測控電路電子秤課設報告

《測控電路課程設計》報告

題目人體電子秤設計

院系儀器科學與光電工程

專業測控技術與儀器

班級測控1102

學號 2011010652

學生姓名丁向友

指導老師劉國忠

實驗時間 2014.06-2014.07

實驗成績

目錄一、課程設計目的及意義 3

二、系統設計的主要任務 3

三、總體方案設計 3

四、電路設計及除錯 4

4.1稱重感測器電路 4

4.2訊號調理電路 5

4.2.1放大電路 5

4.2.2調零電路 7

4.3比較電路 7

4.4或非電路 9

4.5顯示模組 10

4.6報警系統 10

五、電路調節 10

六、實驗資料分析與處理 11

6.1準確性 11

6.2穩定性 12

6.3關鍵點電壓 13

七、總結 14

八、參考文獻 14

測控電路課程設計是測控電路課程體系的乙個重要組成環節，獨立實踐教學環節是對《測控電路》理論部分的必要補充。

課程設計內容為典型測控系統電路設計，通過課程設計，使學生完成測控系統任務分析、電路總體設計、單元電路設計以及電路除錯等各個環節。掌握有關感測器介面電路、訊號處理電路、放大電路、濾波電路、運算電路、顯示電路以及執行部件驅動電路等內容在測控系統中的使用方法。了解有關電子器件和積體電路的工作原理。

在課程設計中，做到理論聯絡實際，加深對理論知識的進一步理解，提高分析問題和解決問題的能力。本課程設計以ad620、lm741、lm339為核心，進行智慧型人體電子秤的設計,並詳述該系統硬體的設計方法。該系統集稱重、顯示、報警於一體,功能齊全,實用性強，充分利用了電路分析、模擬電路、測控電路、訊號分析與處理、感測器等課堂上學到的知識，有機的將所學到的知識融合在一起，投入到實際運用中，便於對知識的綜合掌握及運用。

任務：設計乙個人體電子秤測量系統。

要求：1）基本要求

最大稱重：150kg

用3位半數字顯示表頭顯示體重，輸入電壓範圍0-2v,

當體重大於w1時，點亮led1，發出聲音提示；

當體重小於w2時，點亮led2，發出聲音提示。

2）提高部分

提高線性度

可以設定w1和w2;

語音提示；

自由發揮

本系統主要由稱重感測器模組、濾波放大電路模組、調零模組、報警電路模組、lcd顯示模組等部分組成。人體的體重資訊由稱重感測器轉換成電訊號,並通過測量電路進行濾波放大,通過顯示電路進行顯示,如體重超出設定範圍系統還會報警。

圖1：系統結構框圖

4.1稱重感測器電路

稱重感測器是影響電子秤測量精度的關鍵部件。選用適當感測器,用來感知被測量,當物體放在秤盤上時,壓力傳給感測器,該感測器發生形變,從而使阻抗發生變化,電橋失去平衡,感測器輸出乙個變化的模擬訊號。

圖2：感測器電路圖

如圖所示，4個電位器式的感測器顯示了稱重感測器的大體構造。輸出電壓大約在0-1.5mv左右。已知感測器輸出線性，我們所需要做的就是把它進行放大濾波，最終顯示出來即可。

絕大多數的電子秤都採應變式感測器作為荷重變換器。這是因為應變式感測器結構簡單，體積小，精度高，非線性誤差小，量程調整容易等優點。本系統採用的是平行梁式，這是一種根據彈性材料受到壓力後變形產生應變，使貼上在彈性材料上的應變元件或壓縮或拉伸，引起應變元件的電阻相應變化。

為了提高靈敏度，一般採用4個效能完全相同應變元件構成全臂差動電橋，顯然,由應變元件構成全臂差動電橋的輸出信是微弱的,必須通過訊號放大才有讀數意義。

經過小組討論，決定使用乙個單片整合晶元ad620實現。它的特點是電路結構簡單，外加工作電源即可工作，設計效率高。

圖3：ad620放大電路原理圖

ad620主要技術指標:

頻寬: 800mhz;

輸出功率: 2. 4mw;

功率增益:120db;

工作電壓: 正負3v-正負15v;

靜態功耗: 0. 48mw;

輸入失調電壓: 小於等於60uv;

轉換速率: 1. 2v/ls;

封裝形式:dip8;

工作溫度範圍: -55到+125攝氏度

圖4：放大電路

ad620放大器的特點：

差動輸入,

單端輸出。

電壓增益可由電阻rg來確定,

增益連續可調

增益方程式為：　g =49.4 kω/r g + 1

g是放大倍數，rg是連線在1管腳和8管腳的可調電阻。圖5：ad620放大器的管腳圖

當沒有人站在體重稱上的時候輸出必須為0，為此，我們設計了乙個調零電路，調零電路使用lm741晶元連線。

圖6：調零電路

基於lm339晶元製作雙限比較器（視窗比較器）

利用兩個lm339晶元可以組成乙個視窗比較器。當被比較的訊號電壓uin位於門限電壓之間時（ur1ur2或uin圖7：比較器電路

lm339晶元整合塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：

1）失調電壓小，典型值為2mv；

2）電源電壓範圍寬，單電源為2-36v，雙電源電壓為±1v-±18v；

3）對比較訊號源的內阻限制較寬；

4）共模範圍很大，為0~（ucc-1.5v）vo；5）差動輸入電壓範圍較大，大到可以等於電源電壓；

6）輸出端電位可靈活方便地選用。

圖8：lm339管腳圖

lm339類似於增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和乙個輸出端。兩個輸入端乙個稱為同相輸入端，用「+」表示，另乙個稱為反相輸入端，用「-」表示。

用作比較兩個電壓時，任意乙個輸入端加乙個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇lm339輸入共模範圍的任何一點），另一端加乙個待比較的訊號電壓。當「+」端電壓高於「-」端時，輸出管截止，相當於輸出端開路。當「-」端電壓高於「+」端時，輸出管飽和，相當於輸出端接低電位。

兩個輸入端電壓差別大於10mv就能確保輸出能從一種狀態可靠地轉換到另一種狀態，因此，把lm339用在弱訊號檢測等場合是比較理想的。

第二段比較器設計電路

第二段比較器的設計是為了在輸出電壓中，在電壓小於v1時蜂鳴器不響，及輸出電壓為低電平。所以調整電阻使得預支電壓為0.25v

當電壓小於0.25v時輸出為低電平。

圖9：第二段比較器電路圖

只要輸出的電壓有乙個低電平就輸出高電平，報警系統工作，所以在預設的三個電壓中，

當vo小於0.30時電路輸出低電平，不報警，即電子秤上不站人。

當輸出電壓在0.30到0.5之間時，輸出為高電平，報警，此時表明電子秤人的重量大於30kg小於50kg。

當電壓值在0.5到1.5之間時，電路輸出為低電平，不報警，可正常測量體重。

當電壓值大於1.5時，電路輸出為高電平，報警，表示超重。

圖10：或非電路圖

感測器的輸出大概在0-1.5mv左右，經過我們的放大後可達0-2v。因為運放呈線性，所以我們採用老師提供的顯示器進行顯示，顯示器有四個引腳，分別為s+，s-，u+，u-。

其中s+接下圖u0，s-和u-接地，s+接+5v電源。因為顯示器能顯示的電壓範圍為0-2v，比如某同學60公斤，我們的顯示器就只能顯示為0.60。

這樣就能巧妙地讓我們看到自己的體重。

元器件：蜂鳴器、led燈

圖11：蜂鳴器外形圖

蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，採用直流電壓供電，廣泛應用於計算機、印表機、影印機、報警器、電子玩具、汽車電子裝置、**機、定時器等電子產品中作發聲器件。

發光二極體簡稱為led。由含鎵（ga）、砷（as）、磷（p）、氮（n）、矽（si）等的化合物製成的二極體，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。

當達到報警需要的條件時，比較器相應輸出口輸出高電平，使二極體導通，然後使得蜂鳴器和led燈工作。

1）調整ad620放大1000倍。

2）將ad620輸入引腳短接，調整調零電路，使ad620輸出為零。

3）連線比較器，調整上下限。

其中上限：1.5v

下限：0.5v和0.3v

4）連線蜂鳴器，使led正常工作。

當體重高於30kg且低於50kg，或高於150kg時，蜂鳴器會發出鳴叫並且led燈亮，其餘時刻燈滅，蜂鳴器不工作。

由十位同學上稱測量體重（單位都為kg）

表1：體重測量記錄表

1= 45.9-45.6=0.

3 2 =50.1-49.9=0.

23=50.3-50.3=0 4=51.

9-51.9=05=55.1-54.

1=1 6=57.1-55.8=1.

37=65.2-64.2=1 8=67.

3-66.5=0.8 9=71.

1-70.6=0.5 10=78.

4-78.2=0.2

=/2=0.8

圖12：體重測量比較圖

經由上圖經分析，可以看出十名同學的實際體重與測量體重的誤差基本分布在-1.5kg~1.5kg之間，並且不成線性關係，所以屬於是系統的隨機誤差，可能是由於零點漂移導致。

由兩位同學上稱5次測量體重，此同學標準體重為中間間隔分別為1、2、3、4分鐘，為了測試系統穩定性。表2

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電子秤校準方法

電子秤設定方法

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