電子配料秤課程設(shè)計(jì)

1、遼寧工業(yè)大學(xué) 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：電子配料秤院（系）： 電氣工 程 學(xué) 院專業(yè)班級(jí)： 電氣091 學(xué) 號(hào) 090303007 學(xué)生姓名： 張寶全 指導(dǎo)教師 _教師職稱 _起止時(shí)間 _ 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號(hào)090303007學(xué)生姓名張寶全專業(yè)班級(jí)電氣091課程設(shè)計(jì)（論文）題目電子配料秤課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將不同物料按一定重量比例配置進(jìn)行混合加工，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種加料重量計(jì)量裝置，用于配料生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)1. （2）設(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：（3）配料精度優(yōu)于百分之一。（4）配料重量

2、連續(xù)可調(diào)，料滿自動(dòng)停止加料（5）工作穩(wěn)定可靠設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開(kāi)思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目錄第1章電子配料秤設(shè)計(jì)方案論證1

3、1.1 電子配料秤的應(yīng)用意義1 1.2 電子配料秤設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)11.3 設(shè)計(jì)方案論證11.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析2第2章電子配料秤各單元電路設(shè)計(jì)32.1 傳感器路設(shè)計(jì)32.2 傳感器放大電路設(shè)計(jì)42.3 比較器電路設(shè)計(jì)62.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)7第3章電子配料秤整體電路設(shè)計(jì)93.1 整體電路圖及工作原理93.2 電路參數(shù)計(jì)算103.3 整機(jī)電路性能分析10第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)11電子配料秤設(shè)計(jì)方案論證1.1電子配料秤的應(yīng)用意義配料工序是工廠中關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。配料是采用特定的配料裝置，按照飼料配方的要求，對(duì)多種不同品種的飼料原料進(jìn)行準(zhǔn)確稱量的過(guò)程。配料裝置的核心設(shè)備是電子配料秤。

4、配料秤性能的好壞，將直接影響配料質(zhì)量的優(yōu)劣。在電子配料秤的使用當(dāng)中，人們常用配料精度來(lái)評(píng)定配料秤的性能好壞。配料精度實(shí)際上是對(duì)稱量結(jié)果與真值的接近程度的一種描述，也就是對(duì)配料系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的一種反映。采用微機(jī)控制進(jìn)行稱重配料，可以對(duì)稱量誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，保證配料的準(zhǔn)確性，還可以通過(guò)微機(jī)的鍵盤(pán)和顯示器方便地進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，完成參數(shù)設(shè)置，檢查和修改工藝設(shè)定值，并監(jiān)視稱重配料的生產(chǎn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警。使用微機(jī)還可以調(diào)用管理程序，通過(guò)建立的模型自動(dòng)完成對(duì)稱重配料系統(tǒng)的控制。因此，采用微機(jī)控制稱重配料系統(tǒng)，可降低原料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的科學(xué)管理。而電子配料秤成本低，制作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確

5、，分辨率高，不易損壞和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。1.2電子配料秤設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)1. 配料精度優(yōu)于百分之一。2. 配料重量連續(xù)可調(diào)，料滿自動(dòng)停止加料。3. 工作穩(wěn)定可靠。1.3設(shè)計(jì)方案論證方案一：通過(guò)秤重電橋產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路把信號(hào)放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7799進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入單片機(jī)，有單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的控制，再有單片機(jī)輸出顯示信號(hào)，通過(guò)顯示電路進(jìn)行顯示。此方案的優(yōu)點(diǎn)是可控制性好，電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大且存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量有限。但要求是用我們所學(xué)的數(shù)字電路知識(shí)，運(yùn)用簡(jiǎn)單數(shù)字芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，單片機(jī)需要編寫(xiě)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。故我們不采用。但是次電路過(guò)于復(fù)雜方案二

6、：其電路構(gòu)成主要有傳感器電路電路，差動(dòng)放大電路，比較器電路，首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，再將模擬信號(hào)放大傳送。其次，由比較器把由差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)與預(yù)設(shè)的信號(hào)進(jìn)行一定比較從而得到配料的多少這里采用第二種方案1.4總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析圖一首先利用由電阻應(yīng)變式傳感器組成的測(cè)量電路測(cè)出物質(zhì)的重量信號(hào)，再將模擬信號(hào)放大傳送。其次，由比較器把由差動(dòng)放大器電路把傳感器輸出的微弱信號(hào)與預(yù)設(shè)的信號(hào)進(jìn)行一定比較其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置。而差動(dòng)放大電路的

7、作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。 電子配料秤各單元電路設(shè)計(jì)2.1傳感器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖三如圖所示為壓力傳感器的驅(qū)動(dòng)電路，A1與晶體管VT構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，這里采用VT進(jìn)行電流放大，由穩(wěn)壓二極管VS的穩(wěn)壓電壓Uz通過(guò)A1加到RP上，因此RP上的電壓等于穩(wěn)定電壓Uz.于是Iz=Uz/RP.由于電壓Uz恒定不變，因此，輸出電流Iz有RP來(lái)決定。這樣，調(diào)節(jié)RP1的阻值就能夠得到供給給壓力傳感器所需要的電流Iz.2.2傳感器及放大電路設(shè)計(jì)圖四電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多

8、的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)

9、電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。 如圖所示A1,A2為壓力傳感器的放大電路采用兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差動(dòng)放大電路，增益Av=R3/R4。差放的基本性能是指差放對(duì)差模信號(hào)的放大能力和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。(1)差模電壓增益差模電壓增益分為單邊差模電壓增益Avds1(或Avds2)和總差模電壓增益Avd,它們定義為：(2-2-1)(2-2-2)可見(jiàn)，在電路參數(shù)相同的條件下，若為差放雙端輸出方式時(shí)，差模電壓增益和單管放大電路相同；而單

10、邊差模電壓增益為單管放大電路的一半。(2)差模輸入電阻差模輸入電阻分為單邊差模輸入電阻Rids和雙端差模輸入電阻Rid。Rids是指從一個(gè)輸入端到地之間看進(jìn)去的輸入電阻，定義為(2-2-3)(2-2-4)(3)差模輸出電阻差模輸出電阻分為單邊差模輸出電阻Rods和總差模輸出電阻Rod。Rods是指從一個(gè)輸出端到地之間看進(jìn)去的輸入電阻，Rod是指從兩個(gè)輸出端看進(jìn)去的輸入電阻。(1)對(duì)差模輸入信號(hào)的放大作用當(dāng)差模信號(hào)vId輸入(共模信號(hào)vIc=0)時(shí)，差放兩輸入端信號(hào)大小相等、極性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差動(dòng)對(duì)管電流增量的大小相等、極性相反，導(dǎo)致兩輸出端對(duì)地的電壓增量， 即差模輸出

11、電壓vod1、vod2大小相等、極性相反，此時(shí)雙端輸出電壓vo=vod1vod2=2vod1=vod,可見(jiàn)，差放能有效地放大差模輸入信號(hào)。要注意的是：差放公共射極的動(dòng)態(tài)電阻Rem對(duì)差模信號(hào)不起(負(fù)反饋)作用。(2)對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制作用當(dāng)共模信號(hào)vIc輸入(差模信號(hào)vId=0)時(shí)，差放兩輸入端信號(hào)大小相等、極性相同，即vI1=vI2=vIc,因此差動(dòng)對(duì)管電流增量的大小相等、極性相同，導(dǎo)致兩輸出端對(duì)地的電壓增量， 即差模輸出電壓voc1、voc2大小相等、極性相同，此時(shí)雙端輸出電壓vo=voc1voc2=0,可見(jiàn)，差放對(duì)共模輸入信號(hào)具有很強(qiáng)的抑制能力。此外，在電路對(duì)稱的條件下，差放具有很強(qiáng)的抑

12、制零點(diǎn)漂移及抑制噪聲與干擾的能力。2.3比較器電路設(shè)計(jì)圖五如圖為比較器電路 比較器是用來(lái)比較輸入信號(hào)Vi和參考電壓Vref的電路比較器的門(mén)限電壓隨輸出電壓的變化而變化，可以用來(lái)控制加料的多少 比較器的基本特點(diǎn):(1) 工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)。(2) 開(kāi)關(guān)特性，因開(kāi)環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。(3) 非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖9.4.3所示。當(dāng)輸入電壓Vi從零逐漸增大，且ViVT時(shí)，Vo=Vom,VT稱為上限觸發(fā)電平。 2.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓u2較

13、小。2)整流電路：將變壓器次級(jí)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(dòng)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(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化而變化。4)穩(wěn)壓電路：它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。本電路的目的是在第一級(jí)穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)線形高精度穩(wěn)壓，降低紋波，提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，最終達(dá)到題目的指標(biāo)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(wěn)壓源上產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，接到由運(yùn)放組成的比較電路

14、的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓之后反饋至運(yùn)放的負(fù)輸入端。運(yùn)放的輸出電壓控制達(dá)林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的支流電壓。在輸入端電路加入了過(guò)壓保護(hù)，串聯(lián)了附加電路，用于消耗過(guò)電壓存儲(chǔ)的電磁能量，從而使過(guò)電壓的能理不會(huì)加到主開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)完畢。電子配料秤整體電路設(shè)計(jì)3.1整體電路圖及工作原理首先，輸入電壓在精密穩(wěn)壓源上產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，接到由運(yùn)放組成的比較電路的正端輸入腳。輸出電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓之后反饋至運(yùn)放的負(fù)輸入端。運(yùn)放的輸出電壓控制達(dá)林頓管的發(fā)射極電壓，得到所需的高度穩(wěn)定的支流電壓。調(diào)節(jié)RP1的阻值就能夠得到供給給壓

15、力傳感器所需要的電流Iz差模信號(hào)vId輸入(共模信號(hào)vIc=0)時(shí)，差放兩輸入端信號(hào)大小相等、極性相反，即vI1=vI2=vId/2,因此差動(dòng)對(duì)管電流增量的大小相等、極性相反，導(dǎo)致兩輸出端對(duì)地的電壓增量， 即差模輸出電壓vod1、vod2大小相等、極性相反，此時(shí)雙端輸出電壓vo=vod1vod2=2vod1=vod,可見(jiàn)，有效地放大差模輸入信號(hào)。共模輸入信號(hào)具有很強(qiáng)的抑制能力。此外，在電路對(duì)稱的條件下，差放具有很強(qiáng)的抑制零點(diǎn)漂移及抑制噪聲與干擾的能力。最后比較輸入信號(hào)Vi和參考電壓Vref的電路比較器的門(mén)限電壓隨輸出電壓的變化而變化，可以用來(lái)控制加料的多少。3.2電路參數(shù)計(jì)算SP30C系列壓力

16、傳感器的額定壓力，對(duì)于501為+-0.5/kgf/cm*cm，對(duì)于102為+-1.0kgf/0+-20mv;使用溫度范圍為-20到+80C;滿標(biāo)度電壓為60到140mv;失調(diào)電壓為0+-20mv;.橋電阻為5K+-1K;驅(qū)動(dòng)電流為1mv.電路中的A1構(gòu)成恒流源電路,調(diào)節(jié)RP2為SP30C傳感器提供1mA的驅(qū)動(dòng)電流.由于SP30C無(wú)電零電路,因此用A2構(gòu)成調(diào)零電路,調(diào)節(jié)RP1使輸入為0時(shí)輸出也為0.A3到A5構(gòu)成儀用放大器對(duì)SP30C的輸出信號(hào)進(jìn)行放大.3.3整機(jī)電路性能分析其電路構(gòu)成主要有測(cè)量電路，差動(dòng)放大電路，比較器電路。其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器是傳

17、感器中應(yīng)用最多的一種，廣泛應(yīng)用于電子秤以及各種新型結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置。而差動(dòng)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)電子配料秤成本低，制作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)生活中占有重大的意義。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用傳感器，放大器。尤其是傳感器應(yīng)用相當(dāng)廣泛，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我了解并發(fā)很多電路原理，而且懂得了如何辨別電路中各個(gè)部分的作用。對(duì)模擬電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)得到了進(jìn)一步的提高。針對(duì)模擬電子技術(shù)書(shū)本知識(shí)得到了進(jìn)一步的鞏固，具體化就是加深了我對(duì)模電原理的結(jié)構(gòu)的理解。我的收獲很大。通過(guò)課程設(shè)計(jì)和在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題的思考，有效的提高了我對(duì)電子電路的認(rèn)識(shí)和理解，切實(shí)的提高了我的認(rèn)知模電原理的能力，補(bǔ)全了我的不足。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我鞏固所了學(xué)過(guò)的知識(shí)，能用學(xué)過(guò)的功放，運(yùn)放，負(fù)反饋設(shè)計(jì)電路。通過(guò)這次實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，我進(jìn)一步熟悉了電路的結(jié)構(gòu)和各元件使用方法，基本達(dá)到了能辨別電路功能，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用電路的水平。參考文獻(xiàn)1：常健生主編 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 19972：陳爾紹編著 傳感器使用裝置 人民郵電出版社 19993：沙占友主編 智能儀表原理、使用與維修 電子