電子配料稱是一種預先給定質量比例，對被稱物中的幾種物質進行配料計量的衡器。用途十分廣泛，既可用于多種物料的配料汁量，也可用于一種物料的計量(料斗秤)。若與包裝密封機配套，即為定量包裝秤。

一種電子配料稱，它包括有皮帶、機架、驅動部分、稱重傳感器、測速傳感器、變頻器、控制儀表，張緊裝置，在于機架的框架為矩形管，張緊裝置由水平張緊裝置和垂直張緊裝置組成，水平張緊裝置位于機架的被動輥處，主動輥中心位置低于被動輥中心位置高于張緊中心位置。在機架上矩形箭內側安裝秤重框支點座和秤重托輥座。本實驗用新型的水平張緊及垂直張緊裝置其設計思想是三角形張緊方式，其優點是張縮比大、可防止皮帶下部顫動提高皮帶運行穩定性。本實驗用新型的秤重托輥座、秤框支點座在機架矩形方管內側的安裝方式是在以保證定位精度的準確，生產，加工，安裝方便。

在現代工業生產中，電子配料稱有著非常廣泛的應用。如飼料加工、煉鋼、生產水泥等，在這此生產流程中經常需要將不同的物料按一定重景比例配置進行混合加工，現設計一種加料重量計量裝置，用于配料生產的自動控制系統。

本課程設計的電子配料稱是利用全橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標準重量的線性關系，建立具體的數學模型，將電壓量綱V改為重量綱g即成為一臺原始電子秤。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，本設計采用全橋測量電路，使系統產生的誤差更小，輸出的數據更精確。而三運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，以滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求。A/D轉換的作用是把模擬信號轉變成數字信號，進行模數轉換，然后把數字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。

1.第一章 電子配料稱的系統概述………………………………………(1)

2.第二章 單元電路設計與分析 …………………………………………(3)

2.1傳感器……………………………………………………………………(3)

2.2三運放大電路……………………………………………………………(5)

2.3電壓比較器………………………………………………………………(8)

2.4 AD轉換與顯示……………………………………………………………(11)

3.第三章 系統綜述、總體電路圖………………………………………(13)

4.第四章 結束語……………………………………………………………（14）

5.參考文獻……………………………………………………………………(15)

6.元器件明細表………………………………………………………………(15)

7.附圖……………………………………………………………………………(16)

8.鳴謝……………………………………………………………………………(17)

9.收獲與體會，存在的問題…………………………………………………(17)

電 子 配 料 稱

摘要

  　　電子配料稱的核心元件是電阻應變式傳感器，利用單臂電橋測量原理，通過對電路輸出電壓和標準重量的線性關系，建立具體的數學模型，將電壓量綱（mV）和重量綱（Kg）對應起來。電阻應變式傳感器是傳感器中應用最多的一種，本設計采用單臂電橋測量電路，使系統產生的誤差更小，輸出的數據更精確。由于感應電壓一般為mV級，不能滿足ＡＤ轉換器對高電平的要求，所以要把輸出電壓信號經過三運放大電路進行放大，把放大后的電壓信號傳輸給ＡＤ轉換器。AD轉換器的作用就是把模擬信號轉變成數字信號，進行模數轉換，然后把轉換后的數字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結果。顯示電路由七段數碼管構成，它可以直接顯示出十進制數，為了防止數碼顯示管顯示的數據跳動太快，引入了寄存器，不僅能防止數據的跳動，還能把數據存起來。為了實現電子配料稱的自動停止加料，還要求有一個控制電路來實現對執行機構的自動控制，為此，該設計引入電壓比較器和繼電器，給電壓比較器一個基準電壓，當經放大電路放大后的電壓小于基準電壓時，讓繼電器的開關閉合，從而使執行機構工作，反之如果大于基準電壓，繼電器的開關就斷開，從而使執行機構停止工作，則相應的控制電路按有關的邏輯程序工作，使之完成預定的動作。

關鍵字

設計要求

1. 配料稱重范圍10Kg～500Kg；

2. 配料設定重量連續可調，到達設定重量自動停止加料；

3. 配料重量的自動顯示；

4. 配料精度優于1％。

第一章　系統概述　

電子配料稱以稱重傳感器為核心，通過信號放大和微處理器將重量值變成電信號輸出，可應用計算機進行數據處理。電子配料秤適于用計算機技術控制生產過程。電子配料秤采用

高精度的傳感器，響應速度快、分辨率高，其配料準確度足以滿足現代配料配方生產的要求；電子配料稱結構簡單、重量輕、安裝調試使用方便；它沒有機械磨損，故穩定性好；傳感器的密封性良好，適合在惡劣環境下工作；采用電子配料秤還可以提高勞動生產率、減輕勞動強度、保證飼料產品的質量、降低生產成本，以及促進企業管理水平的提高。因此，我國現代企業均采用以電子配料秤為核心的配料計量系統。

電子配料稱的主要功能是用電子電路實現物料重量的計算，所以首先應將物料重量(非電量)轉換成電量。被稱物料可通過支撐料斗的負重傳感器(傳感器將重力轉換為電壓或電流的模擬訊號，經放大器及濾波處理后由處理器轉換為數字訊號)，實現將重量信號轉換成電信號，電量數值大小與物料的重量成比例。根據預先設定的配料重量，確定基準電壓(類似于天平的砝碼，比較器的參考電壓來自于基準源電路的采樣電壓)，其值大小可以調節。再將表示物料重量的電信號與基準電壓進行比較，其比較結果(輸出狀態)來控制執行機構完成預定的動作。

電子配料稱是一種將配料的重量信號轉換為電子技術中易于測量的電信號，建立起重量和電壓之間的關系，由于稱重傳感器感應出來的電壓比較小，無法滿足AD轉換器對高低電平的要求，應把稱重傳感器的感應電壓進行放大，為了能讓電子配料稱到達設定重量自動停止加料，可以采用電壓比較器和繼電器的配合，當經過放大的電壓達到額定重量所對應的電壓時，通過繼電器讓執行機構的供電線路斷開，從而達到自動停止加料的目的。同時把放大電路的輸出信號通過ＡＤ轉換器轉換成數字信號后在七段數碼管顯示出物料的重量。　　　

    系統框圖如圖1.1所示：

圖1.1電子配料秤框架圖

•    單元電路設計與分析
  

　　由設計要求可知本設計采用力學傳感器，而力學傳感器又可分為應變式力傳感器、電感式壓力傳感器、壓電式力傳感器和電容式傳感器。

壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。

電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態測量，且本設計所用為直流電。

電容式傳感器負載能力差，寄生電容影響大，輸出特性曲線非線性，但是本設計要求重量和電壓要具有線性關系。

　　應變式力傳感器的表面積與截面積之比大，散熱條件好，能承受較大電流和較高電壓，因而輸出靈敏度高，并可制成各種需要的形狀，便于大批量生產，而且電阻應變式壓力傳感器與傳統壓力傳感器相比，具有具有體積小、重量輕、精度高、可靠性好及使用方便、應力應變線性度好、重復性好、回差小、蠕變小等優點。綜合以上各種傳感器的優缺點以及經濟效益和設計需求，我們選擇應變式力傳感器。

測量電路是電子秤設計電路中是一個重要的環節，在制作的過程中應盡量選擇好元件，調整好測量的范圍的精確度，以避免減小測量數據的誤差。

傳感器框架圖如圖2.1所示：

圖2.1傳感器框架圖

    彈性敏感元件感受被測量，產生形變，在表面形成應變，粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應變片隨即產生應變，其阻值也相應發生變換。

應變式電阻傳感器的工作原理圖如圖2.4所示

圖2.4應變式電阻傳感器的工作原理

激勵電壓: 9VDC～12VDC     ；     靈敏度: 2±0.1mV/V

輸入阻抗: 405±10Ω       ；      輸出阻抗: 350±3Ω

極限過載范圍: 150%        ；      安全過載范圍: 120%

     使用溫度范圍: -20℃～+60℃

電阻應變式傳感器是將被測量的力，通過它產生的金屬彈性變形轉換成電阻變化的元件。電子配料稱的傳感器的測量電路通常使用橋式測量電路，它將應變電阻值的變化轉換為電壓或電流的變化，這就是傳感器輸出的電信號。電橋電路有四個電阻，其中任何一個都可以是電阻應變片電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓U，另一個對角線為輸出電壓Uo。其特點是：當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。一般來說，傳感器的靈敏度為2mV/Kg,而它的激勵電壓一般為10V，所以傳感器的電壓輸出很小，范圍大致是0～20mV，而電子配料稱的量程為10～500Kg，所以輸出電壓與重量的線性關系為0.04mV/Kg。

所以應變式電阻傳感器的重量和電壓之間的線性關系應滿足如表1所示：

表1傳感器重量和電壓線性關系表

圖2.5應變式傳感器安裝示意圖

2.2  三運放大電路

    本次課程設計中，需要一個放大電路，我們將采用三運放大電路，主要的元件就是三運放大器。

本電路主要是對輸入信號的放大，主要是采用差動放大器OPAMP3288RT來對其輸出進行放大，OPAMP3288RT高精度運算放大器具有極低的輸入時態電壓，利用電路的對稱性來進行溫度補償，從而抑制零點漂移，因而具有極低的失調電壓溫漂，非常低的輸入聲電壓幅度及長期穩定等特點，可廣泛的應用于穩定積分、精密絕對值電路、比較器及微弱號的精確放大，尤其是應用于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀 。

三運放大器原理圖如圖2.6所示

圖2.6三運放大電路

下面是關于參數的選定，由圖可以分析出放大器的輸出電壓與輸入電壓之間的關系是：

     又因為A/D轉換器的輸入電壓范圍為0～2V，而應變式電阻傳感器的輸出電壓范圍為0～20mV，所以三運放大電路的電壓放大倍數應為100倍。下面我們來確定三運放大電路中各個電阻的阻值，即只要滿足

所以我們不妨取R7=R9=R11=390KΩ，R8=R10=3.63MΩ,R12=R13=2MΩ。

    由于稱重傳感器在multisim里無法仿真，無法產生輸出電壓，所以對放大電路的仿真我們采用直接加電壓的方法，在三運放大電路的輸入端直接加10mV的電壓，在輸出端用示波器測出輸出電壓，仿真原理圖如圖2.7所示

圖2.7三運放大電路仿真原理圖

仿真結果如圖2.8所示，輸出電壓為1.00V，說明放大電路能正常工作。

2.3   電壓比較器

2.3.1、電壓比較器的功能：

比較電壓的大小。

2.3.2、電壓比較器的描述方法 :

電壓傳輸特性 uO＝f(uI)

    電壓傳輸特性的三個要素：

    1) 輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

    2) 閾值電壓UT

    3) 輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓躍變的方向

2.3.3.、比較器的論證與選擇

比較器可以分為滯回比較器、過零比較器以及由555集成芯片構成的滯回比較器等。

    經比較論證我們使用任意電壓滯回比較器

2.3.4、任意電壓滯回(遲滯)比較器

    a、閾值電壓

任意電壓滯回比較器的原理圖如圖2.8所示，運用疊加原理可以得到比較器的閾值電壓公式可寫為：

式中Uz表示的是穩壓管的穩壓值。通過調節Rp2的阻值來改變電壓比較器的反相輸入電壓，來實現對所加物料重量的控制。

圖2.9任意電壓滯回比較器原理圖

      b、工作原理及電壓傳輸特性

圖2.10任意電壓滯回比較器的電壓傳輸特性

    如圖2.10所示為任意電壓滯回比較器的電壓傳輸特性，在同相和反相輸入電壓相等時，比較器的輸出產生躍變。

     c、電路特點：

    （1）經加到運放的反相端；

    （2）經中到運放的同相端；

    （3）引入電壓并聯正反饋，使運放工作非線性。

（4）和起限幅作用，使

2.3.5   繼電器

本設計采用的是二極管和繼電器J等元件組成。二極管工作于開關狀態，由比較器的輸出狀態控制。

它的原理圖如圖2.11所示

圖2.11繼電器的工作原理圖

    繼電器的帶鐵芯的線圈一端接地，另一端接一個二極管，二極管的方向如圖所示，二極管的另一端接任意電壓滯回比較器的輸出端，23、24端口接在執行機構的供電系統的回路中，這樣就可以通過繼電器實現自動停止加料。

2.4  AD轉換與顯示

2.4.1 AD轉換

在一個電子配料稱系統最重要的參數是內部分辨率、ADC動態范圍、無噪聲分辨率、更新速率、系統增益和增益誤差漂移。該系統必須設計成比率工作方式，所以它與電源電壓波動無關。根據該課程設計中的設計要求，我們采用雙積分式A/D轉換器。為保證一定的分辨率和較低的成本，這里采用三位半積分式A/D轉換器ICL7107。ICL7107是一種3 1/2字位單片COMS集成雙積分式A/D轉換器。且其性價比高，外接元件數量少，使用方便。其輸出方式為譯成七段碼靜態的22端固定的輸出。可直接驅動31/2字位LED數碼管的全部筆段。當量程為200mv時，參考電壓Vr=100mv，它可由穩壓電源經分壓后供給。

CC7107A/D轉換器引出端功能：

圖2.12     ICL7107管腳圖

CC7107采用標準的陶瓷戶塑料雙列直插40引線封裝，。各引線的功能說明如下：

Au~Gu：為個位的段驅動信號，接個位的LED的a~g對應段筆畫。

At~Gt: 為十位的段驅動信號，接十位LED的a~g對應筆畫段。

Ah~Gh：為百位的段驅動信號，接百位LED的a~g對應筆畫段。

ABk: 為千位的驅動信號，接千位的LED的a~b段。

PM：為負數指示信號，接千位 LED的g段筆畫或負號段，當信號為負值時，該段點亮，正值則不顯示。

GND: 為邏輯線路的電位端。

OSC1和OSC2：為時鐘脈沖發生器的接線端。

Vref+和Vref-：為參考電壓的接線端。

Cref+和Cref-: 為參考電容的接線端。

COM：為公共模擬地端。

IN+和IN-: 為模擬信號輸入端。

BUF: 為緩沖器輸出端，接積分電阻。

AZ: 為積分器和比較器的反相輸入端，接自動穩零電容。

INT: 為積分器輸出端，接積分電容。

TEST：為燈光測試端，在檢查LED時該段通過500歐姆電阻與GND相連，則各段均顯示。

V+：為電源正極，通常接+5V.

V-:  為電源負極，通常接-5V.

圖示電路為ICL7107引腳及其個外角功能,該電路采用標準的3.5位顯示電路進行顯示，其中最高位可以顯示千位的 “1”和顯示負號。此外，由于該電路的兩個輸入端即COM 與V+端的電位差具有很高的穩定性，可以作為參考電壓源。因此，可以通過分壓的方法來擴大它的量程

     稱重傳感器感應到的模擬小信號經放大器放大濾波，輸入到芯片ICL7107的31管腳。經A/D轉換，將輸入的模擬信號轉換為數字信號由2-20，22-25管腳輸出。A/D轉換器的輸入電壓范圍為0到2V，傳感器的稱重范圍為10kg到500kg，所以其當量為0.004mv/g。

2.4.2  顯示部分

AD轉換可以直接驅動七段數碼管，所以我們選用七段數碼管，而七段數碼管又分為共陰和共陽兩種接法，我們選擇共陰接法，即低電平有效。又由于稱重范圍為10Kg～500Kg且精度優于百分之一，所以我們不能直接把用CC7107和三位半數碼管直接用，因為精度不夠，因而我們采取把7107的個位輸出看成十分位、十位看成個位、百位看成十位、千位不接，把百位的   、d、e、相與當做真正的百位的CP脈沖，接到74LS290的CP0端口，Q1接ＣＰ１端口構成８４２１十進制計數器，輸出經七段數碼驅動器74LS47接到代表百位的七段數碼管，連接圖如圖2.13所示

•    系統綜述、總體電路圖
  

電子配料秤是一種將一定重量的物料通過一定的結構添加給所需要的機構，當達到該重量后能夠自動停止加料并且可以顯示出所加物料的重量，而這些機構包括能夠將重量信號轉化為電量信號的稱重傳感器、能夠將很微弱的電壓信號進行一定倍數的放大的放大電路，以及能夠將輸入的電壓和基準電壓進行比較結果只有高電平和低電平的電壓比較器，進而和二極管和繼電器配合來實現對執行機構的控制。為了讓重量顯示出來，還必須得有AD轉換器，能夠再將模擬信號轉換為數字信號，從而實現在七段數碼管中顯示出所加物料的重量。

    經過上述多個部分的結合就實現了嗲暗自配料秤的設計要求。電子配料稱的總體電路圖如圖3.1所示。

圖3.1電子配料稱總電路圖

第四章結束語

經過了一周半的課程設計，我們通過上網查找資料，去圖書館借書，問老師和同學設計出了電子配料秤的電路，我們用mulitisim仿真出了電路的放大部分，雖然有的地方不能進行仿真，但是我們在可以進行仿真的地方都進行了仿真，仿真的結果正還可以，沒有進行仿真的地方我們也進行了多方面的認證，而且效果也不錯。

雖然總體上效果還不錯，但是還不夠完全的自動化，智能化，如果能夠讓設備自動完成配料，這樣會更加節省人力，提高工作的效率，進而產生更大的經濟社會效益。隨著集成電路和計算機技術的迅速發展，使電子儀器的整體水平發生巨大變化，傳統的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應用與發展。而傳感器作為測控系統中對象信息的入口，越來越受到人們的關注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息（物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置本次課設中的半橋電子配料秤就是在以上儀器的基礎上設計而成的。因此，只有充分了解有關智能儀器、單片機、傳感器以及各部分之間的關系才能達到要求。所以我們還要不斷的學習新的知識來彌補自己的不足，我相信在學習了單片機之后我們會設計出更加完美的電子配料秤。

    首先是傳感器的精密度，它將直接影響電子秤的稱重準確度。課設時由于傳感器發出的信號不是很穩定，所以稱重時誤差很大。如果使用精密度較高的傳感器，效果會好的多。其次是數據采集處理階段，此階段是對傳感器發出的信號進行量化、采集，主要分為信號放大、采集，然后進行A/D轉換。該階段需注意的地方是對傳感器輸出的信號進行放大時，應選取合適的運算放大電路。最好是預先計算好應放大的倍數，以便選取。還有就是進行數據處理時，選取適當的數據轉換系數，使輸出滿足量程要求。

我相信以后的我們在學習了新的知識之后，會設計出更加完美的，功能更加齊全的電子配料秤。

參考文獻

[1]林濤·數字電子技術基礎·北京 清華大學出版社·2006

[2]林濤·模擬電子技術基礎·重慶 重慶大學出版社·2003

[3]孫運旺·傳感器技術與應用·杭州 浙江大學出版社·2006

[4]張巖·傳感器應用技術·福州 福建科學技術出版社·2006

    [5]欒桂冬 張金鐸 金歡陽·傳感器及其應用·西安電子科技大學·2002

[6]佟為朋 翟國富·低壓電器繼電器及其控制系統·哈爾濱工業大學出版社·2003

元器件明細表

十進制數	輸     入		輸 出	顯示字型
	/		a b c d e f g
	0     x       1 x     x       0 1     0       1	x     x     x    x x     x     x    x x     x     x    x	0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	8 熄滅 熄滅
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	1     1       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1	0     0     0    0 0     0     0    1 0     0     1    0 0     0     1    1 0     1     0    0 0     1     0    1 0     1     1    0 0     1     1    1 1     0     0    0 1     0     0    1	0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15	1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1 1     x       1	1     0     1    0 1     0     1    1 1     1     0    0 1     1     0    1 1     1     1    0 1     1     1    1	1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1	熄滅

鳴謝

    感謝學校給我們鍛煉的機會，感謝各位老師們的指導，在組員們的努力下，和同學們的互相幫助，互相啟示，最終設計出電路來，非常感謝在過程中幫助過我們的每一個人！在電路設計和論文寫作的過程中，得到了許多同學的寶貴建議，同時還得到他們的支持和幫助，在此一并致以誠摯的謝意。

              最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！

收獲與體會，存在的問題

俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程設計，我認為最重要的就是做好課程設計的預習，認真的研究老師給的題目。其次，老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有都明白了，做起設計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調試，掌握其方法。

　　　當然，這其中也有很多問題，第一、不夠細心比如由于粗心大意，由于對課本理論的不熟悉導致設計出現錯誤。第二，是在學習態度上，這次課設是對我的學習態度的一次檢驗。對于這次課程實習，將來有可能是一名工程技術人員的我的第一大心得體會就是，要求具備的首要素質絕對應該是嚴謹。我們這次實習所遇到的多半問題多數都是由于我們不夠嚴謹。第三，在做人上，我認識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。還有就是要團結作為一個團體必須要懂得合作。不懂的地方就要問，問同學，問老師。

　　在這次難得的課程設計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。通過題目選擇和設計電路的過程中，加強了我思考問題的完整性和實際生活聯系的可行性。在方案設計選擇和芯片的選擇上，培養了我們綜合應用各種元件的能力，對各種元件的各個管腳的功能也有了進一步的認識。還鍛煉我們個人的查閱技術資料的能力，動手能力，發現問題，解決問題的能力。并且我們熟練掌握了有關器件的性能及測試方法。

　　再次感謝老師的輔導以及同學的幫助，是他們讓我有了一個更好的認識，無論是學習還是生活，生活是實在的，要踏實走路。課程設計時間雖然很短，但我學習了很多的東西，使我眼界打開，感受頗深。

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