发布时间 : 星期五 文章基于单片机的电子称传感器课程设计更新完毕开始阅读
所谓的电阻应变效应就是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应的改变，这一物理现象称为“电阻应变效应“。
将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高，测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。
电桥电路的工作方分为单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小，线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能有所改善；全桥工作时的输出时单臂的四倍，性能最好。因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或者全桥工作。本课题采用全桥工作，其示意图如下：
图1-1 应变片全桥实验原理图
图中R1，R2，R3，R4为应变片，同侧应变片接在相对的两个桥臂上，异侧的应变片接在相邻的两个桥臂。W1和r组成电桥调平衡网络，在没有压力的情况下电桥的输出理论为零，供电桥直流电源±4V。
传感器输出的电压范围为0-20mV，而A/D转换器的输入电压要求为0-2V,因此放大器需要有100倍左右的增益。采用INA128放大器设计的调整电路如下图所示：
图1-2基于INA128的共模抑制放大电路
INA128的增益G=1+50KΩ/RG，确定RG的大小为500Ω左右。图1-2的放大电路中，前级采用运放A1和A2组成并联型差动放大器。阻容耦合电路放在前级放大器和后级放大器之间，这样可以为后级放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比。同时由于潜质放大器的输出阻抗很低，又采用共模抑制技术，避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称导致的共模干扰的情况发生。后级电路采用价廉的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。由于阻容耦合电路的隔直作用，后级放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。
本课题采用精度高价格低廉、低功耗的12位A/D转换器来进行A/D转换。因为要显示小数后3为，12位提供更高的分辨率。 1.3系统原理框图
本课题设计的电子称由传感器、信号调整电路（放大电路）、模数转换电路、数码管显示电路、和超量程报警电路5个部分组成。
超量程蜂鸣器报警 电阻应变片式传感器输出信号 信号调整电路（放大器电路） A/D转换器 ADC0804 单片机数据处理 4个数码管显示电路 图1-3 电子称原理框图
电子称的测量过程是把重量这种非电参数转换电参数即电压，并通过信号调节电路进行放大，把微弱的电压信号，mV级的转换成V级的电压信号，再通过A/D转换器将电信号转换成数字信号送给单片机处理，单片机实现软件清零，软件调整，软件控制等功能，对A/D转换器发送的信息进行处理，并作出判断，当小于最大量程时把数值显示在4个数码管上，当大于时蜂鸣器报警。
2.系统硬件设计
2.1传感器的选择及其特性
本课题采用电阻式应变片传感器，因为其在小重量的测量上具有较好的线性关系。并且该传感器是我们最熟悉的一种，上课和实验都接触到，比较了解，设计起来比较容易。
我们选择具有过载保护的SP20C-G51，内部惠斯顿电桥具有抑制温度变化的影响，抑制干扰等特点。其工作原理图如下图所示：
图 2-1全桥应变式传感器
其输出电压为：
Eout=R2×R4/(R2+R4)×（△R1/R1+△R2/R2+△R3/R3+△R4/R4）×Ein 在传感器实验课上，我们研究了电阻应变式压力传感器的输入和输出关系。通过研究我们实验中测量的数据，我们发现：输入的重量和经放大器放大的电桥输出电压值成线性关系。其结果如下表所示：
表1-1应变片全桥特性实验数据
重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200