长安大学电子技术课程设计课题名称电子配料称班级姓名指导教师日期1-4前言电子配料秤是一种预先给定质量比例，对被称物中的几种物质进行配料计量的衡器。

用途十分广泛，既可用于多种物料的配料汁量，也可用于一种物料的计量(料斗秤)。

若与包装密封机配套，即为定量包装秤。

一种电子配料秤，它包括有皮带、机架、驱动部分、称重传感器、测速传感器、变频器、控制仪表，张紧装置，在于机架的框架为矩形管，张紧装置由水平张紧装置和垂直张紧装置组成，水平张紧装置位于机架的被动辊处，主动辊中心位置低于被动辊中心位置高于张紧中心位置。

在机架上矩形箭内侧安装秤重框支点座和秤重托辊座。

本实验用新型的水平张紧及垂直张紧装置其设计思想是三角形张紧方式，其优点是张缩比大、可防止皮带下部颤动提高皮带运行稳定性。

本实验用新型的秤重托辊座、秤框支点座在机架矩形方管内侧的安装方式是在以保证定位精度的准确，生产，加工，安装方便。

在现代工业生产中，电子配料秤有着非常广泛的应用。

如饲料加工、炼钢、生产水泥等，在这此生产流程中经常需要将不同的物料按一定重景比例配置进行混合加工，现设计一种加料重量计量装置，用于配料生产的自动控制系统。

本课程设计的电子配料秤是利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲V改为重量纲g即成为一台原始电子秤。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。

而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。

A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

目录1.第一章电子配料秤的系统概述 (1)2.第二章单元电路设计与分析 (1)2.1传感器 (1)2.2三运放大电路 (2)2.3比较器 (3)2.4 继电器 (5)2.6 AD转换与显示 (6)3.第三章系统概述总体电路 (8)4.第四章结束语 (6)4.附录 (9)5.参考文献 (11)电子配料称摘要电子配料称的核心元件是电阻应变式传感器，利用单臂电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（mV）和重量纲（Kg）对应起来。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用单臂电桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。

由于感应电压一般为mV级，不能满足ＡＤ转换器对高电平的要求，所以要把输出电压信号经过三运放大电路进行放大，把放大后的电压信号传输给ＡＤ转换器。

AD转换器的作用就是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把转换后的数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

显示电路由七段数码管构成，它可以直接显示出十进制数，为了防止数码显示管显示的数据跳动太快，引入了寄存器，不仅能防止数据的跳动，还能把数据存起来。

为了实现电子配料称的自动停止加料，还要求有一个控制电路来实现对执行机构的自动控制，为此，该设计引入电压比较器和继电器，给电压比较器一个基准电压，当经放大电路放大后的电压小于基准电压时，让继电器的开关闭合，从而使执行机构工作，反之如果大于基准电压，继电器的开关就断开，从而使执行机构停止工作，则相应的控制电路按有关的逻辑程序工作，使之完成预定的动作。

关键词称重传感器；三运放大电路；电压比较器；继电器；AD转换器技术要求1. 配料称重范围10Kg～500Kg；2. 配料设定重量连续可调，到达设定重量自动停止加料；3. 配料重量的自动显示；4. 配料精度优于 1％。

一、系统综述电子配料秤以称重传感器为核心，通过信号放大和微处理器将重量值变成电信号输出，可应用计算机进行数据处理。

电子配料秤适于用计算机技术控制生产过程。

电子配料秤采用高精度的传感器，响应速度快、分辨率高，其配料准确度足以满足现代配料配方生产的要求；电子配料秤结构简单、重量轻、安装调试使用方便；它没有机械磨损，故稳定性好；传感器的密封性良好，适合在恶劣环境下工作；采用电子配料秤还可以提高劳动生产率、减轻劳动强度、保证饲料产品的质量、降低生产成本，以及促进企业管理水平的提高。

因此，我国现代企业均采用以电子配料秤为核心的配料计量系统。

电子配料秤的主要功能是用电子电路实现物料重量的计算，所以首先应将物料重量(非电量)转换成电量。

被称物料可通过支撑料斗的负重传感器(传感器将重力转换为电压或电流的模拟讯号，经放大器及滤波处理后由处理器转换为数字讯号)，实现将重量信号转换成电信号，电量数值大小与物料的重量成比例。

根据预先设定的配料重量，确定基准电压(类似于天平的砝码，比较器的参考电压来自于基准源电路的采样电压)，其值大小可以调节。

再将表示物料重量的电信号与基准电压进行比较，其比较结果(输出状态)来控制执行机构完成预定的动作。

电子配料称是一种将配料的重量信号转换为电子技术中易于测量的电信号，建立起重量和电压之间的关系，由于称重传感器感应出来的电压比较小，无法满足AD转换器对高低电平的要求，应把称重传感器的感应电压进行放大，为了能让电子配料称到达设定重量自动停止加料，可以采用电压比较器和继电器的配合，当经过放大的电压达到额定重量所对应的电压时，通过继电器让执行机构的供电线路断开，从而达到自动停止加料的目的。

同时把放大电路的输出信号通过ＡＤ转换器转换成数字信号后在七段数码管显示出物料的重量。

系统框图如图1.1所示：图1.1电子配料秤框架图二、单元电路设计2.1传感器2.1.1传感器的选择由设计要求可知本设计采用力学传感器，而力学传感器又可分为应变式力传感器、电感式压力传感器、压电式力传感器和电容式传感器。

压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。

实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态测量，且本设计所用为直流电。

电容式传感器负载能力差，寄生电容影响大，输出特性曲线非线性，但是本设计要求重量和电压要具有线性关系。

应变式力传感器的表面积与截面积之比大，散热条件好，能承受较大电流和较高电压，因而输出灵敏度高，并可制成各种需要的形状，便于大批量生产，而且电阻应变式压力传感器与传统压力传感器相比，具有具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好及使用方便、应力应变线性度好、重复性好、回差小、蠕变小等优点。

综合以上各种传感器的优缺点以及经济效益和设计需求，我们选择应变式力传感器。

2.1.2电阻应变式传感器的组成以及原理测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。

传感器框架图如图2.1所示：图2.1传感器框架图弹性敏感元件感受被测量，产生形变，在表面形成应变，粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片随即产生应变，其阻值也相应发生变换。

下面两个图分别是应变式电阻传感器的外形图和金属丝应变片的结构图：图２.2桥式应变式电阻传感图２.3 金属丝式应变片器外形图的结构图应变式电阻传感器的工作原理图如图２.３所示图２.4应变式电阻传感器的工作原理激励电压: 9VDC～12VDC ；灵敏度: 2±0.1mV/V输入阻抗: 405±10Ω；输出阻抗: 350±3Ω极限过载范围: 150% ；安全过载范围: 120%使用温度范围: -20℃～+60℃电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。

电子配料称的传感器的测量电路通常使用桥式测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压或电流的变化，这就是传感器输出的电信号。

电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压Uo。

其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

一般来说，传感器的灵敏度为2mV/Kg,而它的激励电压一般为10V，所以传感器的电压输出很小，范围大致是0～20mV，而电子配料称的量程为10～500Kg，所以输出电压与重量的线性关系为0.04mV/Kg。

所以应变式电阻传感器的重量和电压之间的线性关系应满足如表1所示：重量（Kg）0 0.1 0.2 … 1.0 …500.0 输出电压（mV）0 0.004 0.008 …0.04 …20.0表1传感器重量和电压线性关系表图2.5应变式传感器安装示意图2.2 三运放大电路本次课程设计中，需要一个放大电路，我们将采用三运放大电路，主要的元件就是三运放大器。

在许多需要用A/D转换和数字采集系统中，多数情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。

本电路主要是对输入信号的放大，主要是采用差动放大器OPAMP3288RT来对其输出进行放大，OPAMP3288RT高精度运算放大器具有极低的输入时态电压，利用电路的对称性来进行温度补偿，从而抑制零点漂移，因而具有极低的失调电压温漂，非常低的输入声电压幅度及长期稳定等特点，可广泛的应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱号的精确放大，尤其是应用于宇航、军工及要求微型化、高可靠的精密仪 。

三运放大器原理图如图2.5所示下面是关于参数的选定，由图可以分析出放大器的输出电压与输入电压之间的关系是：in U R R R R U )21(98713+-=out又因为A/D 转换器的输入电压范围为0～2V ，而应变式电阻传感器的输出电压范围为0～20mV ，所以三运放大电路的电压放大倍数应为100倍。

下面我们来确定三运放大电路中各个电阻的阻值，即只要满足100)21(98713=+R R R R所以我们不妨取R7=R9=R11=390K Ω，R8=R10=3.63M Ω,R12=R13=2M Ω。

图２.6三运放大电路由于称重传感器在multisim里无法仿真，无法产生输出电压，所以对放大电路的仿真我们采用直接加电压的方法，在三运放大电路的输入端直接加10mV 的电压，在输出端用示波器测出输出电压，仿真原理图如图2.6所示图2.7三运放大电路仿真原理图仿真结果如图2.7所示，输出电压为1.00V，说明放大电路能正常工作。

2.8三运放电路仿真结果图2.3 比较器2.3.1、电压比较器的功能：比较电压的大小。