小型稱重系統(tǒng)的設(shè)計

1、第一章 小型稱重系統(tǒng)的意義及任務(wù)1.1 小型稱重系統(tǒng)的概述及意義定義：稱重系統(tǒng)把現(xiàn)有各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的稱重設(shè)備有機的組合 到一個控制系統(tǒng)中，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行控制和管理。狹義的稱重系統(tǒng)：利用簡單的電子衡器（如：電子臺秤，大型汽 車衡等）增加控制系統(tǒng)和計算機稱重管理軟件實現(xiàn)某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自 動控制和管理功能。 比如：企業(yè)生產(chǎn)中的配料、 包裝系統(tǒng)， 進行控制、 管理，實現(xiàn)稱重數(shù)據(jù)的保存、管理、打印輸出等功能。廣義的稱重系統(tǒng)： 整個工廠的所有稱重設(shè)備， 通過現(xiàn)場總線或局 域網(wǎng)方式進行控制和管理， 它還可以向上位的 MRPII或 ERP系統(tǒng)提供 數(shù)據(jù)和預(yù)留數(shù)據(jù)接口?，F(xiàn)在，已經(jīng)有許多自動化程度較高的企業(yè)應(yīng)

2、用了稱重系統(tǒng)， 例如： 食品加工、石油化工、水泥制造、電力供應(yīng)等行業(yè)。電子秤基于 PLC的稱重系統(tǒng)隨著社會科技的發(fā)展， 稱重技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。 稱重工具 已經(jīng)從過去的“桿秤” 、“磅秤” 、“度盤指針秤” 發(fā)展到現(xiàn)在的“電 子秤”，以后稱重工具的發(fā)展方向是利用核子技術(shù)“非接觸測量”的 核子秤?，F(xiàn)在利用電子秤的多種智能接口和計算機的應(yīng)用軟件技術(shù)就 可以組成一個功能強大的稱重系統(tǒng)。 利用這個稱重系統(tǒng)就可以有效的 提高企業(yè)智能化的科學(xué)管理， 從而提高企業(yè)生產(chǎn)過程的管理和科學(xué)決 策水平，提高企業(yè)的綜合效益。1.2 虛擬儀器虛擬儀器是隨著計算機技術(shù)、 電子測量技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一 種新型儀器

3、 .在國外, 虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)比較成熟了 ,由于其很強的靈 活性, 使得該技術(shù)非常適用于現(xiàn)代復(fù)雜的測試測量系統(tǒng)中。近幾年 , 虛擬儀器技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展趨勢也越來越收到重視。 成熟的虛擬儀器 技術(shù)由三大部分組： 高效的軟件編程環(huán)境， 模塊化儀器和一個支持模 塊化 I/O 集成的開放的硬件構(gòu)架， 該課程設(shè)計的目的就是， 通過一些 功能簡單的儀表系統(tǒng)的設(shè)計，要在這三個方面上有更深一步的了解。1.3 小型稱重系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù) 利用金屬箔式應(yīng)變片設(shè)計一個小型稱重裝置。 首先在 multisim 中設(shè)計出應(yīng)變片的仿真模型和測量電路，然后 在 labview 中利用 G 語言編程設(shè)計顯示模塊， 直接顯示稱重值

4、， 最后 把設(shè)計好的子 VI 導(dǎo)入到 multisim 中以完成整個設(shè)計。 本課程設(shè)計分為兩部分：一、測量電路的原理與設(shè)計 二：LabVIEW虛擬儀器的設(shè)計。這兩部分具體要求和功能如下：一、測量電路的原理與設(shè)計1、在 multisim 中設(shè)計出應(yīng)變片的仿真模型和測量電路。2、測量電路包括綜合電路的設(shè)計和綜合電路的仿真。3、電壓 V 用來模擬物體質(zhì)量 m。二、 LabVIEW虛擬儀器的設(shè)計1、在 LabVIEW中用 G語言編程設(shè)計顯示模塊，直接顯示稱重值2、將設(shè)計好的子 VI 模塊圖標(biāo)導(dǎo)入到 Multisim 中。1.4 小型稱重系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)總體框圖如下：電橋電路 儀用放大電路 比例

5、放大電路顯示模塊電橋電路：將電阻變化率 R 轉(zhuǎn)換成電壓（或電流） 。R儀用放大電路：差分放大電路的作用是“濾去噪聲，降低漂移” 反向比例放大電路的作用是 “將雙端輸入變成單端輸入并放大電壓” 比例放大電路：方便調(diào)節(jié)，并將輸出信號反相。顯示模塊：將做好的子 VI 模塊化，即為綜合電路中的 XMM。1第二章 測量電路的原理與設(shè)計2.1 模型的建立電阻應(yīng)變片的工作原理基于電阻應(yīng)變效應(yīng)， 即在導(dǎo)體產(chǎn)生機械變 形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成 的電阻體，其阻值隨著壓力的變化而變化。對于金屬導(dǎo)體，導(dǎo)體變化 率 R的表達式為 :RR （12） R式中： 為材料的泊松系數(shù)； 為應(yīng)

6、變量。 通常把單位應(yīng)變所引起電阻值相對變化稱作電阻絲的靈敏系數(shù)。 對于金屬導(dǎo)體，其表達式為 :K0 R R（12）所以 : R K0R0在外力作用下， 應(yīng)變片產(chǎn)生變化， 同時應(yīng)變片電阻也發(fā)生相應(yīng)變 化。當(dāng)測得阻值變化為 R時，可得到應(yīng)變值 ，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變 關(guān)系，得到應(yīng)力值為 : E式中： 為應(yīng)力； 為應(yīng)變量（為軸向應(yīng)變） ；E 為材料的彈性 模量（ kgmm2 ）。又知，重力 G與應(yīng)力 的關(guān)系為G s式中： G為重力； S 為應(yīng)變片截面積。根據(jù)以上各式可得到： R K 0 mgR ES由此便得出應(yīng)變片電阻值變化與物體質(zhì)量的關(guān)系，即R K 0 RmgES 根據(jù)應(yīng)變片常用的材料(康銅) ，取 K

7、0=2，E=16300kgmm2 ，2s=100mm ， R=348,g=9.8ms ， R= ( 29.8 348 ) (16300100)m=4.18510-3m。所以， multisim 可用建立以下模 型代替應(yīng)變片進行仿真。模型如下在圖中， R1 模擬的是不受壓力時的電阻 R，壓控電阻用來模擬電 阻值的變化 R，V 可以理解為物體的質(zhì)量 m(kg)。當(dāng) V 反接時，表 示受力相反。2.2 測量電路的設(shè)計及原理此部分包括電橋部分電路原理、放大電路原理、綜合電 路設(shè)計和綜合電路仿真。2.2.1 電橋部分電路原理電阻應(yīng)變計把機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成 R/R 后，應(yīng)變電阻變化一般都很 小，這樣小的電阻變

8、化既難以直接精準(zhǔn)測量，又不便于直接處理。因 此必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計的 R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或是電流的 變化。通常采用惠斯登電橋電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。DRLUo當(dāng)電橋平衡時，相對的兩臂電阻值乘積相等，即：1R4 =R2 R3U o=(1Ui(R4 / R3)( R1 /R1)R1/R1 R2 / R1)(1 R4 /R3)設(shè)橋臂比 n=R2 /R 1, 由于R1R1,分母中R1R1可忽略，于是 UnR10Ui(1 nn)2 RR11電橋的靈敏度定義為： SV= RU1/oR1=Ui (1 nn)2分析該式發(fā)現(xiàn)：1. 電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，供電電壓越高，電橋電 壓靈敏度越高； 但是

9、供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制， 所 以一般供電電壓應(yīng)適當(dāng)選擇。2. 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值 n 的函數(shù)，必須適當(dāng)選擇橋臂 比 n 的值，保證電橋具有較高的靈敏度。 由 SV =0 求 SV 的最大值，由此得 nU V = 1 n2 =0n (1 n)4求得 n=1時，SV最大，也就是供電電壓確定后， 當(dāng) R1 =R2,R3=R4時，電橋的電壓的靈敏度最大，此時可得到O 14Ui RR11S V =4Ui由上式可知當(dāng)電源電壓 Ui和電阻相對變化 R1 / R1一定時，電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值。且與各橋臂阻值大小無關(guān)。由于上面的分析中忽略了 R1 / R1 ，所以存在非線性

10、誤差， 解決的辦法有：1 ）提高臂橋比。提高了臂橋比，非線性誤差可以減小。但從電 壓靈敏度 SV 1 Ui考慮，靈敏度降低了，這是一種矛盾，因此采用 n這種方法的時候應(yīng)該適當(dāng)提高供橋電壓 Ui 。2 ）采用差動電橋。根據(jù)被測試件的受力情況，若使用一個應(yīng)變片受拉，另一個受壓，則應(yīng)變符號相反；測試時，將兩個應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂上，成為半橋差動電路，則電橋輸出電壓 UO 為O=Ui(R1 R1R1R1 R2R2)若 R1=R2 , R1 R2, R3 R4, 則有R1R1O=1UiOiO 2 i由此可知， UO和 R1/ R1成線性關(guān)系，差動電橋無非線性誤差。此時，電壓靈敏度為 SV = 1 U

11、i ，比使用一只應(yīng)變片時提高了一倍，同V2時可以起到溫度補償?shù)淖饔?。若將電橋四臂接?4 個應(yīng)變片，即兩個受拉，兩個受壓，將兩 個應(yīng)變符號相同的應(yīng)變片接入相對臂上， 則構(gòu)成全橋差動電路， 如滿 足 R1 R2 R3 R4 ，則輸出電壓為RUO =Ui RRSV Ui由此可知差動電橋的輸出電壓 UO 和電壓靈敏度比用單片時提過 了四倍，比半橋差動電路提過了一倍。因為采用的是金屬應(yīng)變片測量，所以本設(shè)計采用全橋電路，能夠有比較好的靈敏度并且不存在非線性誤差。2.2.2 放大電路原理放大電路主要采用如下圖所示的儀用放大電路圖儀用放大電路圖比例放大電路該放大電路具有很強的共模抑制比。它由兩級放大器組成，

12、第 1 級由集成運算放大器 A1和 A2 組成，由于他們采用同一型號的運算放 大器，所以可進一步降低漂移。 電阻 R1,R2和 R3組成同相輸入式并聯(lián) 差分放大器，具有非常高的輸入阻抗。第 2 級是由 1 個運算放大器 A3和 4個電阻 R4 ,R 5 ,R 6和 R7 組成反向比例放大器，將雙端輸入變成 單端輸出。阻值 R1 =R3 ， R4 =R5 ，R6 =R7 。根據(jù)運算電路基本分析方法，可得到輸出電壓U0= R6 (1+2 R1 )(UI1-UI2 )0R4R2I1 I 2為了方便調(diào)節(jié)， 再加一級比例放大器， 同時將儀用放大電路輸出 的信號反向，如上圖所示。 RW 為調(diào)零電阻2.2.

13、3 綜合電路設(shè)計圖- 基于金屬電阻應(yīng)變片的全橋電路至此，基于金屬電阻應(yīng)變片的壓力測量電路設(shè)計完成，如上圖所 示。圖中的 V1 ，V2 ，V3 ，V4 指代的是同一電壓 V（考慮到方便電路繪 制及保持電路元件符號不能重復(fù)，所以分開符號） ，電壓 V 用來模擬 物體質(zhì)量 m。由以上分析可知， 采用全橋電路能夠有比較好的靈敏度， 并且不存在非線性誤差，所以由 4 個應(yīng)變片（兩個受拉，兩個受壓） 可組成全橋電路，應(yīng)變片的受拉受壓情況如圖中標(biāo)注。在圖中， RW1為一調(diào)零電阻，用來調(diào)節(jié)電橋平衡。由于被測應(yīng)變片 的性能差異及引線的分布電容的容抗等原因， 電橋的初始平衡條件和 輸出特性會受到影響， 因此必須對

14、電橋預(yù)調(diào)平衡， 圖中用了電阻并聯(lián) 法進行電橋調(diào)零。電阻 R5決定可調(diào)的范圍， R5 越小，可調(diào)的范圍越 大，但測量誤差也大。 R5 可按下式確定5r1r2r2R3R2max式中：r1為 R2與 R4的偏差； r 2為 R1與 R3的偏差。此處的電阻值應(yīng)變片的初始值。在圖中，RW2 為增益調(diào)節(jié)電阻； RW4是放大電路調(diào)零電阻。電路中所選用的放大器是 OP07C，P 它是一種低噪聲、低偏置電壓的運算放 大器。此外，二極管 D3和 D4可對電路起到保護作用此外，當(dāng)采用交流電供電時，由于導(dǎo)線間存在分布電容，這相當(dāng)于在應(yīng)變片上并聯(lián)了一個電容， 為消除分布電容對輸出的影響， 可采 用電容調(diào)零，為采用阻容調(diào)

15、零法的電橋電路，該電橋接入了T 形 RC阻容電路，可調(diào)節(jié)電阻使電橋達到平衡狀態(tài)。2.2.4 綜合電路仿真將儀用放大電路的兩輸入端接地，滑動變阻器 RW2 調(diào)到最小值， 即使放大電路的放大倍數(shù)調(diào)到最大，然后調(diào)節(jié) RW4 ，使電路的輸出近 似為零。放大電路部分調(diào)零完成后，再和電橋電路相連，將模擬物體 質(zhì)量的電壓源的值設(shè)為零，調(diào)節(jié) RW1 ，使電路的輸出為零，從而完成 電橋調(diào)零。電路參數(shù)調(diào)好以后，再以對電路進行仿真。1直流工作點分析 當(dāng)電路中模擬物體質(zhì)量的電壓源的值設(shè)為零時，選擇菜單欄 Simulate Analyses 下的“直流工作點分析”命令，觀察此時綜合 電路中輸出端 16 和儀用放大電路兩

16、輸出端 26 和 40 的直流電壓值， 如下圖所示。電路調(diào)零后，當(dāng)物體的質(zhì)量為零時，電路的輸出端 16 的電壓近似為零。直流工作點分析結(jié)果2直流掃描分析現(xiàn)在來分析當(dāng)物體質(zhì)量逐漸增加時，輸出電壓與質(zhì)量的關(guān)系。對 于本設(shè)計， 也就是當(dāng)模擬質(zhì)量 m的電壓源的值 V變化時，觀察電路輸 出電壓的變化情況。選擇菜單欄選擇菜單欄 Simulate Analyses 下 的“直流掃描分析”命令，彈出“掃描設(shè)置”對話框，在圖中選擇要 掃描的直流源。 在電路中把 V1V4 用一個電流源 V代替，所以直流源 就選 vv 。在圖中選擇觀察輸出點，輸出節(jié)點應(yīng)選節(jié)點 16。參數(shù)設(shè)置 好后，單擊 Simulate 按鈕，可

17、得直流傳輸特性圖，即質(zhì)量變化時輸 出電壓的變化曲線圖。由圖可知，輸出電壓的線性度較好。質(zhì)量變化時輸出電壓的變化曲線3交流分析 將儀用放大電路的輸入端改接交流源，電路的輸出節(jié)點依然選擇 節(jié)點 16，觀察電路的交流特性，如圖可看到放大電路的通帶放大倍 數(shù)約為 100 倍，在輸入信號的頻率大于 1kHz時，放大倍數(shù)有所下降放大電路交流分析結(jié)果4傅里葉分析設(shè)放大電路的輸入端接的信號源是 50Hz， 100mV的交流源，對放大電路進行傅里葉分析，如圖所示。輸出節(jié)點選擇節(jié)點16，仿真結(jié)果如圖所示，電路的總諧波失真 THD很小，各次諧波的幅值都很小。當(dāng)交流源的幅值改為 1V 以后，再對電路進行傅里葉分析，

18、結(jié)果如圖所示。當(dāng)交流源幅值增加后，各次諧波的幅值明顯增加，電路總交流源的傅里葉分析結(jié)果5參數(shù)掃描分析對電路進行參數(shù)掃描，分析當(dāng)電阻 R10 變化時，放大電路放大倍 數(shù)的變化情況。 參數(shù)掃描的設(shè)置如圖所示， 輸入變量選擇輸出節(jié)點電 壓與放大電路兩個輸出節(jié)點電壓之差的比值即為該放大電路的放大 倍數(shù)，仿真結(jié)果如圖所示，可見差分運算放大器中間電阻的阻值越大， 放大倍數(shù)越小。參數(shù)掃描分析結(jié)果6溫度掃描分析對電路進行溫度掃描分析， 分析環(huán)境溫度變化時， 電路會有何種 影響。如圖所示，可見當(dāng)溫度變化時， 電路的輸出電壓有微小的變化。溫度掃描分析結(jié)果第三章 LabVIEW 虛擬儀器的設(shè)計LabVIEW是一個使

19、用圖形符號來編寫程序的編程環(huán)境，它是為科學(xué)家和工程師等設(shè)計的一種編程開發(fā)環(huán)境和運行系統(tǒng)。通過使用 LabVIEW功能強大的圖形編程語言能夠成倍地提高生 產(chǎn)率，人們也稱這種語言為 G語言。使用傳統(tǒng)的編程語言需要花費幾 周甚至幾個月才能編寫的程序，用 LabVIEW只需幾個小時就能完成。 因為 labVIEW是專為測量、數(shù)據(jù)分析并提交結(jié)果而設(shè)計的， 且 LabVIEW 擁有如此功能眾多的圖形用戶界面又易于編程， 使得它對于仿真、 結(jié) 果顯示、通用編程甚至講授基本編程概念也是同樣很理想的語言。與標(biāo)準(zhǔn)的試驗室儀器相比， LabVIEW提供了更大的靈活性，我們 可以定義儀器的功能。 LabVIEW程序是

20、可以跨平臺移植的，可以應(yīng)用 在許多工業(yè)上得操作。3.1 數(shù)據(jù)顯示子程序設(shè)計 根據(jù)設(shè)計的要求，在顯示模塊中需要顯示電子電路的輸出電壓Uo；應(yīng)變片受壓后電阻的變化的絕對值 R和最終度量的量重物 的質(zhì)量 m。此外，在顯示模塊中，又加入一些參數(shù)：靈敏系數(shù) k 0，彈 性模量 E，應(yīng)變片截面積 S 和電阻值 R0。由上節(jié)的分析可知： R =Uo 118.4 m= ES RR0k0g根據(jù)上面 2 個式子和對 labVIEW的基本介紹，可建立一個子 VI， 具體步驟如下所述。1) 選擇“開始”菜單 National Instruments labvIEW 8.2令，在 Getting Stared 窗口左邊

21、的 Files 控件里選擇 Blank VI ，建立一個新程序。2）框圖程序的繪制。圖中的 Uo是 Multisim 中所設(shè)計的電路圖的 輸出電壓。添加方法為在前置板中右擊打開控制模板，選擇圖中 的數(shù)字控制元件，名稱修改為 Uo， Uo在框圖面板下以圖標(biāo)顯示。 由于要節(jié)省空間，在圖標(biāo)上右擊，取消選擇 View As Icon 命令， 則顯示形式如圖所示。一下框圖都是采用非圖標(biāo)顯示形式。常量 9.8 是重力加速度 g 的數(shù)值，程序中除以 9.8 后輸出為質(zhì)量， 單位是 kg，再乘以 1000 后，輸出單位是 g。其他各常量如圖所示，在各常量上右擊選擇創(chuàng)建指示器，并修改 名稱，例如，彈性模量 E和

22、應(yīng)變片面積 S 等。運算函數(shù)，如乘除運算 等可在功能面板中選擇，如圖所示。放置好元件后，根據(jù)功能完成連 線。最后，輸出端如圖中所示的 Meter 指示器座位質(zhì)量的顯示儀表。 以上各模塊均為橘黃色，數(shù)據(jù)類型為雙精度類型 （R 為 R）。子 VI 設(shè)計圖接下來是建立前面板上的控件和連接器窗口的端子關(guān)聯(lián)。 輸入與Uo 關(guān)聯(lián)；輸出的 6 個端子分別與輸出質(zhì)量、靈敏度、彈性模量、電 阻、電阻變化的絕對值、應(yīng)變片的面積相關(guān)聯(lián)。完成上述工作后，將 設(shè)計好的 VI 保存。下次調(diào)用該 VI 時，圖標(biāo)與端口如下圖所示。3.2 接口電路的設(shè)計與編譯關(guān)于接口的研究及 LabVIEW儀器向 Multisim 的導(dǎo)入的原

23、理請參照第7 章的內(nèi)容。本設(shè)計中接口電路的設(shè)計與編譯分以下三部：1) 把 Multisim 安裝目錄下的 Sampling LabVIEW Instruments Templates Input 文件夾復(fù)制到另一個地方。2) 在 LabVIEW 中 打 開步 驟 1) 中所 復(fù) 制 的 StarterInput Instruments.Ivproj 工程。接口電路的設(shè)計在 Starter Input Instruments.vit 中進行。3) 打開 Starter Input Instruments.vit 的框圖面板，完成接口 框圖的設(shè)計。在數(shù)據(jù)處理部分，選擇CASE結(jié)構(gòu)下拉菜單中的Upd

24、ate Data 選項進行修改。按框圖中的說明，在結(jié)構(gòu)框中點擊 選擇 Select a VI 命令，把 LabVIEW完成的子 VI 添加在 Update Data 框中即可。此時，只是添加，不可修改框圖面板的原狀，如下圖所示顯示儀板的程序框圖由圖可知，子 VI 輸出端有 6 個輸出端口，在每個端口處點擊 創(chuàng)建指示器。在輸入端口，需要解決數(shù)據(jù)類型的匹配問題。根據(jù) 系統(tǒng)原始的接口的設(shè)置，從 Multisim 向 LabVIEW中虛擬儀器輸 入的是一個多維數(shù)組 （它的數(shù)據(jù)類型是不能改變的） 。為了和設(shè)計 的子模塊輸入數(shù)據(jù)的類型相匹配，需要加一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，把兩 個數(shù)據(jù)毒端口連接起來，如圖所示， d

25、ata 后的第 1 個程序模塊是 波形建立模塊，接著的是提取 Y 值模塊。實現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的匹配還 有另外兩種方法，這將在以后章節(jié)的設(shè)計實例中介紹。程序框圖設(shè)計好后，要進行前面板的設(shè)計，除了要完成功能 外，還要兼顧美觀。完成后選擇重命名，保存為 proj1.vit 。4）編譯之前，要對虛擬儀器進行基本信息設(shè)置。打 開 subVIs 下 面 starter inputInstrument_multisimInformation.vi 的后面板， 在儀器 ID 中和 顯示名稱中填入唯一的標(biāo)識，例如，一起設(shè)為 Plotterhxx11 。同 時，把輸入端口數(shù)設(shè)為 1，因為只有一個電壓輸入；把輸出端口 設(shè)

26、計為 0，此模塊不需要向 Multisim 輸出信號。 設(shè)置完后另存為 Proji1_multisimInformation.vi 。注意，后半部分的名字和接口 程序部分的命名必須一致。5) 雙擊 Build Specifications ，選擇 Source Distribution 命 令，選擇 Properties 命令，在保存目錄和支持目錄中都將編譯完 成后要生成的庫文件重名，例如，命名為 proj1.lib 。同時，在 原文件設(shè)置中選擇總是包括所有包含的條目。屬性設(shè)置完成并對 工程進行保存后，再在 Source Distribution 上點擊，在彈出的 菜單中選擇 Build 命令

27、即可。6) 編譯完成后，在 Input 文件夾下生成一個 build 文件夾，打 開后把里面的文件復(fù)制到 Electronics WorkbenchEWB89 下的 Ivinstruments 文件夾中，這樣就完成了虛擬儀器的導(dǎo)入步驟。 再打開 Multisim 時，在 LabVIEW 儀器下拉菜單就會顯示模塊plotterhxx11第四章 實驗數(shù)據(jù)處理及仿真結(jié)果4.1 實驗數(shù)據(jù)的處理表為仿真實驗而得的數(shù)據(jù)，包括電阻變化和輸出電壓值m/kgR=0.004185mU0/Vm/kgR=0.004185mU0/V0.020.000083739.913 10 30.120.000502259.477

28、10 30.040.0001674319.825 10 30.140.0005859369.39 10 30.060.0002511329.738 100.160.000669679.303 30.080.0003348339.651 100.180.000753389.12016 10 30.100.00004185349.564 10 30.200.00083799.11029 310使用最小二乘法對以上數(shù)據(jù)進行擬合，設(shè)擬合直線方程式為：y=kx+b其中，y 表示輸出電壓U0，x 表示電阻變化 R。實際校準(zhǔn)測試點有10個，第i個校準(zhǔn)數(shù)據(jù) yi 與擬合直線上相應(yīng)值之間的殘差為： i =yi(

29、K xi +b)最小二乘法擬合直線原理是使ni2 i1為最小值，也就是使 i2 對 K 和ni 1b的一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，即i2 =2K ni 1(yiKxib)(xi)i2 =2(yiKxib)(1)=0K ni 1從而得到K=n xiyixiyib=2xi yi xi xiyin xi2 (2 xi)22 n xi 2 ( xi)2代入數(shù)據(jù)，近似求得： K118.4 b 0即 y=118.4x 。換為電壓 U0 和電阻變化 R 的關(guān)系為：U0=118.4 R(1)再根據(jù)電阻變化與壓力的關(guān)系：k0 mgES便可以得出電阻變化與壓力關(guān)系；即： R=k0 R mg(2)ES把式(2) 代入式 (1) 中可得輸出電壓變化與壓力間的關(guān)系k0RkESmg將 E=16300,S=100,R=348,K=118.4 等常數(shù)帶入到上面兩式得到 R=68208 m163000118.4 682080m=8075827.21630001630004.2 最終仿真結(jié)果 通過以上設(shè)計及分析，所有關(guān)于此稱重系統(tǒng)的設(shè)計完成。打開Multisim10.0 ，導(dǎo)入后的顯示模塊。連接設(shè)計好的電路和顯示模塊， 電路調(diào)零后，進行仿真，驗證電路設(shè)計及顯示模塊的設(shè)計是否合理。