电子秤设计bwzu.docx

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1、传 感感 器器 课课 程程 设设 计计小量程电电子秤设设计学校：河河海大学学 专业业：应用用物理学学 姓名：季庚午午 学学号：00810002001166 指导老老师：丁丁万平、总体体设计方方案本设计由由以下几几部分组组成：电电阻应变变传感器器、信号号放大器器、模数数转换、单单片机、显显示器。其其结构图图如下所所示。单片机LED显示信号放大器应变传感器由电阻应应变式传传感器感感受被测测物体的的质量，通通过电桥桥输出电电压信号号，通过过放大电电路将输输出信号号放大，而而后送入入A/D转换换单元进进行模数数转换，将将转换后后的数字字信号送送给单片片机；单片机机接收数数据后，对对数据进进行处理理，将

2、其其转换为为对应的的重量信信息，送LEDD显示模模块进行行显示。单单片机同同时也可可以进行去皮皮调零操操作。、硬件件电路设设计一、传感感器选择择1、传感感器型号号：WTTP6116平行行梁式称称重（测测力）传传感器；2、产品品特点及及结构：主要适适用于口口袋称，手手掌称等等电子称称重；3、主要要技术参参数：额定载荷荷(Kgg):5500gg; 绝缘电电阻（MM）=20000（1100VVDC）精度等级级：C33; 激励电电压（VV）510DDC综合误差差：（%F.SS）0.005; 温度度补偿范范围（）-100+440灵敏度（mmV/VV）0.7+-0.11 使用温温度范围围（）-200+55

3、0非线性(%F.S)：0.005; 零点温温度影响响（%FF.S/10） 00.2滞后(%F.SS)：00.055; 灵灵敏度温温度影响响（%FF.S/10）0.15重复性(%F.S)：0.005; 安全过过载范围围(%FF.S) 1550蠕变（%F.SS/300minn）:00.055; 极限过过载范围围(%FF.S)零点输出出（%FF.S）: +-1; 输出阻阻抗（）:10000+-50输入阻抗抗（）:10000500 电缆线线: 四四芯屏蔽蔽电缆4、接线线方法：输入（电电源）+：红色色；输入入（电源源）：黑色色；输出出（信号号）+：绿色；输出（信信号）：白色色5、实物物图：图.11.1:

4、WTPP6166实物图图6、传感感器设计计电路：6.1、检检测电路路设计：传感器器电路采采用惠根根斯等臂臂电桥，即即，构成成差动式式电路，提提高线性性度和灵敏敏度。RR1RR4都接接应变片片WTPP6166,R11和R33接成工工作片，RR2和RR3接成成补偿片片，其中是是应变，UU是输入入电压，KK是灵敏敏度。通过调节节电阻可可以实现现输出调调零。图.11.2惠惠根斯电电桥电路路6.2、检检测电路路处理：惠根斯斯电桥输输出的电电压UOO后面紧紧接着接接滤波电电路和电电压跟随随器如图图（图.1.2）所所示，电电阻 RR1 、 R2 电容 C1 、 CC2用于于滤除前前级的噪噪声， C1 、 C

5、C2 为为普通小小电容，可可以滤除除高频干干扰。图.11.2滤滤波电路路和电压压跟随器器电路二、稳压压电源的的设计：稳压电路路在设计计中具有有很重要要的作用用，在本本设计中中我采用用三端集集成稳压压芯片778055，资料料图如下下所示。内含过过流、过过热和过过载保护护电路。778055输出电电压典型型值是55V,在在一定温温度条件件下电压压输出比较较稳定，如如图2.2所示示。设计计稳压源源5V的的电路如如图2.3所示示；因为为op007是使使用正负负电源55伏，+5伏使使用78805，-5伏使使用79905，电电路结构构与78805的的结构一一样。图.22.1：78005封装装图图.22.2：

6、78005的典典型输出出电压参参数图.22.3：5V稳稳压源仿仿真图三、放大大电路的的设计:由于传传感器输输出的信信号比较较微弱，必必须通过过一个放放大器对对其进行行放大，才才能满足足单片机机A/DD转换器器对输入入信号电电平的要要求。放大电电路要把把3.55mV的的电压放放大到55V，放放大倍数数比较大大，所以以采用二二级放大大。放大大电路的的芯片采采用Op077，如图图.3.1所示示，Op007芯片片是一种种低噪声声，非斩斩波稳零零的双极极性运算算放大器器集成电电路。由由于OPP07具具有非常常低的输输入失调调电压（对对于OPP07AA最大为为25V），所所以OPP07在在很多应应用场合合

7、不需要要额外的的调零措措施。OOP077同时具具有输入入偏置电电流低（OOP077A为2nAA）和开开环增益益高（对对于OPP07AA为3000V/mV）的的特点，这这种低失失调、高高开环增增益的特特性使得得OP007特别别适用于于高增益益的测量量设备和和放大传传感器的的微弱信信号等方方面。图.33.1OOp077引脚图图1、 前级放大大电路设设计:前级放大大电路采采用应用用比较广广泛的由由三个运运放组成成的通用用放大电电路，电电路中三三个运放放都接成成比例运运放的形形式，整整个电路路又包括括两个放放大级，UU1和UU2组成成第一级级，二者者均为同同相输入入方式，而而且输入入电阻较较高。由由于

8、电路路对称，因因此漂移移可以相相互抵消消。而且且差动放放大器具具有高输输入阻抗抗，增益益高的特特点.第二级级为U33，是差差分输入入方式，将将差分输输入转换换为单端端输出，在在本电路路中要求求参数对对称，即即R4=R5，RR6=RR7，RR8=RR9。经经过计算算可得，,所以差分的输入为，而，由此可知，只要调节R3阻值的大小，就可以调节整个放大电路的放大倍数。在实际电路中，参数选择如下图（图.3.2）所示，最终前级输出电压是-460.031mV。图.33.2前前级放大大电路仿仿真图2、 二级放大大电路接接反相比比例运放放电路由于前级级放大的的输出是是负的电电压，所所以二级级放大电电路选择择反相

9、比比例运放放，根据据理论可可知，将将前级输输出放大大11背背可得到到5V的的电压，所所以计算算得参数数如图所所示（图图.3.3）图.33.3二二级放大大电路仿仿真图、软件件设计一、 单片机介介绍：本课程设设计采用用AVRR系列单单片机MMegaa16（图图.1.1）， ATTmegga166是AVRR系列单单片机中中的主流流品种，具具有很高高的性价价比，其其主要特特点有：（1）采采用先进进RISSC结构构的AVVR内核核1. 高高性能、低低功耗的的8位单片片机；2. 1131条条机器指指令大大多数指指令的执执行时间间为单个个系统时时钟周期期；3. 332个8位通用用工作寄寄存器；4. 全全静态

10、工工作；5. 工工作在116MHHz时具有有16MMIPSS的性能能；6. 只只需要22个时钟钟周期的的硬件乘乘法器；（2）片片内非易易失性的的程序存存储器和和数据存存储器1. 116K字字节可IISP编编程的FFlassh程序序存储器器，擦除除寿命达达1万次；2. 11K字节节的片内内静态数数据存储储器（SSRAMM）；3. 5512个个字节片片内EEEPROOM数据据存储器器（寿命命100万次）；（3）丰丰富的外外围接口口1. 22个带有有分别独独立、可可设置预预分频器器的8位定时时器/计数器器；2. 11个带有有可设置置预分频频器、具具有比较较、捕捉捉功能的的16位定定时器/计数器器；3

11、. 片片内含独独立振荡荡器的实实时时钟钟RTCC；4. 44路PWMM通道；5. 88路10位ADCC 6. 两两线接口口TWII（兼容容I2C硬件件接口）；7. 11个可编编程的增增强型全全双工的的，支持持同步/异步通通信的串串行接口口USAART；8. 11个可工工作于主主机/从机模模式的SSPI串串行接口口（支持持ISPP程序下下载）；9. 片片内模拟拟比较器器；10. 具有独独立振荡荡器的看看门狗定定时器WWDT；（4）宽宽电压、高高速度、低低功耗l工作电压压范围宽宽：ATTmegga166L 22.75.55v，ATmmegaa16 4.555.55v；l运行速度度：ATTmegga

12、166L 008M，ATmmegaa16 016MM；l低功耗：ATmmegaa16LL工作在在1MHHz、3v、25度时时的典型型功耗为为，正常常工作模模式1.1mAA，空闲闲工作模模式0.35mmA，掉掉电工作作模式1uAA；图.11.1MMegaa16原原理图图图算法设计计：PA.00作为AAD输入入口，连连接放大大电路的的输出，PPC.00PCC.7作作为LEED数据据输入口口，PAA.2PA.7作为为片选端端口，系系统采用用外部44.0996MHHz的晶晶振。电电路连线线图如图图所示（图图.1.2）：第一步：初始化化单片机机，定义义A、BB、C、DD个IOO口的方方向和初初值；第二步

13、：初始化化TIMMEROO，采用用内部时时钟，664分频频，CTTC模式式；第三步：初始化化，在本本程序中中，是最最关键的的模块，采采用参考考电压AAVCCC，ADDC0端端口作为为输入端端口，选选择T/CO比比较匹配配中断为为ADCC触发源源，ADDC时钟钟=1225KHHZ（332分频频）；第四步：开中断断，打开开全局中中断；对对ADCCSRAA设定，开开启ADDC转换换功能；第五步：编写各各模块程程序，包包括ADDC转换换中断和和TIMMEROO中断；算法提高高设计：当重物物放到托托盘上的的瞬间有有冲量，力力比较大大，这是是AD采采样的电电压值可可能比较较大，这这个较大大的电压压值就是是

14、误差。解解决办法法：可以以定义一一个100位长度度的数组组，用于于存放110次AAD采样样的值，去去除其中中的最大大值和最最小值，对对剩下的的8个数数据取其其平均，最最后把这这个平均均值送到到LEDD显示，可可以达到到去除抖抖动的目目的。图.11.2单片机机控制电电路仿真真图二、程序序代码：#inccludde#inccluddeflassh ccharr leed_77100=0x33f,00x066,0xx5b,0x44f,00x666,0xx6d,0x77d,00x077,0xx7f,00x6ff;flassh ccharr poosittionn4=00xf88,0xxf4,0xeec

15、,00xdcc;unsiigneed ccharr diis_bbufff4=00,0,0,00,pposiit=00;bit timme_22ms_ok;/ADDC模数数转换显显示数据据缓存函函数voidd addc_tto_ddisbbufffer(unssignned intt addc) ccharr i; ffor(i=00;i=3;i+) ddis_bufffii=aadc%10; aadc/=100; /tiimerr0中断断 inteerruupt TIIM0_COMMP voiid ttimeer0_commp_iisr() tiime_2mss_okk=1; /ADDC转换

16、换中断inteerruupt ADDC_IINT vooid adcc_issr() unnsiggnedd innt aadc_datta,aadc_v; addc_ddataa=ADDCW;/读读取ADDC转换换结果 addc_vv=(uunsiigneed llongg)addc_ddataa*50000/10224;/转换换成电压压值 addc_tto_ddisbbufffer(adcc_v); /产生生diss_buuff中的的值voidd diispllay()/四位LLED数数码管动动态扫描描函数 foor(pposiit=00;poositt=33;poositt+) POOR

17、TAA|=00x000;/ POORTCC=leed_77diis_bbufffpoositt; POORTAA=poosittionnpoositt; iff(poositt=33) POORTCC|=00x800; deelayy_mss(2); POORTAA=0xxfe; voidd maain() DDDRA=0xffe; POORTAA=0xx00;/ DDDRC=0xfff; POORTCC=0xx00; /TC00初始化化 TCCCR00=0xx0b; /内部时时钟，664分频频，CTTC模式式 TCCNT00=0xx00; OCCR0=0x77c; TIIMSKK=0xx02

18、; /允许许T/CC0比较较中断 /ADCC初始化化 ADDMUXX=0xx40; /参参考电压压AVcccAADC00单端输输入 SFFIORR&=00x1ff; SFFIORR|=00x600;/选择TT/COO比较匹匹配中断断为ADDC触发发源 ADDCSRRA=00xadd;/ADCC使能、自自动触发发转换、AADC转转换中断断允许，AADC时时钟=1125KKHZ（332分频频） #aasm(seei)ADCSSRA|=0xx10; whhilee(1) if(timme_22ms_ok) ddispplayy(); ttimee_2mms_ook=00; 三、 去皮和调调零在本设计

19、计中，去去皮主要要通过软软件去皮皮，在使使用前，将将托盘放放在传感感器上面面，测出出此时的的电压值值，通过过单片机机的程序序设置，在在程序中中使电压压输出值值，减去去皮重。即在编写程序时就已经把皮重去了，这样做麻烦在于，如果更换托盘或者托盘上有杂物时就不能精确去皮了，所以要保持托盘洁净。而调零是是通过应应变传感感器的电电容调零零。、参考考资料1、 模拟电子子技术基基础简明明教程（第第三版），杨杨素行，清清华大学学出版社社2、 传感器与与信号调调节（第第二版），张张伦译，清清华大学学出版社社，200033、 传感器原原理及应应用（第第三版），王王化祥，天天津大学学出版社社，20007.24、 AVR单单片机嵌嵌入式系系统原理理与应用用实践，马马潮5、 AVR系系列单片片机C语语言编程程与应用用实例，金金春林，邱邱慧芳，张张皆喜，清清华大学学出版社社，20003