.错误！未定义书签。第5章软件系统设计.错误！未定义书签。5.1软件设计分析.错误！未定义书签。5.2软件整体框图设计.错误！未定义书签。5.3软件各模块详细设计.错误！未定义书签。5.3.1数据收集和处理.错误！未定义书签。5.3.2矩阵键盘控制.错误！未定义书签。5.3.3LCD12864液晶显示.错误！未定义书签。第6章安装与调试.错误！未定义书签。6.1硬件安装.错误！未定义书签。6

6、.1.1硬件安装.错误！未定义书签。6.2硬件调试.错误！未定义书签。6.2.1信号调理电路调试.错误！未定义书签。6.3软件调试.错误！未定义书签。6.3.1CSY9.0灵敏度及非线性误差调试.错误！未定义书签。6.3.2KEILuVision4编程及调试.错误！未定义书签。6.4软硬件联调.错误！未定义书签。6.5实物验收与问题.错误！未定义书签。6.6故障分析与解决方案.错误！未定义书签。第7章传感器的综合应用.错误！未定义书签。7.1手机质量测试.错误！未定义书签。7.2光电式传感器测转速.错误！未定义书签。7.3物体计数.错误！未定义书签。第8章心得体会.错误！未定义书签。参考文献.

7、错误！未定义书签。附录A元器件清单.错误！未定义书签。附录B完好程序及注释.错误！未定义书签。第1章应变式称重系统设计1.1系统框图利用传感器与检测技术实验室已有的应变式称重台，将四片电阻应变片采用全桥形式接入测量电路，经过运放OP07组成的仪表放大器放大，再由串行模数转换芯片TLC549进行A/D转换，转换结果送入单片机，单片机对收集到的结果进行处理后送给LCD12864显示。为了使系统获得更好的灵敏度和线性度，仪表放大器的输出经收集卡收集，经过CSY9.0虚拟仪器软件分析，得到较好的线性度和灵敏度后，再送入AD芯片进行转换。系统框图如图1-1所示。图1-1电子秤系统框图1.2基本要求及技术

8、指标1把握金属箔式应变片的应变效应。2把握单臂，半桥和全桥电路的工作原理和性能。3电路仿真与参数确定。利用multisim仿真软件，确定仪表放大器设计方案；应用运放OP07设计三运放仪表放大器，确定电路元器件详细参数；4制作电路板。仪表放大器增益可调，放大倍数为1000-2000；应变电桥和放大电路应具有调零功能。5利用汇编或C51语言编写正确程序，调试电路板，收集放大器的输出电压，并显示。6考虑A/D分辨率为20mV，要求灵敏度不低于40mV/20g。7数据处理及分析。利用CSY-V9.1虚拟仪器收集测量电路的输出电压至电脑中，确定系统线性度和灵敏度最小二乘法，要求非线性误差小于1.50%。

9、8编写课程设计报告，完成设计任务的期限为一星期。第2章应变式称重系统基本原理2.1应变片称重的基本原理应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体外表，测件受力发生形变，应变片的敏感栅伴随变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。当具有初始电阻值R的应变片粘贴于试件外表时，试件受力引起的外表应变，将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化RR/?。在一定应变范围内RR/?与的关系知足下式：KRR=?式中，为应变片的轴向应变。定义/RRK?=为应变片的灵敏系数。它表示安装在被测试件上的应变在其轴向遭到单向应力时，引起的电阻相对变化RR

10、/?与其单向应力引起的试件外表轴向应变之比。电阻应变片计把机械应变转换成RR/?后，应变电阻变化一般都很微小。例如某传感器的应变片电阻值120，灵敏系数2K=，弹性体在额定载荷作用下产生的应变1mm，应变电阻相对变化量为：/*2*1*10(3)0.2%RRK?=-=能够看出电阻变化只要120*0.2%0.24=，其电阻变化率只要0.2%。这样小的电阻变化既难以直接准确测量，又不便直接处理。因而，必须采用转换电路，把应变片计的/RR?变化转换成电压或电流变化。当应变片计的/RR?变化转换成电压或电流变化后，就能够使用已知质量的砝码去测量并计算出单位质量的电压变化量，即称重系统的灵敏度K。根据实际

11、称重需要，确定称重系统的量程，然后就能够确定称重系统的灵敏度。第3章硬件系统设计3.1传感器模块设计由于应变式传感器电阻变化很小，不便直接测量，因而把应变片计的/RR?变化转换成电压或电流变化。通常采用惠斯登电桥电路实现这种转换。若将电桥四臂接入四片应变片，如图3-1所示。图3-1全桥电路即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号一样的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。在接入四片应变片时，需知足下面条件：相邻桥臂应变片应变状态应相反，相对桥臂应变片应变状态应一样。可简称为：“相邻相反，相对一样。此时u=EK采用全桥电路的理由如下：1此类电桥电路的灵敏度高，是单一工作应变片工作时的4倍2输出输

12、入呈线性，没有非线性误差3能够温度补偿，大大减小因温度而造成的误差除上述全桥电路外，还有单臂和半桥电路两种。单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大；当E和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。本次实训采用全桥电路。电桥供电电源为5V。()()22oERRERRRUERRR+?-?=-=3.2信号调理模块设计由于传感器的输出为微弱的低频差分信号，其电压幅度为微伏级，必须经过放大电路进行调理放大，再进行测量。常用的放大电路能够由单运放放大器、双运放放大器、三运放放大器或直接由集成仪表放大器如AD620、AD623)等构成。本次实训以三运放构成仪表放大器作为前级放大电

13、路，反相放大器作为后级放大电路，运算放大器选择高精度运放OP07。3.2.1集成运算放大器OP07OP07有A、B、C、D、E五种型号，它是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压对于OP07A最大为25V，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低OP07A为2nA和开环增益高对于OP07A为300V/mV的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07十分适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。引脚图如图3-4所示，典型调零电路如图3-5所示。图3-2OP07引脚图图3-3OP07偏置调零电路3.2.2前级放大电路仪表放大器图3-4仪表放大器电路原理图如图3-4所示，对于U1，由虚断、虚短可得：11VVV1-+=对于U2，由虚断、虚短可得：22VVV2-+=由基本电路知识可得：211211VVVVRR-=-32111212222VVVVVVRVRRR-=-=-解得：22111=(1+)12RRVVVRR-22112=(1+)21RRVVVRR-对于U3，由虚断、虚断可得：73357VVV2RRR-+=+由节点电流法可得：3346V1VVVoRR-=解得：643461VVRVoRRR-+=+由于是差动放大，所以取4567RRRR=