引言 2
引言
电子天平在现代生产中被应用于各个领域。它可以被用与任何需要称量重量的场合，对于不同的测量场合只要稍作修改，就可以满足不同的应用。
从第一台电子天平诞生开始到现在，国外电子天平的研究发展很快，称重传感器从最开始的电磁力直接驱动到单级杠杆又到多级杠杆结构，发展到现在的一体化模块结构，仅用了十几年的时间。电路也由过去的复杂的多元件多单元电子电路发展到现在的由先进微处理器控制的大规模集成电路组成的电路，数字电路技术和软件进步更增强了电子天平的功能和精度，称量稳定时间也缩短到2秒钟左右。
我国电子天平的研究生产始于七十年代末，早期产品是仿制进口天平，八十年代初期，上海天平仪器厂和沈阳天平厂、常熟衡器厂及湘仪天平厂等主要厂家都已开始研制电子天平或仿制赛多利斯和梅特勒公司的早期产品，但是由于技术不成熟，没有形成规模的生产能力。
在九十年代初期已经形成了中、小批量生产的规模，如上海天平厂、沈阳龙腾公司、常熟衡器厂、湘仪天平厂等，已经能批量地生产电子天平并销往国内市场。
一、电子天平整体设计
（一）电子天平的工作原理
电子天平应用了现代电子控制技术进行称量，工作原理大致可以分为两类。第一类是通过对传统天平的改进，通过电磁力平衡原理所设计出来的电子天平。实质就是传统的杠杆天平。而第二类的电子天平则是基于应变式传感器的电子天平。其原理主要是通过导体或半导体在外界力的作用下，为产生机械形变，而因为其机械形变的缘故其电阻值也会相应的随之改变，通过这种应变效应，我们可以采集到相应的电流变化，通过放大滤波，再经由A/D转换器转为模拟信号，通过单片机的处理最终将被测物的数值直观的显示在显示器上。而这第二类的电子天平相对于通过电磁力平衡原理基于传统的天平改进出的电子天平要简单直观的 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
多。
二、电子天平的硬件设计
（一）电子天平的电路设计
图1-1 电子天平的电路设计图
因为电阻应变式传感器因机械形变所产生的电压值非常的微弱，只有毫安级，这样就会出现A/D转换器无法精确的采集电阻应变式传感器所产生的电压，为了能够将电压信号能够被A/D转换器所接受,需要将微弱的电压信号经过放大电路放大电压，然后通过滤波进行增值放大，之后才能进行模数转换，将电压模拟信号转变为数字信号后，通过微机处理，最后在显示器上显示出被测物的质量数值。其电路设计图如图1-1。
总的来说, 应变式电子天平的工作原理就是把待测物的质量通过电阻应变传感器转变为电压数值, 再经电流电压变换放大、模数转换和数字化运算处理, 用数字显示待测物的质量值。待测物的质量用数字显示, 而且从称量到显示出结果的整个过程非常迅速、简约，避免了烦琐的操作程序,而且相对于传统的杠杆天平质量测量的准确度要高的多。
（二）电子天平的技术指标
（1）电子天平显示值为xxxg
（2）电子天平的测重范围为0~999g
（三）传感器的选择
1. 应变式电阻传感器的测量原理
应变式电阻传感器的工作原理导体或半导体在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随之发生变化。而导体与半导体的电阻及电阻率会与其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率与几何尺寸的变化会引起电阻的变化。所以我么可以通过测量电阻值的大小来间接的反映外界力的大小。电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路如图1-2。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。
图1-2 桥式测量电路
如能恰当的选择各种桥臂的电阻，可消除电桥的恒定输出，使得输出电压只与应变片的电阻有关。每当桥的变化值远远小于本身阻值 R1< Uab =R1R2/(R1+R2)*( R1/R1- R2/R2 + R3/R3 - R4/R4 )
2.传感器的分类选择
应变片式电阻传感器按其测量电路（桥式）可分为单臂式、半桥式、全桥式三种。
所谓半桥，即将电桥的四臂接入四应变片。其中：一片受拉，一片受压，另外两应变片不受力。全桥是两片受拉，两片受压，故灵敏度比半桥式的大一倍。
（四）放大电路的设计
传感器输出电压为毫伏级，而A/D转换器所能处理的电压是0～5V，所以我们需要在在A/D转换器前面加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100～200倍，使输出电压为0～5V。
图1-3 放大电路的电路图
放大电路在电子天平中的应用为数据采集、差分放大电路和运算放大电路，其电力硬件的原理图如图1-3。放大电路的作用是将原本微弱的电信号（电压电流或功率）通过三极管，场效应管不失真的加以放大，以便进行有效的观察、测量和利用。放大作用表面上是将信号的幅度由小增大，但本质是实现能量的控制，这种控制是使直流电源的能量按信号的变化规律向外传递。
（五）数据采集电路的设计
1.数据采集系统的组成
数据采集的核心是单片机，他对整个系统进行控制和数据处理，它由采样/保持器、放大器、A/D转换器、单片机等组成，如图1-4。
图1-4 数据采集系统的组成
2.数据采样保持器
模数转换的这一过程中，从开始输入电信号到变换完成输出数字信号，需要一定处理的时间，这就是所说的数模转换器的孔径时间。如果输入的电信号频率过高，由于孔径时间的原因，这中间会存在转换误差；为了避免孔径时间所产生的误差需要在这中间加入采样/保持器，这样就可以精确有效的进行数据的采集和转换。
采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可以用晶体管、场效应管来作为开关。
采样保持器的原理：如图1-5采样保持器的原理图，当开关闭合时，V1通过限电流电阻向电容C充电，在电容值合理的情况下，V0随Vi的变化而变化；当K断开时，由于电容C有一定的容量，此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。
图1-5 采集/保持原理图
在模拟信号输入通道中，是否需要加采样/保持器，取决于模拟信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间；对快速过程信号，当最大孔径误差超过允许值时，必须在A/D转换器前加采样/保持器。但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢，采样/保持（S/H）电路可以省去。
3.A/D转换器
设计中A/D转换器用的是ADC0809 A/D转换器，它是8路8位逐次逼近式转换器，结果为8位二进制数据，转换时间短（一般在级），满足题目要求的“实时采样”，并且它的转换精度在0.1%上下，比较适中，适用于一般场合。

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