Проект электронных весов с микропроцессорным управлением (стр. 1 из 3). Схема весов электронных

Электронные весы. Примерная структурная схема электронных весов. Структурная схема электронных весов

Задание № 2. Электронные весы

Примерная структурная схема электронных весов приведена на рис.3.

Рис. 3. Структурная схема электронных весов: ИОН – источник опорного напряжения; ТД – тензометрический датчик; У – усилитель; Ф – фильтр; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; МК – микроконтроллер; УИ – устройство индикации; Кл – клавиатура.

1. Электронные весы должны производить измерения с одним или несколькими тензометрическими датчиками (согласно варианту задания). В случае применения нескольких датчиков их сигналы суммируются.

2. Весы должны измерять и индицировать тару, вес груза с тарой и вычислять чистый вес.

3. Цикл измерений веса груза с тарой – через каждые Тц минут.

4. Передача данных по интерфейсу осуществляется по запросу от внешнего компьютера. В качестве передаваемых данных используется чистый вес.

Примечание 1. Для выполнения аналоговой части необходимо:

1) уточнить структурную схему электронных весов, приведенную на рис.3, в соответствии с исходными данными;

2) рассчитать выходной сигнал мостовой схемы;

3) рассчитать входной усилитель с учетом п.2, источник питания моста, фильтр и выбрать АЦП.

4) определить основную и дополнительную погрешность от температуры окружающего воздуха. При выходе за рамки заданных значений пересчитать параметры по п.3;

5) провести моделирование схемы и оценку основной и дополнительной погрешностей с использованием пакета Spectrum MicroCap.

Примечание 2. Для выполнения цифровой части задания необходимо разработать алгоритм работы микроконтроллера (МК), управляющего работой электронных весов. При этом следует учесть, что перед измерением веса груза с тарой необходимо произвести взвешивание тары. Это можно реализовать, например, следующими методами:

1) МК должен иметь переключатель режима работы: «Тара» и «Вес груза с тарой». В режиме «Тара» очищаются ячейки памяти, в которых хранятся данные о таре, весе груза с тарой, чистом весе. Таймер для отсчета времени Тц в этом режиме не работает. После измерения тары переключатель переводится в режим «Вес груза с тарой» и запускается таймер отсчета времени цикла измерения Тц. МК периодически измеряет вес груза с тарой и вычисляет чистый вес. Для индикации значение тары, веса груза с тарой и чистого веса нужно предусмотреть 3 клавиши (кнопки) с фиксацией, при нажатии которых на индикаторах дисплея отображаются соответствующие значения. Если применяются кнопки без фиксации, то необходимо предусмотреть индикаторы (например, светодиодные), с соответствующими надписями;

2) МК после включения питания переводится в режим измерения тары, что индицируется, например, светодиодами с соответствующими надписями. При этом также очищаются ячейки для хранения данных – о таре, весе груза с тарой. Затем включается индикатор с соответствующей надписью и запускается таймер отсчета Тц.

Для передачи данных от МК по интерфейсу удобно использовать режим прерывания по запросу от внешнего компьютера. Прерывания разрешаются только после измерения веса груза с тарой и вычисления чистого веса. В конце каждого цикла измерения прерывания запрещаются.

vunivere.ru

Тензодатчики веса: схема подключения и применение

В различных отраслях промышленности, а также в повседневной жизни достаточно широко используются тензодатчики, представляющие собой несложные приборы электромеханического действия. В каждом из них размещается механическое регистрирующее устройство, деформация которого преобразуется в электрический сигнал. На этом принципе работают тензодатчики веса, схема подключения которых может осуществляться в нескольких вариантах.

Тензодатчики: принцип работы и применение

Все тензодатчики работают на принципе изменяющегося сопротивления в процессе механического воздействия на проводник. Простейшее конструктивное исполнение тензодатчика для весов сделано в виде проводниковой мелкоячеистой сетки, закрепленной на токопроводящей основе. В качестве такой основы может использоваться металлическая фольга. Полученный прибор при ударе или надавливании способен точно определить основные параметры такого воздействия: где, когда и с какой силой был нанесен удар.

Основная роль тензора в подобных ситуациях – своевременная сигнализация о воздействии. Чтобы полученные данные обрели необходимый формат, к тензодатчику веса подключаются дополнительные устройства.

В тензорных регистрирующих приборах для исполнительной схемы используется проволочный вариант, в котором присутствуют петли, перемычки и витки. Приборы с более высокой сложностью изготавливаются с применением фольгированных комбинированных схем. Это позволяет получать точные сведения при однокомпонентных, двух- и трехмерных и кольцевых деформациях.

Фиксация изменений сопротивления во время расширения или сжатия полупроводниковых и проводниковых пластин получила название тензорезистивного эффекта. В этом случае деформации подвергается сама атомарная структура какого-либо материала. Благодаря этим свойствам было создано много тензорезистивных приборов, нашедших широкое применение в различных областях.

В первую очередь эти физические свойства используются в тензодатчиках веса, устанавливаемых в бытовых напольных весах, в электронных весах магазинов, а также во многих промышленных установках, предназначенных для взвешивания крупногабаритных грузов. Тензодатчики веса выпускаются в широком ассортименте, что позволяет легко подобрать требующуюся комплектацию для конкретного случая. Кроме различных типов весов, эти приборы используются в балочных весовых регистраторах, измеряющих весовые нагрузки в мостовых и платформенных конструкциях. С их помощью регистрируется величина деформационного сдвига или изгиба.

Схемы подключения тензодатчиков

Тензодатчики веса подключаются к индикатору или весовому терминалу двумя основными способами. Как правило, используется четырехпроводной или шестипроводной вариант. В основном, когда применяются тензодатчики веса, схема подключения бывает с помощью четырех проводов.

На различные типы весов грузоприемных устройств устанавливаются тензодатчики разных типов. Например, в автомобильных весах грузоприемные устройства выполняются в виде сборной конструкции. В этом случае применяются две полуплатформы, размещаемые на восьми тензодатчиках – по четыре на каждую из них. Обе группы приборов подключаются с помощью специальных суммирующих плат, объединяющих сигналы, поступающие с тензодатчиков. Они же выравнивают и угловые нагрузки за счет подключения в цепь дополнительных резисторов.

Четырехпроводная схема очень удобна, когда длина кабелей остается неизменной, а также отсутствует необходимость в компенсации температуры, влияющей на сопротивление кабелей. Данная схема очень простая для монтажа и подключения. В случае необходимости улучшить метрологические характеристики весов, применяется схема с шестью проводами, полностью компенсирующая внешние воздействия, в результате которых происходит изменение сопротивления в питающих кабелях.

electric-220.ru

3 Формирование принципиальной электрической схемы. Проект электронных весов с микропроцессорным управлением

Проект электронных весов с микропроцессорным управлением

Содержание

Введение

1. Построение структурной схемы

2. Выбор элементной базы

2.1 Выбор датчика

2.2 Выбор цифрового индикатора

2.3 Выбор микроконтроллера

3 Формирование принципиальной электрической схемы

4. Разработка алгоритма

5. Построение программы

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Весы – прибор для определения массы тел по действующему на них весу. Различают весы: образцовые (для поверки гирь), лабораторные (аналитические, микроаналитические, пробирные и др.) и общего назначения; по принципу действия - рычажные, пружинные, электротензометрические (см. Тензометр), гидравлические и гидростатические. Вес тела– это сила, действующая на опору или подвес со стороны тела. Т.е, если встать на весы в момент старта лифта вверх, показания будут больше, чем в состоянии покоя, а если в момент старта вниз – меньше. Это происходит за счёт того, что помимо ускорения свободного падения действует ещё и другое ускорение, направленное либо в ту же, либо а противоположную сторону.

Рассмотрим весы общего назначения. Существует целое множество разнообразных конструкций весов, среди которых:

Весы с чашечками – груз кладётся на одну чашечку, а эталонные гири на другую. Необходимо добиться равновесия, при этом вес груза будет равен весу гирек. Это неудобно, т.к. добиться равновесия довольно трудно. В данном случае точность измерения веса зависит от чувствительности весов и от номинала гирек.

Весы со стрелкой – груз, весом до одного килограмма взвешивается без дополнительных гирек, а свыше требует установки противовеса, в этом случае вес груза вычисляется как сумма веса гирек и показаний стрелки. Точность измерения зависит от чувствительности стрелки (на какое расстояние она смещается при каком весе).

Электрические весы – Существует чувствительный элемент, который реагирует на изменение веса, этой реакцией может быть: изменение сопротивления, изменение напряжения, изменение тока, редко изменение потребляемой мощности. В случае изменения сопротивления, необходимо нагрузить этот элемент на источник питания, и последовательно с ним поставить амперметр. Значение тока будет пропорционально значению веса. Если изменяется напряжение, просто можно поставить вольтметр. Точность измерения зависит от чувствительности амперметра (вольтметра).

Электронные весы – наиболее удобный в эксплуатации прибор. Необходимо только положить груз на весы, а дальше они сделают всё сами. При просмотре значения веса на электронных весах нет неоднозначности, как в случае со стрелкой (никогда нельзя однозначно сказать, на какое значение она указывает), значение выводится в понятном цифровом виде.

Микропроцессорное управление весов позволяет обеспечить большую точность измерения по сравнению с механическим прибором, электронные весы более долговечны, т.к. практически не имеют изнашивающихся деталей.

Немаловажным является тот фактор, что точность измерения во многих весах зависит от положения объекта на них (чем дальше от центра, тем меньше точность), это происходит за счёт того, что в них датчик веса или один и стоит посередине, или четыре и стоят по углам. В случае четырех датчиков микроконтроллер вычисляет среднее арифметическое от их показаний, это и есть результат.

В данной работе эта проблема решена следующим образом: измеряется не вес, а давление, оказываемое объектом на подушку с водой, посредством пластины, к подушке подсоединен датчик, измеряющий давление воды. Всё это обеспечивает независимость показаний от позиции объекта на весах.

1. Построение структурной схемы

Согласно техническому заданию, в электронные весы должны входить следующие компоненты:

Датчик давления – первичный преобразователь давления в электрическое напряжение

Индикатор – элемент, отображающий значение веса в виде десятичных цифр

Микроконтроллер – элемент, управляющий электронными весами, т.е. опрашивающий датчик с некоторой периодичностью и преобразующий его аналоговый электрический сигнал в цифровой. А также выводящий это значение на индикатор

Батарея питания – элемент, питающий электронные весы

Структурная схема электронных весов имеет следующий вид:

Рис. 1. Структурная схема

2. Выбор элементной базы

Для электронных весов необходимо выбрать следующие компоненты:

Датчик давления,

Индикатор,

Микроконтроллер.

2.1 Выбор датчика

Как уже было сказано в введении необходимо выбрать не датчик веса, а датчик давления. Рассчитаем необходимые параметры. Для начала вычислим диапазон измеряемого давления. Давление это отношение силы давления к площади соприкосновения. В нашем случае сила давления – это сила тяжести, вычисляемая по формуле

F=mg,

где m-масса объекта,

g-ускорение свободного падения, равное, для нашего региона 9,8 м/c2.

Площадь прикосновения в нашем случае равна площади пластины, лежащей на подушке, т.е. 0,25 м2 . Согласно техническому заданию измеряемая масса может быть в диапазоне от 0 до 250 кг, давление соответственно от 0 до 10 кПа. Погрешность, должна составлять не более 0,5 кг., а значит 20 Па. Напряжение питания – 5 В.

Существуют разнообразные датчики давления (согласно [1]):

Датчик абсолютного давления. Абсолютное давление, такое как барометрическое давление, измеряется относительно вакуума во встроенной в кристалл датчика полости.

Датчик дифференциального давления. Дифференциальное давление, такое как падение давления в регуляторе тяги или на фильтре в воздушном канале, измеряется подачей давления с противоположных сторон чувствительного элемента датчика.

Датчик относительного давления. Относительное давление, как в случае измерения кровяного давления, является частным случаем дифференциального, в котором в качестве давления сравнения служит атмосферное давление.

В нашем случае нужно выбрать датчик абсолютного давления. Рассмотрим датчик DMP330H, имеющий следующие характеристики (согласно [2]):

Диапазон измерений – от 0..100 кПа до 0..16 МПа,

Относительная погрешность – 1%,

Выходной сигнал – 4..20 мА или 0..10 В,

Температура -25..85 °С,

Напряжение питания – 12..36 В;

Данный датчик не подходит, т.к. напряжение питания у него не 5 В.

Рассмотрим датчик DMP331, имеющий следующие характеристики (согласно [3]):

Диапазон измерений – от 0..4 кПа до 0..4 МПа,

Относительная погрешность – 0,35%,

Выходной сигнал – 4..20 мА или 0..10 В,

Температура -25..125 °С,

- Напряжение питания – 14..36 В;

Данный датчик не подходит, т.к. напряжение питания у него не 5 В.

Рассмотрим датчик DMP341, имеющий следующие характеристики (согласно [4]):

Диапазон измерений – от 0..0,6 кПа до 0..10 кПа,

Относительная погрешность – 1%,

Выходной сигнал – 4..20 мА или 0..10 В,

Температура -40..125 °С,

- Напряжение питания – 12..36 В;

Данный датчик не подходит, т.к. напряжение питания у него не 5 В.

Рассмотрим датчик DPS100, имеющий следующие характеристики (согласно [5]):

Диапазон измерений – от 0 до 6 кПа,

Относительная погрешность – 1%,

Выходной сигнал – 4..20 мА или 0..10 В,

Температура 0..60 °С,

- Напряжение питания – 19..31 В;

Данный датчик не подходит, т.к. не обеспечивает необходимого диапазона измеряемого давления и напряжение питания у него не 5 В.

Рассмотрим датчик MPX5010 GVP, имеющий следующие характеристики (согласно [1]):

Диапазон измерений – от 0 до 10 кПа,

Относительная погрешность – 0,1%,

Выходной сигнал – 0..5 В,

Температура -40..125 °С,

- Напряжение питания – 5 В;

Данный датчик подходит по всем критериям.

Рис. 2. Внешний вид датчика

Рис. 3. Схема датчика

Датчик оснащён схемой нормализации выходного напряжения, которая реализована посредством четырёхкаскадного биполярного линейного усилителя с использованием тонкоплёночной технологии и интерактивной лазерной подгонкой, она имеет следующий вид:

Рис. 4. Принципиальная схема нормализации выходного напряжения

2.2 Выбор цифрового индикатора

Согласно техническому заданию, индикатор должен отображать значения веса от 0 до 250 кг., с точностью 0,5 кг, а значит индикатор должен быть четырёхразрядным и иметь десятичную точку. Входное напряжение – 5 В. Существуют следующие виды индикаторов:

Семисегментные индикаторы – индикаторы, у которых управляется каждый сегмент:

Рис. 5. Семисегментный индикатор

- Двоично-десятичные индикаторы – индикаторы, управляемые шестнадцатеричным кодом, т.е. могут выводиться числа от 0 до 9 и буквы английского алфавита от A до F.