传感器课程设计
小量程电子秤设计
学校：河海大学
专业：应用物理学
姓名:季庚午
学号:0810020116
指导老师：丁万平
Ⅰ、总体设计方案
本设计由以下几部分组成:电阻应变传感器、信号放大器、模数转换、单片机、显示器。其结构图如下所示。
由电阻应变式传感器感受被测物体的质量,通过电桥输出电压信号,通过放大电路将输出信号放大，而后送入A／D转换单元进行模数转换，将转换后的数字信号送给单片机;单片机接收数据后,对数据进行处理，将其转换为对应的重量信息，送LED显示模块进行显示。单片机同时也可以进行去皮调零操作。
Ⅱ、硬件电路设计ﻩ
一、传感器选择
1、传感器型号:WＴＰ616平行梁式称重（测力)传感器；
2、产品特点及结构:主要适用于口袋称，手掌称等电子称重；
3、主要技术参数:
额定载荷（Kｇ）:500ｇ; ﻩﻩﻩ绝缘电阻(MΩ）>=2００0(1０0VDC)
精度等级:C3; ﻩﻩﻩﻩ激励电压(V)5~10DC
综合误差：(%F.Ｓ)0.0５; 温度补偿范围（℃）-１0~+4０
灵敏度（mＶ／Ｖ）０.7+-０．1ﻩﻩﻩ使用温度范围（℃)-２0~+５0
非线性(%F.S)：0．０5; ﻩﻩ零点温度影响（%Ｆ．S/10℃）0.2
滞后（%F.S)：0.05;ﻩﻩﻩ灵敏度温度影响(%Ｆ.Ｓ/10℃)0.1５
重复性(%Ｆ．S):0.0５；ﻩﻩﻩﻩ安全过载范围（%Ｆ.Ｓ）１5０
蠕变（％F．S/30mｉｎ):０.0５; ﻩﻩ极限过载范围(％F．S）
零点输出（%F.S): ＋-1; ﻩﻩﻩ输出阻抗（Ω）: １000+－５0
输入阻抗(Ω):１00050ﻩﻩﻩﻩ电缆线: 四芯屏蔽电缆
４、接线方法:输入（电源）+:红色；输入(电源)—:黑色；输出(信号)+:绿色；输出(信号）—:白色
5、实物图:
图Ⅱ.1.1：WTP616实物图
应变传感器信号放大器单片机LED显示
6、传感器设计电路:
6.1、检测电路设计:传感器电路采用惠根斯等臂电桥，即1234R R R R ===,构成差动式电路,提高线性
度和灵敏度。R1~R4都接应变片W ＴP616,Ｒ1和R ３接
成工作片,Ｒ2和Ｒ3接成补偿片，3124()4o R R R R U U R R R R
∆∆∆∆=-+- 1234()44
UK UK εεεεε=-+-= 其中ε是应变，U 是输入电压,K 是灵敏度。
通过调节电阻56R R 和可以实现输出调零。
图Ⅱ.1．２惠根斯电桥电路
6.2、检测电路处理：惠根斯电桥输出的电压ＵO 后面紧接着接滤波电路和电压跟随器如图(图Ⅱ.１.2）所示,电阻 Ｒ1 、 R ２ 电容 C1 、 C2用于滤除前级的噪声, C1 、 C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰。
图Ⅱ．１.２滤波电路和电压跟随器电路
二、稳压电源的设计：
ﻩ稳压电路在设计中具有很重要的作用，在本设计中我采用三端集成稳压芯片7805，资料图如下所示。内含过流、过热和过载保护电路。78０5输出电压典型值是5Ｖ，在一定温度条件下电压输出比较稳定,如图２.2所示。设计稳压源5V 的电路如图2.3所示；因为o ｐ07是使用正负电源５伏,＋５伏使用7805,－5伏使用7９０5,电路结构与7805的结构一样。
图Ⅱ.２．１：7805封装图
图Ⅱ.2.2：７８05的典型输出电压参数
图Ⅱ.2.3：5V稳压源仿真图
三、放大电路的设计:
由于传感器输出的信号比较微弱,必须通过一个放大器对其进行放大,才能满足单片机A/D转换器对输入信号电平的要求。放大电路要把3．５ｍV的电压放大到５Ｖ,放大倍数比较大,所以采用二级放大。放大电路的芯片采用Op07,如图Ⅱ.3.1所示,Ｏp０7芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP0７A最大为２5μV),所以ＯP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OＰ07同时具有输入偏置电流低（OP07Ａ为±２ｎA)和开环增益高(对于OP０7Ａ为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OＰ07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
图Ⅱ.３．1Op07引脚图
1、 前级放大电路设计:
前级放大电路采用应用比较广泛的由三个运放组成的通用放大电路,电路中三个运放都接成比例运放的形式,整个电路又包括两个放大级，U1和U2组成第一级，二者均为同相输入方式,而且输入电阻较高。由于电路对称，因此漂移可以相互抵消。而且差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点．第二级为U3,是差分输入方式，将差分输入转换为单端输出,在本电路中要求参数对称,即R ４＝R5,Ｒ6＝R7,Ｒ8=R ９。经过计算可得,54112
233
22(1),(1)O I O I R R U U U U R R =+=+,所以差分的输入为4121232(1)()O O I I R U U U U R -=+
-，而884126632()(1)O O O R R R U U U R R R =--=-+,由此可知，只要调节Ｒ3阻值的大小，就可以调节整个放大电路的放大倍数。在实际电路中，参数选择如下图(图Ⅱ.３.2）所示，最终前级输出电压是-４60.0３1mV 。
图Ⅱ.3.２前级放大电路仿真图
2、 二级放大电路接反相比例运放电路
由于前级放大的输出是负的电压，所以二级放大电路选择反相比例运放,根据理论可知1211
O I R U U R =-
,将前级输出放大11背可得到５Ｖ的电压，所以计算得参数如图所示（图Ⅱ.３.3)
