1、第一章緒論11電子配料秤的應用意義生產、運輸、貿易和日常生活都離不開稱量。電子稱由于其具有快速、準確、 直觀等優點而在許多領域慢慢的取代機械杠桿稱。配料工序是工廠中關鍵性環節。配料是采用特定的配料裝置，按照飼料配方 的要求，對多種不同品種的飼料原料進行準確稱量的過程。配料裝置的核心設備 是電子配料秤。配料秤性能的好壞，將直接影響配料質量的優劣。在電子配料秤 的使用當中，人們常用配料精度來評定配料秤的性能好壞。配料精度實際上是對 稱量結果與真值的接近程度的一種描述，也就是對配料系統誤差與隨機誤差的一 種反映。采用微機控制進行稱重配料，可以對稱量誤差進行自動補償，保證配料 的準確性，還可以通過微機

2、的鍵盤和顯示器方便地進行人機對話，完成參數設置, 檢查和修改工藝設定值，并監視稱重配料的生產過程，發現故障及時報警。使用 微機還可以調用管理程序，通過建立的模型自動完成對稱重配料系統的控制。因 此，采用微機控制稱重配料系統，可降低原料消耗，提高產品質量，實現生產過 程的科學管理。而電子配料秤成本低，制作簡單，測量準確，分辨率高，不易損 壞和價格便宜等優點。1.2電子配料秤設計的要求及技術指標電子配料秤要求其精度應優于百分之一，配料重量連續可調，料滿自動停止加料，且工作穩 定可靠。第二章電子配料秤設計方案方案：通過秤重電橋產生電壓信號，經放大電路把信號放大后輸入A/D轉換芯片 AD7799進行A

3、/D轉換，轉換后的數字量輸入單片機，有單片機進行數據處理和對A/D轉換 的控制，再有單片機輸出顯示信號，通過顯示電路進行顯示。此方案的優點是可控制性好, 電路簡單，缺點是數據量大且存儲器存儲容量有限。但要用我們所學的數字電路知識，運用 簡單數字芯片進行設計，單片機需要編寫程序進行數據處理。方案二：其電路構成主要有傳感器電路電路，差動放大電路，比較器電路，首先利 用由電阻應變式傳感器組成的測量電路測出物質的重量信號，再將模擬信號放大傳送。其次, 由比較器把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號與預設的信號進行一定比較從而對 加料口進行控制，再有差動放大電路輸出信號進行A/D轉換，有A/D轉換系統

4、帶動數碼管來 顯示加料的重量。通過以上兩種方案的分析案一的實現過于復雜，雖然在一些方面有著一定的智能作用， 但是由于電路的復雜以及單片機應用的程序編寫等方面的困難；所以我們采用第二種方案實 現電子配料秤的功能，采用第二種實現主要是因為我們的知識能力有限，再而可以更好的復 習我們學過的知識。第三章電子配料秤原理3.1原理首先利用由電阻應變式傳感器組成的測量電路測出物質的重量信號，再將模 擬信號放大傳送。其次，由比較器把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號 與預設的信號進行一定比較.其中測量電路中最主要的元器件就是電阻應變式傳 感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，廣泛應用于電子秤以及

5、各 種新型結構的測量裝置。而差動放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬 信號進行一定倍數的放大，對輸入信號電平的要求。 如圖3.23. 2電子配料秤工作原理圖數碼管顯示電阻應變式傳 感器差動放大電路比較器A/D轉換電路直流穩壓電源圖3.2第四章 電子配料秤的單元電路設計4.1稱重傳感器模塊電路設計傳感器基本工作原理導體或是半導體材料在外力的作用下產生機械變形時，其電阻值也會發生改變，這種現 象稱為電阻應變效應，根據這種效應可將應變片粘貼于被測材料上，這樣被側材料受到外力 的作用產生的應變就會傳到應變片上，使應變片的阻值發生變化，通過測量應變片的阻值變 化就可知道測量電阻的大小。4. 1.2

6、電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化 的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：R=P *L/S式中： P金屬導體的電阻率(Q cm2/m)S導體的截面積(cm2)L導體的長度(m)應變片將應變轉化為電阻的變化后，為了顯示或記錄應變的大小或記錄應變的大小必 須將應變電阻的變化轉化為電壓或電流的變化，這一任務是由測量電路完成的，而常規應變 片的阻值變化圍很小，測量電路應當精確地測量出這些微小的電阻變化，最常用的測量電路 是橋式電路。電橋電路的優點有：靈敏度高；測量圍寬；電路簡單；精確度高；易于實現 溫度補償等。電橋的電路圖

7、及相應公式電橋測得的電壓公式：Uo=#K(不一爲一 5+歹J四臂電橋電路由4個壓力應變片做橋路組成，其中R1二R2=R3=R4二R 傳感器要求的激勵電壓是直流穩壓電源U=+10對于本傳感器的輸入電阻為R=100Q ,其材 料為鋼材料電阻靈敏度系數K二4，直徑為0加的圓形電阻，E = 2xl09/m2 u二0.03,計算的輸出電壓圍是02mv圖4.1橋式電圖4.2傳感器放大電路設計如圖所示A1.A2為壓力傳感器的放大電路采用兩個運算放大器構成的差動 放大電路。圖4.2 差動放大電路(1) 差模電壓增益：I=Vi/R5；Vo=(R5+R6+R6)I=(l+2R6/R5)ViAv=l+2R6/R5.

8、(1) 對差模輸入信號的放大作用當差模信號仏輸入(共模信號旳尸0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性 相反，即rH=-rI2=rId/2,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反，導致兩 輸出端對地的電壓增量，即差模輸出電壓卩迪、幾出大小相等、極性相反，此時 雙端輸出電壓吒二n%2二2也產,可見，差放能有效地放大差模輸入信號。要注意的是：差放公共射極的動態電阻&"對差模信號不起(負反饋)作用。(2) 對共模輸入信號的抑制作用當共模信號仏輸入(差模信號rId=0)時，差放兩輸入端信號大小相等、極性 相同，即旳產一y滬,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相同，導致兩輸 出端對地

9、的電壓增量，即差模輸出電壓心“ 大小相等、極性相同，此時雙 端輸出電壓=%】一尸0,可見，差放對共模輸入信號具有很強的抑制能力。此 外，在電路對稱的條件下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能 力O4.3比較器電路設計比較器是用來比較輸入信號Vi和參考電壓Vref的電路.比較器的門限電壓 隨輸出電壓的變化而變化，可以用來控制加料的多少.比較器的基本特點：(1) 工作在開環或正反饋狀態。(2) 開關特性，因開環增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩 定狀態。(3) 非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關系。從輸出引一個電阻 分壓支路到同相輸入端，電路如圖4. 3所示。當輸入

10、電壓Vi從零逐漸增大，且 Vi<VT時,Vo=Vom,VT稱為上限觸發電平。4. 4直流穩壓電源的設計1. 將電網交流電壓變為整流電路所需的交流電壓，一般次級電壓u2較小。2. 整流電路：將變壓器次級交流電壓u2變成單向的直流電壓u3,它包含直流 成份和許多諧波分量。3. 濾波電路：濾除脈動電壓u3中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。 該電壓往往隨電網電壓和負載電流的變化而變化。4. 穩壓電路：它能在電網電壓和負載電流的變化時，保持輸出直流電壓的穩定。 它是直流穩壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標。如圖 4.4圖4. 4穩壓電路本電路的目的是在第一級穩壓的基礎上實現

11、線形髙精度穩壓，降低紋波，提 髙電壓調整率和負載調整率，最終達到題目的指標要求。原理如圖所示此電路繼 承了 DC-DC變換器的輸出電壓。在本電路中，首先輸入電壓在精密穩壓源上產生 一個穩定的參考電壓，接到由運放組成的比較電路的正端輸入腳。輸出電壓經過 電阻分壓之后反饋至運放的負輸入端。運放的輸出電壓控制達林頓管的發射極電 壓，得到所需的高度穩定的支流電壓。在輸入端電路加入了過壓保護，串聯了附 加電路，用于消耗過電壓存儲的電磁能量，從而使過電壓的能理不會加到主開關 的器件上，為了使主電路更安全，也加入了阻容吸收電路。至此輸入端電路設計 完畢。第五章 電子配料秤的整體電路設計5. 1整體電路圖及工

12、作原理首先，輸入電壓在精密穩壓源上產生一個穩定的參考電壓，接到電橋的一對 對角上，作為輸入電壓。由另一對對角上的電壓作輸出電壓。再經過放大器A1 放大信號，由比較器把由差動放大器電路把傳感器輸出的微弱信號與預設的信號 進行一定比較從而得到配料的多少。差模信號仏輸入（共模信號旳尸0）時，差放兩輸入端信號大小相等、極性相 反，即rH=-rI2=rId/2,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反，導致兩輸 出端對地的電壓增量，即差模輸出電壓險1、氏也大小相等、極性相反，此時雙 端輸出電壓K二I %d2=2【么產,可見，有效地放大差模輸入信號。共模輸入信 號具有很強的抑制能力。此外，在電路對稱的條件

13、下，差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干 擾的能力。最后比較輸入信號Vi和參考電壓Vref的電路.比較器的門限電壓隨 輸出電壓的變化而變化，可以用來控制加料的多少。整體總電路圖如圖5. 1IlViR41kQWV+VccR21QA/WR5A3R80.1kQVo圖5.1 總電路圖5.2電路參數計算SP30C系列壓力傳感器的額定壓力，對于501為+-0. 5/kgf/cm*cm,對于102 為+-1.0kgf/0+-20mv；使用溫度圍為-20到+80C；滿標度電壓為60到140mv；失調 電壓為0+-20mv；.橋電阻為5K+-1K；驅動電流為lmv.電路中的A1構成恒流源電 路，調節RP2為

14、SP30C傳感器提供1mA的驅動電流.由于SP30C無電零電路，因此 用A2構成調零電路，調節RP1使輸入為0時輸出也為0. A3到A5構成儀用放大器 對SP30C的輸出信號進行放大。5. 3整機電路性能分析其電路構成主要有測量電路，差動放大電路，比較器電路。其中測量電路中 最主要的元器件就是電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多 的一種，廣泛應用于電子秤以及各種新型結構的測量裝置。而差動放大電路的作 用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數的放大，對輸入信號電平的 要求。第六章設計總結電子配料秤成本低，制作簡單，測量準確，分辨率髙，不易損壞和價格便宜 等優點。在生產生活中

15、占有重大的意義。本設計主要應用傳感器，放大器。尤其是傳感器應用相當廣泛，值得我們去 學習。電路結構相對復雜，但我們經過不斷的更改修正，最終完成了電子配料秤 的設計，并且能夠應運于實際生活中。要完成一個設計實驗要收集大量的資料， 了解將要用到的電子元器件的基本原理及功能。對于沒有學過的或實現過程比較 難的部分，可以應用自己已學過的或比較容易實現的其他元器件來代替。如在方 案一中我們要用單片機來實現鍵盤、顯示、及自動配料的控制。但由于目前我們 還未學習單片機的相關知識，所以這部分都采用模電的知識來解決。電子配料秤 的設計還有其他的設計方法，可以通過繼續深入研究找到更簡單的控制方案。參考文獻1 康華光主編