基于霍尔式传感器的电子秤课程设计.docx

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1、课程设计报告设计题目基于霍尔式传感器的电子秤指导老师摘要科学技术的开展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤有很大局限性。这些电子秤体积大、本钱高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携秤又大都采用杆式秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤等,其计量误差大，又容易损坏。杆式秤和弹簧秤等计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的开展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔

2、传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的根本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。关键词：CSY传感器实验仪；电子秤；霍尔式传感器；差动放大器目录11.1 电子秤概述11. 1.1电子秤的开展11.2 电子秤的组成21.2 .1电子秤的根本结构21.3 .2电子秤的根本工作原理2第二章电子秤设计的目的意义及设计任务与要求31.3 电子秤设计目的31.4 此课程在教学方案中的地位和作用31.5 电子秤设计任务与要求42. 3.1设计任务42. 3.2设计要求4第三章电子秤总体设计方案43.1电子秤设计思想43. 2各电路单元或部件选择53. 2.1直流稳压电源的选择53.

3、 2.2电桥平衡网络的选择53. 2.3称重传感器的选择53. 2.4差动放大器的选择73. 2.5F/V表的选择73.3最终方案确实定8第四章硬件设计84.1硬件设计概要84.1.1 硬件电路设计原理说明及电路图84.1.2 硬件电路设计的步骤84.2所用到的单元或部件及其各自说明94. 2.1单元或部件列表94. 2.2直流稳压电源简介104. 2.3电桥平衡网络简介104. 2.4霍尔式传感器简介104. 2.4.1霍尔传感器概述104. 2.4.2霍尔传感器工作原理114. 2.4.3霍尔传感器型号分类124. 2.4.4霍尔传感器的主要特性参数124. 2.4.5霍尔传感器电磁特性1

4、24. 2.4.6霍尔传感器的根本驱动电路134. 2.5差动放大器简介134. 2.6F/V表功能简介14第五章系统调试与使用H5. 1系统调试145.2使用说明15第六章收获、体会.错误!未定义书签。参考文献15鸣谢15第一章绪论1.1 电子秤概述电子秤的开展称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段,广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的上下，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。电子秤的开展过程与其它事物一

5、样，也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承当着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。通过分析近年来电子衡器产品的开展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的开展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化功能；其应用性能趋向于综合性和组

6、合性，伴随着高科技的开展，电子秤的功能将会日趋完善。电子秤的分类1 .按原理分：电子秤、机械秤、机电结合秤；2 .按功能分：计数秤、计价秤、计重秤；3 .按用途分：工业秤、商业秤、特种秤；4 .按放置位置分：1）桌面秤：指全称量在30Kg以下的电子秤；2）台秤：指全称量在30-30OKg以内的电子秤；3）地磅：指全称量在30OKg以上的电子秤；1.2 电子秤的组成电子秤的根本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三局部组成：1 .承重传力复位系统；它是被称物体与转换元件之间的机械、传

7、力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。2 .称重传感器；即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声外表谐振式或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的根本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可

8、靠。3 .测量显示和数据输出的载荷测量装置；即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这局部习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、存放、控制和驱动显示等环节。电子秤的根本工作原理当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器,传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号

9、再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。需要指出的是，由于本实验中没有用到单片机的有关知识，而直接使用CSY传感器实验仪，故经放大电路放大的信号直接进入F/V表，从而直接得出物体重量与输出电压值的关系，继而计算出灵敏度。第二章电子秤设计目的意义及设计任务与要求2.1 电子秤设计目的意义本次设计旨在让学生在熟悉掌握传感器技术的

10、根底上，通过设计电子秤进一步加深对传感器技术的了解；并熟练掌握CSY传感器试验仪的操作方法；在不断的创新尝试中了解比拟设计电子秤的四种根本方法：交流全桥、差动变压器（互感式）、电涡流传感器、霍尔传感器。此次设计中主要利用霍尔式传感器的直流鼓励特性设计电子秤，在设计中主要了解霍尔式传感器的原理与特性、霍尔式传感器在静态测量中的应用。2.2 此课程在教学方案中的地位和作用此次科研训练涉及到传感器技术这门课程，因此通过此次科研训练可以使学生充分了解传感器的知识，为后续学好传感器技术打下良好的根底。且传感器技术是电子信息类专业的一门重要的专业根底课，主要讲授传感技术的整体概念和常见物理量传感器的机理、

11、构成、测量电路和应用方法，并结合实验操作环节，增强对常见传感器的原理、结构的理解和认识，掌握传感器的应用方法，也为后继课程如过程控制仪表、计算机控制技术等准备必要知识。2. 3电子秤设计任务与要求3. 3.1电子秤设计任务设计并制作一个可以称量物体的电子秤。4. 3.2电子秤设计要求1）可以测量0-200克的物体；2）精度为1克；3）计算出灵敏度，将电压表示数与物体重量相对应。第三章电子秤总体设计方案3.1 电子秤设计思想设计电子秤，可以通过构造电路将物体质量和指示表中数据一一对应，即使两者呈一定的线性关系；而建立两者之间的对应关系就需利用传感器将非电量转化为电学量，可简单通过图3.1表示。按

12、照电子秤设计的要求，可确定电子秤电路由以下几局部组成：主副电源局部、电桥平衡网络单元、称重传感器局部、运算放大局部、电压表显示局部组成,如图3.2所示。工作原理,当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大，直接进入F/V表，可读出电压表示数，进而确定电压表示数与被测量物体重量的关系。5. 2各电路单元或部件的选择直流稳压电源的选择直流稳压电源可直接从CSY传感器实验仪获得，由于此设计过程采用的是直流鼓励，故应将直流稳压电源置2V档且

13、鼓励电压不能过大，以免损坏霍尔片电桥平衡网络的选择电桥平衡网络采用CSY传感器实验仪左下角的电桥单元，使用时可自由调节电位继也，如图3.3所示。称重传感器的选择称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%-70%。假设在环境恶劣的条件下（如上下温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。称重传感器的选择主要从以下几个方面考虑：1 .要考虑传感器所处的实际工作环境情况；传感器所处的工作环境情况对如何选用传感器是至关重要的，它

14、关系到传感器能否正常的工作，关系到传感器的平安和使用寿命，乃至关系到整个电子秤的可靠性和平安性。2 .对传感器数量和量程的选择；传感器数量的选择是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体，如电子吊秤，就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。传感器量程的选择是依据秤的最大秤量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定传感器的量程。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感的载荷，其称量的准确度就越高，

15、但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷的存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑诸如多方面的因素，保证传感器的平安和寿命。称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种：电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。1 .电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力(重量)转换成电信号的转换元件。2 .电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感器联接电路比拟复杂等原因，直接影响到它的可靠性，所以限制了它的应用。近些年来由于集成电路特别是微处理技术的开展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电容的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行补偿，所以电容式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。3 .压磁