传感器与检测技术综合实训报告书(编辑修改稿)

传感器与检测技术综合实训报告书(编辑修改稿)内容摘要：

对外接电容 C C2虽然没有十分严格的要求 ,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性。 如果使用石英晶体 ,电容应该使用30pF 10pF。 还可以使用外部时钟。 这种情况下 ,外部时钟脉冲接 XTAL1 端 ,即内部时钟发生器的输入端 , XTAL2 应悬空。 由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的 ,所以外部时钟信 号的占空比没有特殊要求 ,但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 AT89S52 的主要性能参数 与 MCS51 单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000 次擦写周期 全静态操作： 0Hz～ 33Hz 三级加密程序存储器 32 个可编程 I/O 口线 三个 16 位定时器 /计数器 传感器与检测技术综合课程设计 八个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 l掉电后中断可唤醒 l看 门狗定时器 1双数据指针 l掉电标识符 单片机硬件接口接口 与显示模块接口 P0： 接显示模块的 D0D7 数据 /指令输入端， 接 LCD 的控制端，控制显示模块的数据刷新等操作。 与 AD转换器接口 接 AD 转换器的片选 /CS、转换时钟 CLK、数据输出 DO 端，单片机通过片选和时钟控制转换器的数模转换，经过 DO获取转换结果。 与键盘接口 单片机的 P1 口接行列式键盘，其中 作为行扫描接口， 作为键盘的列扫描接口。 与报警模块接口 作为报警模块的输入连接接口，控制报警器的开关，报警器开时蜂鸣器会发出提示音， LED 会被点亮。 单片机接口图如下： 传感器与检测技术综合课程设计 )( 43 421 1 RR RRR RE ))(( 4321 4231 RRRR RRRRE  3421 RRRR  传感器 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。 电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。 导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。 电阻应变片把机械应变信号转换为△ R/R 后，由于应 变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。 因此，要采用转换电路把应变片的△ R/R 变化转换成电压或电流变化。 其转换电路常用测量电桥。 直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。 下图为一直流供电的平衡电阻电桥， inE 接直流电源 E： 图 传感器结构原理图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥， 即只有电压输出。 当忽略电源的内阻时，由分压原理有： ADABBDo uuuu  = （ ） 当满足条件 R1R3=R2R4 时，即 （ ） 传感器与检测技术综合课程设计    )()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRRuo  ERRou =0，即电桥平衡。 式（ ）称平衡条件。 应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。 若差动工作，即 R1=R△ R,R2=R+△ R,R3=R△ R， R4=R+△ R,按式 （ ） ，则电桥输出为 Ek () 应变片式传感器有如下特点： （ 1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。 （ 2）分辨力和灵敏度高，精度较高。 （ 3）结构轻小，对试 件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。 （ 4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。 通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第三种方案。 题目要求称重范围 0～ ，重量误差不大于  ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重 ——。 我们选择的是 LPSIII 型传感器，量程 20Kg，精度为 %，满量程时误差  ，完全满足本系统的精度要求。 经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行 A/D 转换。 为此，测量电路中常设有模拟放大环节。 这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。 放大器的输入信号一般是由传感器输出的。 传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。 因此，一般对放大器有如下一些要求： 输入阻抗应远大于信号源 内阻。 否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。 抗共模电压干扰能力强。 在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。 从而保证放大器输出性能稳定。 能附加一些适应特定要求的电路。 如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。 我们考虑了以下几种方案： 方案一 利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。 普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。 由于 A/D 转换器需要很高的精传感器与检测技术综合课程设计 度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。 所以，此种方案不宜采用。 方案二 由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。 差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 (如 OP07)做成一个差动放大器，如下图所示： 图 利用普通运放构成的放大器 电阻 R R2 和电容 C C C C4 用于滤除前级的噪声， C C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰， C C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。 优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动 放大电路，滑动变阻器R6 可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。 输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。 缺点：此电路要求 R R4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。 实际测量，每一级运放都会引入较大噪声，对精度影响较大。 方案三 采用专用仪表放大器，如： AD620， INA126 等。 此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。 以 AD620 为例，内部结构如下图所示： 图 AD620的内部等效图 传感器与检测技术综合课程设计 RgVVi ininG )21)(( RgRVV inin  ))(21(12   ininO VVRgRUV)(   inin OV VV UA)21( RgR接口如下图所示： 图 AD620的接口图 电路的工作原理： A A2 工作在负反馈状态，其反向输入端的电压与同相输入端的电压相等。 即 Rg 两端的电压分别为 Vin+、 Vin。 因此 （ ） 设图中电阻 R1=R2=R，则 A。