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二、硬件电路设计
密度仪组成框图
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1、传感器设计
应变片压阻电桥
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固体密度测量系统中传感器由四片性能完全相同的压阻式应变 片组成,通过压阻效应实现重力到电阻的转换,再由电桥将电 阻的变化转换为电压。其中,应变片R1、R3是受压电阻,应变 片R2、R4是受拉电阻。
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设固体标本的质量为M、体积为V,测量密
度为σ,有:σ=M/V
固体标本在空气中的重量为:P1=Mg
V M0 P1 P2
0 0 •g
在水中的重量为:P2=（M--M0）g,
则浸没在水中前后的重量差为:P1--P2=M M0g,
V
其中g表示重力加速度,M0表示与固体标本同 体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律,不 规则固体的体积为: V M0 P1 P2
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一、电子自动法测量原理
电子自动法是一种基于阿基米德浮力定 律实现对固体的密度测试的方法。
物理学中密度的定义为物体单位体积的 质量数。
在测量密度时,首先测量固体标本在空气 中的重量,再将固体标本浸没在装有水的 容器中,测量固体受水浮力后的重量,根据 阿基米德浮力定律可求出固体的体积,计 算密度值。
平均值（g/cm3） 2.687
均方差（g/cm3） 0.0035
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实例2:基于DSP的地下管道漏 水检测仪设计
相关检测漏水原理
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一、TMS320VC5402性能特点 及应用开发
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二、地下管道漏水检测仪设计
1.设计原理
L O A( t V 0L A)B /2
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四、测试结果
1．主要技术指标 测量密度范围:1—7.5g/cm3; 均方误差<0.01; 测量体积范围:（50—300）cm3; 体积分辨率:0.1cm3; 测量重量范围:<500g。
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测试数据（g/cm3）
2.689 2.690 2.689 2.689 2.691 2.678 2.688 2.686 2.687 2.688
L O B(L AB t V 0)2
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漏水声音信号与传感器
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3.相关测漏仪硬件设计
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（1）.24位A/D CS5360与DSP的接口
模数转换输出时序图
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模数转换器与DSP连接原理图
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(2).程序存储空间
第八章 智能仪器设计实例
第一节 智能仪器的设计原则及研制 第二节 固体密度测试仪的研制 第三节 基于DSP处理器的地下管道
漏水检测仪设计
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实例1: 固体密度测试仪的研制
三种固体密度测试法 :有天平法、机械 法、电子自动法。
➢测量原理 ➢硬件电路设计 ➢软件设计 ➢测试结果分析
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试的一般方法。
10．画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测
的主要应用。
11．自选仪器设计题目,能较充分体现你的设计能力、
综合所学知识、展示创新性构想,提出设计方案,论
证充分。 2021/3/15
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DSP与FLASH的连接框图
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(3).数据空间的扩展
DSP与SRAM的连接图
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22
(4).通信模块
2021/3/15
23
4．软件设计
2021/3/15
24
数 据 处 理 软 件 流 程
2021/3/15
25
B通道的信号波形
A通道的信号波形
2021/3/15
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B通道信号滤波前的功率谱
B通道信号滤波后的功率谱
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思考题与习题
1．简述智能仪器设计的基本要求。
2．智能仪器设计时一般应遵循的基 本原则。怎样理解“组合化与开放式 设计思想”。 3． 智能仪器中微机系统有哪几种构 成方式,分别适用于哪些场合? 4． 总结目前市场流行的单片机型号、 特点。
若 R1 =R3 =R2 =R4=R;ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR
则
U01 = EΔR/R = KP
式中:K—重力到电压的转换系数;
P—电阻传感器所受到的重力;
U01—传感器桥路输出电压; E—电桥电源电压。
对应0-450克的重量范围,
本传感器的输出电压0-10mv。
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2．信号放大电路
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5．TMS320系列DSP中,有哪些芯片适合智能仪器,概
括其主要性能特点。
6．简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用
和编写注意事项。
7．智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。
8．简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意仪器软件调试、综合调试、整机性能测
0 0 •g
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则不规则固体的密度为:
P/g 1
P 1
(PP)/( •g) 0 PP
1
2
0
1
2
式中σ0为水的密度,因为σ0=1g/cm3,于是所测 固体的密度为:
P1
P1 P2
可见,只要分别求出不规则固体在空气中的重量
P1和该固体在水中的重量P2,根据上式即可得到
被测2021固/3/15 体的密度值。
由于传感器输出信号较弱,为了进行有效放大, 提高抗干扰能力,信号放大电路中采用了仪用
放大器AD620。
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3．数字信号处理电路
数字信号处理电路由AT89C51单片机及外围电
路组成
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三、软件设计
软件主要包括上 电自检、逻辑判 断初始化、数据 存储、测试计算、 出错处理五大模 块。