四工位梁式称重传感器蠕变加载机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

四工位梁式称重传感器蠕变加载机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ ） 其中， W 为称重结果； Wx为未标定时的称重值； W0为皮重值； C1为标定系数。 其中需要标定的两个参数是 C1 和 W0，分别称为校准和去皮。 当数字称重传感器接收到主机发来的标定命令时，对命令进行解析，并执行相应的操作，当命令为校准时，令 W 为法码值，为去皮操作时，令 Wx=W0。 梁式称重传感器蠕变加载机 修改 蠕变加载机的工作原理 通过软件驱动载荷发生设备和数字模块按规定的方法、时间，对称重传感器进行加载、卸载和数据采集过程。 操作者只需要将称重传感器的装上工装，放到载荷发生装备的指定位置，并确定软件开始运行。 由单片机对采集后的数据进行处理，对称重传感器的蠕变和瞬时回零数据暗按照设计的标准判断是否合格。 梁氏称重传感器蠕变加载机系统组成： （ 1） 采集与控制软件：软件启动后按照设定的步骤和时间运行，通过单片机通讯接口采集数字模块信息，通过控制硬件驱动载荷发生设备给传感器加载重量。 （ 2） 单片机和控制硬件：执行软件发出的命令采集模块数据，驱动加载设备。 （ 3） 数字采集模块：给称重传感器提供电源并接受输出信号。 （ 4） 载荷发生设备：给称重传感器施加与量程相同的载荷。 蠕变加载机的的测试过程 蠕变特性是应变式力传感器的主要特性参数，在传感器生产中要对力传感器的蠕变回零进行测试。 蠕变测试流程：测试零漂→预加载三次→预载恢复→加载→测试时间（记录数据）→判断测试数据是否合格，如果不合格，重复上述测试流程，如果重新测试仍不合格，则该传感器就认定蠕变特性不合格，属于不合格产品。 自动控制的工艺流程为：操作人员将传感器装夹在测力机上，打开计算机测试软 件并自检通过，输入每个传感器的编号，点击测试开始，系统自动实现预载三次→预载恢复（ 1min）→各测力机加载（ 1min）→卸载恢复（ 1min）→判断数据是否合格，如果不合格重复上述动作。 如果合格，记录数据并打印。 蠕变加载机的模拟仿真图 其蠕变加载机仿真图如图 所示。 图 蠕变加载机仿真图 第三章 蠕变加载机的总体设计方案 传感器的选择 传感器现已广泛地应用在众多领域中。 其中压力传感器的应用最为广泛。 目前市场上压力传感器种类很多，各种传感器的规格和技术性能也不一样。 分类如压阻式压力传感器、电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、电感式压力传感器、压阻式压力传感器、谐振式压力传感器和电容式加速度传感器等。 其中应用最广泛的是电阻式压力传感器，电阻式压力传感器具有低价格和高的精度的优点。 根据课题的具体要求，我们这次选择 L6N 传感器作为研究对象。 其实物图如图 所示。 产品示图 图 L6N 传感器外 形 技术指标与特性 外形尺寸 图 传感器外形尺寸 传感器的结构及特点 该传感器具有剪应力测量方式，可承受拉、压力。 输出对称性好，结构紧凑，安装方便，高精度、稳定性好。 可用于制造吊钩秤、料斗秤，机电结合秤等衡器。 具有以下特点： （ 1）可满足 3kg100kg 量程范围内的测量。 （ 2）铝合金材料，平行梁结构 （ 3）硅橡胶密封，表面阳极化，耐腐蚀性佳。 （ 4）整体结构，安装使用方便。 （ 5）适用于电子计价秤、电子平台秤等各类电子称重设备。 放大 模块的选型 被测的非电量经传感器得到的电信号幅度很小，无法进行 A/D 转换，必须对这些模拟电信号进行放大处理。 为使电路简单便于调试，本设计采用三级运算放大器。 当共模电压的很大时，仪表放大器可以放大很微弱的差分电压信号，同时还具有很低的输入阻抗。 前级放大器我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 :INA126。 随着集成电路飞速发展， A/D 转换器的新设计思想和制造技术有了很多大的变化。 为满足各种不同检测和控制需要，设计出了许多结构不同、性能各异的 A/D 转换器。 结合课题的需要和现有条件，我们这里选择 PCF8591 A/D 转换器。 主控制器模块的选型 单片机是一种现场控制计算机，相比于家用计算机它具有价格便宜、具有较强的抗干扰能力等优点。 它拥有基于复杂指令集 (CISC)的单片机内核，虽然其速度不快， 12 个振荡周 期才执行一个单周期指令，但其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。 51 的内部硬件顶设，可用特殊功能寄存器对其进行编辑。 结合上面所述与现有条件，我们选择 STC90C516RD+单片机。 数据显示模块的选型 我们选择 LCD1602 液晶显示屏幕。 报警模块的选型 当测量值超过设定值时，就需要报警提醒，这里我们只需要普通的提示就可以。 我们选用蜂鸣器和发光三极管来设计。 电源电路设计 该设计中的电源采用整流滤波电跻和三端稳压电路 LM17805 和 LM7905。 LM17805CT 芯片输入端电压约为 9V,输出端电压为 5V, LM7905 芯片输入端电压约为 9V,输出端电压为 5V,输入端和输出端的压差绝对值都应大于 ，否则会失去稳压能力。 但是考虑到功耗得问题，这个压差又不能过大，过大则会增加 7805 与 7905 的功率消耗，提升芯片的升温，并不安全。 据变压器副边电压和经滤波之后输出电压的关系可以知道，副边电压约为177。 9 V,根据这个来确定变压器原副边匝数比，这样就可以得到系统所需的177。 5V 电源。 系统整体设计 系统组成 其系统控制框图如图 所示。 传感器 放大器 单片机 显示器 报警器 图 控制系统框图 系统原理 本次设计是以单片机为核心的蠕变测试。 通过螺栓连接，把传感器固定在夹具体上，依次放下砝码，在放下砝码的同时，传感器的应变片会产生不同的形变，每个应变片引出一个引脚，通过一个电桥测量电路，把电阻应变片的应变量转换成电信号，通过一个放大电路，把电信号变成一个标准信号，转换器把放大器传来的标准信号进行转换后，通过单片机处理，把数据通过显示器显示出来。 我们主要做的是放大电路、 A/D 转换器、单片机和显示，选用的 A/D 转换器是 PCF8591，单片机为 STC90C516RD+，显示器为 LCD12864 显示屏。 第四章 蠕变加载机的硬件设计 STC90C516RD+单片机简介 STC90C516RD+系列单片机是 STC 推出的新一代单片机，具有超强抗干扰、高速、低功耗等优点，指令和代码完全兼容传统的 8051 单片机， 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以随意选择。 内部集成 MAX810 专用复位电路，当时钟频率在 6MHz 时，该复位电路是可靠的；当时钟频率在 12MHz 时勉强可用。 在要求不高的情况下，可在复位脚外接电阻电容复位。 STC90C516RD+是一个低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 61k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器， 器件采用 ATMEL 公司的高电源 A/D 转换 继电器 电磁阀气缸 密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机 STC90C516RD+可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 STC90C516RD+有以下特点 :40 个引脚，61kBytes Flash 片内的程序存储器， 128Bytes 随机存取数据存储器 (RAM)， 32 个外部双向输入 /输出 (I/O)口， 5 个中断优先级以及 2 层中断嵌套中断， 2个 16 位可以编程的定时计数器， 2 个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。 除此之外， STC90C516RD+设计并配置了振荡频率可为 0Hz 并可以通过软件设置省电模式。 在空闲模式下， CPU 会暂停工作，但是 RAM 定时计数器、串行口以及外部中断系统可以继续工作，掉电模式冻结振荡器并会保存 RAM 数据，还有停止芯片其它的功能直至外中断激活或者硬件复位。 同时这个芯片具有 TQFP 、 PLCC和 PDIP 等三种封装形式，用来适应不同产品需求。 STC90C516RD+单片机是 40 个引脚双列直插芯片，有四个 I/O 口， P0、 P P2 和 P3。 MCS51 单片机共有 4个 8位 I/O 口 (P0、 PP2 和 P3)。 每一条 I/O 线都能独立地作输出或输入。 性能特点 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可以随意选择，指令代码完全兼容传统 8051 单片机。 ： （ 5V 单片机）、 （ 3V 单片机）。 ： 040MHz，等同于普通 8051 单片机的 080MHz，实际工作频率可以达到 48MHz。 ： 4K/8K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K 字节。 1280 字节或 512 字节或 256 字节 RAM。 I/O 口（ 35/39 个）复位为： P1/P2/P3/P4 为准双向口 /弱上拉（普通 8051 的传统 I/O 口）； P0 口为开漏输出，作为总线扩展的时候用，不加上拉电阻，作为 I/O 口用时得加上拉电阻。 （在系统可以编程） /IAP（在应用可以编程），不需要专用编程器，不需要专用仿真器。 可以通过串 口（ RxD/,TxD/）直接去下载用户程序，几秒就可以完成一片。 EEPROM 功能。 12M 以下时，可以省去外部复位电路，其复位脚可直接接地，因其内部集成了 MAX810 专用复位电路。 16 位定时器 /计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8位定时器使用。 4 路，下降沿中断或者由低电平触发中断， Power Down 模式可以由外部中断低电平来触发中断方式唤醒。 （ UART），还可以用定时器软件实现多个 UART。 ： 40~+85℃（工业级） /0~75℃（商业级） 管脚说明 图 单片机的引脚 主要管脚说明： P0 口 ： P0 口是一个 8 位漏级开路双向的输入输出口，每个脚可吸收 8TTL 门的电流。 当P1 口管脚第一次写入 1 时，就会定义其为 高阻 输入。 P0 可以用于外部程序数据 存储器 ，它能被定义成数据 /地址的低八位。 在 FIASH 编程的时候， P0 口会作为原码的输入口，当 FIASH进行校验的时候， P0 会输出原码，此时 P0 外部必须要被拉高。 P1 口： P1 口是一个由内部提供上拉电阻的 8 位双向 输入输出 口， P1 口的缓冲器可以接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 之后，被内部上拉成高，可以用来输入， P1 口被外部下拉为低电平的时候，输出电流，是由于内部上拉缘故。 在 FLASH 编程校验的时候， P1 口当作低八位地址接收。 P2 口： P2 口是一个内部上拉电阻 8 位双向 输入输出 口， P2 口缓冲器可以接收，输出 4TTL门电流，当 P2 口被写 1 时，它的管脚被内部上拉的电阻拉高，并且作为输入。 当因此作为输入的时候， P2 口的管脚会被外部拉低，将电流输出。 这是因为内部上拉缘故。 当 P2 口用于外部 程序存储器 或者 16位地址 外部的数据 存储器来进行存取时， P2口的输出地址高八位。 在给地址“ 1”时，它会利用内部上拉优势，每当对外部八位地址数据 存储器 来 进行读写的时候， P2 口会输出其 特殊功能寄存器 当 中的内容。 P2 口在 FLASH 编程与校验时接收高八位控制信号 与 地址信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向输入输出口，可接收输出 4TTL 门电流。 当 P3 口写入“ 1”之后，它们被内部上拉成为高电平，并且用作输入。 当作为输入时，因为外部下拉为低电平， P3 口将会输出电流（ ILL）这是因为上拉的原因。 P3 口除了作普通输入输出口还有第二功能： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部 中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（ T0 定时器 的外部计数输入） T1（ T1 定时器 的外部计数输入） /WR（ 外部数据 存储器 写选通） /RD（ 外部数据 存储器 读选通） P3 口同时为编程校验与闪烁编程接收一些 控制信号。 I/O 口作为输入口的时候会有两种工作方 式，就是读端口与读引脚。 读端口的时候上并不会从外部读入数据，只是将端口 锁存器 内容读入到 内部总线 中 ，经过一些运算或者变换之后再写回端口 锁存器。 只有在读端口时才把外部的数据读入到 内部总线 中。 89C51的 P0、 PP2 和 P3 口当作输入的时候都是 准双向口。 除了 P1 口以外 P0、 P P3 口都还有其他。