电子配料秤

电子配料秤 《电子技术》课程报告 题 目 电子配料秤 学院(部) 专 业 班 级 学生姓名 学 号 6 月 6 日至 6 月 16 日 共 2 周 指导教师(签字) 前 言 电子配料秤是一种预先给定质量比例，对被称物中的几种物质进行配料计量的衡器。在现代工业生产中，电子配料秤有着非常广泛的应用，如饲料加工、炼钢、生产水泥等，在这些生产流程中经常需要将不同的物料按一定重量比例配置进行混合加工。电子配料秤适于用计算机技术控制生产过程采用高精度的传感器，响应速度快、分辨率高。其配料准确度足以满足现代配料方生产的要求;电子配料秤结构简单、质量轻、安装调试使用方便;它没有机械磨损，故稳定性好;传感器的密封性良好，适合在恶劣环境下工作;采用电子配料秤还可以提高劳动生产率、减轻劳动强度、保证饲料产品的质量、降低生产成本，以及促进企业管理水平的提高。因此，我国现代企业均采用以电子配料秤为核心的配料计量系统。 本实验的主要设计的主要思路是通过称重传感器将重物的质量信号转换成电信号在电路中进行传递，由输出的小的电信号经过放大器放大，这是输出的信号分为两部分:一部分通过 A/D 转换进行数码显示;另一部分通过比较器控制配料。 本小组成员在认真分析本次实验设计要求后，初步确定了设计方向以及所需的各元件，成员通过图馆和网络收集到大量相关元件的详细资料，并对功能相似的元件进行了对比，择优而取。整个设计先有小组各成员分块处理，最后整理汇总得到该篇论文。 目 录摘 要 ………………………………………………………………… 5关键字……………………………………………………………………5设计要求…………………………………………………………………5 正 文第一章 系统概述………………………………………………………6 1.1 设计步骤与思路……………………………………………………… 1.1.1 总框图的设计构思……………………………………………… 1.1.2 各单元的构 思…………………………………………………… 1.1.3 总电路图的构思………………………………………………… 1.2 设计与论 证 ……………………………………………………… 1.2.1 总体设计方案与比较…………………………………………… 1.2.2 总体设计方案图与分析…………………………………………第二章 单元方案选择与论 证…………………………………………9 2.1 稳压直流恒流电源设 计……………………………………………… 2.2 称重传感器模块电路设计…………………………………………… 2.2.1 传感器基本工作原 理………………………………………… 2.2.2 灵敏 度………………………………………………………… 2.2.3 承重传感器总误差 …………………………………………… 2.3 放大电路部 分………………………………………………………… 2.3.1 差动放大电路原理…………………………………………… 2.3.2 方案选 择……………………………………………………… 2.4 数模(A/D)转换模块………………………………………………… 2.4.1 A/D 转换器分 类………………………………………………… 2.4.2 A/D 转换一(接显示部分)…………………………………… 2.4.3 A/D 转换二(接比较部 分)…………………………………… 2.5 显示部 分……………………………………………………………… 2.5.1 数码显示器介绍与分类……………………………………… 2.5.2 数码显示器选择及原 理……………………………………… 2.6 预置数设 计…………………………………………………………… 2.6.1 预选方案的设计 ……………………………………………… 2.6.2 方案选 择……………………………………………………… 2.7 比较电路设计………………………………………………………… 2.8 可控开关的设计………………………………………………………第三章 电子配料秤总电路图 …………………………………………………23第四章 结束 语……………………………………………………………………24鸣谢…………………………………………………………………………………24元器件明细表………………………………………………………………………25参考文献……………………………………………………………………………26收获与体会…………………………………………………………………………27指导教师评语………………………………………………………………………28题目:电子配料秤摘要: 我们的设计共分六大个的模块:集成恒流源模块、称重传感模块、放大模块、模数(A/ D)转换模块、预置数模块比较模块、LED 显示模块。本电路应用压敏电阻构成秤重电桥来采集电压的微小变化，经过放大电路放大后送入分两部分输出，一部分输入到 A/D 转换芯片 ICL7107 或者 ICL7106，对输入电压信号进行转换成数字量输出，显示模块直接连接数码管构成，显示实际测量;另一部分输入到比较器中与设定的数字进行比较来控制配料，在比较器的输出主要是对信号的返回，用返回的来控制配料开与停从而进行配料功能。 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。关键字:称重传感器 放大电路 数模(A/D)转换 比较器 LED 显示设计要求:1. 配料称重范围 10Kg,500Kg;2. 配料设定重量连续可调，到达设定重量自动停止加料;3. 配料重量的自动显示;4. 配料精度优于 ? 1,。 第一章 系统概述1.1 设计步骤与思路 1.1.1 总框图设计构思 我们小组一共有两个人，在通过对题目以及要求的分析和思考，明确了设计任务的功能后，我们将设计过程分为六大模块，并分析各个模块之间的工作关系，最后将各模块组合在一起画出总体功能模块图，并完成实现整体的电路图，最终使用 multisim 模拟器模拟其实际功能，最终完成设计书。 1.1.2 各单元的构思 对于不通的实验要求对各模块进行分析，这个题目是一个数模结合的系统，通过研究，我们根据总电路的功能的划分，结合我们所学习过的知识对该系统进行具体的构思设计各单元模块，在实现各模块构思设计时，从要实现的功能及如何实现等方面着手，从熟悉的芯片与原件入手，选择相应的元器件及芯片，再进行细节设计，最后使用 multisim 对其进行仿真与测试。 1.1.3 总电路图的构思 (1)在以上步骤中设计好单元模块后，再从各个单元功能模块间的控制关系着手，选择最优方案，分别对各单元功能模块进行检验论证，在保证各个模块间无冲 突，均能正常运行。 2在仿真无误后，对整体电路进行误差分析，确定符合要求后，对模块间进行连接时电路图完整。而本设计的应重点分析部分在于返回控制与 A/D 转换电路设计当中，同时还有称重传感、稳压电路以及数码管显示等部分的电路设计。 3根据整体的电路的分布进行分划，设计好各个元件之间的连接以及位置，最后完成总的电路图。1.2 方案设计与论证 1.2.1 总体设计方案与比较 方案一: 通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，通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。 …………………. 7 812 电子配料秤 9 3 5 4 6 图 1.1 自动配料系统示意图 1-料仓 2-加料阀门 3-称斗 4-称重传感器 5-放料阀门 6-皮带输送机 7-加料输出线 8-放疗输出线 9-质量信号输入线 数据采集电路 数模(A/D)转换 单片机 数码 管显 放大电路 示 控制加料系统 图 1.2 单片机控制配料结构图(方案一图) 方案二 :主要是使用我们现在所学过的知识，利用数模结合。其电路构成主要有应 变式传感器电路，差动放大电路，模数转换电路，预置数电路，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 A/D 转换器将差动放大器电路传出的信号进行进行模数转换，一部分直接接显示器输出，另一部分与预设的信号进行一定比较从而对加料口进行控制。 通过对以上两种方案的分析，方案一的实现过于复杂，并且知识超过了我们现在的能力范围，通过查找资料。短时间内无法达到课设要求，虽然在一些方面有着一定的智能作用，但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;所以我们采用第二种方案实现电子配料秤的功能，采用第二种可以在我我们现在所掌握的知识基础上完成，既是对我们知识掌握与运用的考察，更是对我们团队合作的一种很好的锻炼。1.2.2 总体设计方案图与分析 控制加料开关 数字输出信号与预置信号的 应变式传感器 比较电路 差动放大电路 A/D 转换(2) 数A/D 转换电路(1) 码 显 示 图 1.3 数模实现配料秤(方案二图)对于第二种我们所采用的设计方案的分析加以说明: (1)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，再将模拟信号通过放大电路进行放大。并分别传送给比较电路与显示电路。 (2)由差动放大电路输出的信号输/出给两个 A/D 转换，经过不同的 A/D 转换来实现各部分的功能。A/D 转换?量的数值显示，A/D 转换?主要是与预置数的比较，通过比较来实现其控制加料开关的功能。 (3)在测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器，其精度问题是我们首要考虑的，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，从而可以在后面的电路中进行可以驱动 A/D 转换电路。 第二章 单元电路设计与分析2.1 稳压直流恒流电源设计 该电路对直流稳压电源的要求主要是对采集信号电路、放大电路、A/D 转换电路提供稳定的电压。主要是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。其框架图如下: 图 2.1.1 稳压源流程图 图示为 LM317 系列集成稳压器输出固定电压的稳压电路。我们设计的该稳压直流恒流电源具有可调节输出电流大小和电压大小的功能，可提供电子配料秤中所有使用电源的器件，输入端的电 容 C1 用以抵销其较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时可以不用。输出端的电容 D1 保护二极管，一旦 U1 发生短路故障，由 D1 给 C2 提供泄放回路，避免 C2 经过 LM317 内部放电而损坏芯片。 LM317H R1 3 5 6 V1 1 LINE VOLTAGE VREG 100Ω T1 2 D3 D1 COMMON 220 Vrms 1BH62 50 Hz u0 u1 4 1 0? 9 2 NLT_PQ_4_10 1B4B42 C1 u2 4 3 1uF R2 C2 10kΩ 1uF 50 KeyA 0 图 2.1.2 稳压直流恒流电源2.2 称重传感器模块电路设计() 电子配料称的首要环节就是将重量信号或压力信号转换成电量信号，这一任务由称重传感器完成，目前的电子称重装置大都使用电阻应变桥式传感器其核心是由电阻应变计应变片构成的电桥电路这类传感器具有成本低、精度高且温度稳定性好的特点，所以本设计中用此器件 。 2.2.1 传感器基本工作原理: 导体或是半导体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，通过测量应变片的阻值变化就可知道测量电阻的大小。再通过电桥原理完成电阻到电压的转换，电桥的输出电压就反应了相应的受力大小及状态常用称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路，电路如图所示: 图 2.2.1 全桥电路桥式电路的原理: 2.2(2 灵敏度 称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。 2.2.3 承重传感器总误差 总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是 0.02，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了 ADC 分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。2.3 放大电路部分 2.3.1 差动放大原理 ，一般采用差动输入运 因为来自传感器的信号往往伴随着很强的共模电压(干扰电压)算放大器来抑制它。 而 称重传感器输出的电压在 0,30mV， A/D 转换器需要的激励电压在 0,2V 之间，所以在这中间需要放大单路，放大电路可由集成放大电路芯片连接而成集成放大电路芯片构造可分为输入级，中间级，输以级及偏置电路四个部分， 中 输 输 间 出 入 级 级 级 偏 置 电 路 图 2.2.2 放大电路示意图 图 2.2.3 差模信号输入时，差动放大器的交流等效电路 放大倍数 A1-BRe//Rl/2/rbe 2—10 Rb 是为防止应变片桥路温升时引起桥臂电阻 R 上升造成放大倍数减小而加的稳定放大倍数的反馈温补电阻 其大小由模块工作温度范围内温补的范围决定。为了提高抗干扰能力 由 R1、 C1 R2、 和 C2 等元件配合运放 AD8655 组成了有源低通滤波LPF 电路 以滤除高频干扰信号。合理选择放大电路的 Q 值及 R1、R2、C1 和 C2 可产生不同的滤波效果和截止频率。“切比雪夫”特性的滤波器虽然衰减特性陡峭 但在进入衰减区域时容易发生振荡 在应用中最好设计成“巴特沃兹”特性。电阻和电容组成的 RC 滤波器，用来限制输入信号的带宽，降低输入信号的噪声。参考电压输入可以直接接在电源和地上，因此不需要额外的参考电压。为了减小参考源的噪声，需要在参考源的输入端加入 10uF 的滤波电容，这个电容越靠近芯片越好。在电路正常工作以前，可以通过自纠正和系统纠正来纠正芯片和系统的增益误差以及失调误差来提高整个系统的精度。 2.3.2 方案选择 选用 OP07 集成放大芯片连成放大电路，OP07 集成放大芯片是因为它是一种低噪声，非斩波稳定电路的双极性运算放大电路，具有非常低的输入失调电压，使得不需要额外的调零电路，它还具有输入偏置电流低和开环增益高的特点。 R11 R14 10kΩ 0 R5 9 R6 15 R13 10kΩ 16 1kΩ 3kΩ 50 KeyA 100kΩ R3 R4 14 1kΩ 1kΩ R12 1 D 11 10kΩ 12 7 1 8 U1 B A C2 4 U2 1uF 3 5 R8 R9 F R10 .