(電子稱)自動(dòng)檢測技術(shù)綜合

1、自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 第一節(jié)自動(dòng)檢測系統(tǒng)及設(shè)計(jì)原則第一節(jié)自動(dòng)檢測系統(tǒng)及設(shè)計(jì)原則 自動(dòng)檢測系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)就是獲取原始被測量的傳感器或有關(guān)的敏感元件，實(shí)現(xiàn)一次變換?？紤]到它們的敏感、變換原理或特性的限制以及外界影響，一次變換后的信號(hào)通常滿足不了測量與控制的要求。因此總要經(jīng)過一些中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、阻抗匹配、干擾抑制、濾波等功能。這樣可以按照一定的規(guī)律或方式構(gòu)成開環(huán)或閉環(huán)檢測系統(tǒng)。自動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)一、開環(huán)檢測系統(tǒng)一、開環(huán)檢測系統(tǒng)二、閉環(huán)檢測系統(tǒng)二、閉環(huán)檢測系統(tǒng)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 三、自動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則三、自動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)、綜合和配置檢測系統(tǒng)時(shí)

2、，應(yīng)考慮以下要求：1、性能穩(wěn)定2、精度符合要求3、有足夠的動(dòng)態(tài)響應(yīng)4、具有實(shí)時(shí)和事后數(shù)據(jù)處理能力5、具有開放性和兼容性 基于以上要求，在設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循一系列的原則，以保證測量精度和滿足所規(guī)定的使用性能要求。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)1、環(huán)節(jié)最少原則自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 組成自動(dòng)檢測系統(tǒng)的各個(gè)元件或單元通常稱為環(huán)節(jié)。開環(huán)檢測系統(tǒng)的相對(duì)誤差為各個(gè)環(huán)節(jié)的相對(duì)誤差之和，故環(huán)節(jié)愈多，誤差放大。因此在設(shè)計(jì)檢測系統(tǒng)時(shí)，在滿足檢測要求的前提下，應(yīng)盡量選用較少的環(huán)節(jié)。 2、精度匹配原則 在對(duì)檢測系統(tǒng)進(jìn)行精度分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)各環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)精度影響程度的不同和實(shí)際可能，分別對(duì)各環(huán)節(jié)提出不同的精度要求和

3、恰當(dāng)?shù)木确峙?，做到恰到好處，這就是精度匹配原則。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 3、阻抗匹配原則 測量信息的傳輸是靠能量流進(jìn)行的，因此，設(shè)計(jì)檢測系統(tǒng)時(shí)的一條重要原則是要保證信息能量流最有效的傳遞。這個(gè)原則是由四端網(wǎng)絡(luò)理論導(dǎo)出的，亦即檢測系統(tǒng)中兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的輸入阻抗與輸出阻抗相匹配的原則。 4、經(jīng)濟(jì)原則 要盡量采用合理的結(jié)構(gòu)型式與合理的工藝要求，恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行各環(huán)節(jié)的靈敏度分配和誤差分配，盡量以最少的環(huán)節(jié)、最低的成本建立起高精度的檢測系統(tǒng)。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 5、標(biāo)準(zhǔn)化與通用性原則 為縮短研制周期，便于大批量生產(chǎn)和使用過程中的維修，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用已有的標(biāo)準(zhǔn)零部件，對(duì)新設(shè)計(jì)的零部件也要考慮到今

4、后在其他方面可能使用的通用性問題。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 自動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟包括：自動(dòng)檢測系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成等。設(shè)計(jì)題目：電子稱設(shè)計(jì)電子稱設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)(1)首先明確檢測系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)的功能和需要完成的測量任務(wù) 一、自動(dòng)檢測系統(tǒng)的分析(2)了解設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定的性能指標(biāo)。 (3)了解測量系統(tǒng)的使用條件和應(yīng)用環(huán)境。 設(shè)計(jì)一種小型、簡便、精確度高的電子平臺(tái)秤，量程設(shè)計(jì)一種小型、簡便、精確度高的電子平臺(tái)秤，量程20Kg20Kg，分度值為，分度值為20g20g，它用一個(gè)顯示窗

5、口來顯示所稱物體的，它用一個(gè)顯示窗口來顯示所稱物體的重量。重量?；竟δ埽褐昧?、超重報(bào)警基本功能：置零、超重報(bào)警可選功能：去皮、標(biāo)定可選功能：去皮、標(biāo)定自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)置零：在開機(jī)或稱重過程中，儀表顯示偏離零點(diǎn)且在稱重范圍內(nèi)，則可按置零鍵，顯示零值并零點(diǎn)指示燈亮。去皮：在稱重顯示狀態(tài)下，按去皮鍵，則顯示零值并去皮指示燈亮；在去皮狀態(tài)下，拿掉皮重物時(shí)按去皮鍵，可以清除皮重值。標(biāo)定功能：為保證儀器預(yù)定精度的可靠性和合法性，儀器必須定期校準(zhǔn)，為用戶提供一種方便的自動(dòng)校準(zhǔn)方式。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 二、自動(dòng)檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)二、自動(dòng)檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 在檢測系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，明確設(shè)計(jì)目

6、標(biāo)之后，即可進(jìn)行總體方案的構(gòu)思與設(shè)計(jì)。所謂總體設(shè)計(jì)，是從總體角度出發(fā)對(duì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的帶有全局性的重要問題進(jìn)行全面考慮、分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。總體設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的控制方式選擇、輸入輸出通道及外圍設(shè)備的選擇、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面。物理重量物理重量指示表數(shù)值指示表數(shù)值電子秤是利用物體的重力電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器量）的測量儀器 【設(shè)計(jì)思想】【設(shè)計(jì)思想】自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)1電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：電子

7、秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤的基本結(jié)構(gòu)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)（1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。(2)稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)(3)測量顯示和數(shù)

8、據(jù)輸出的載荷測量裝置 即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。缺點(diǎn)是：不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜

9、字符，不能達(dá)到顯示購物清單的要求。電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。方案一自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)方案二 此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的I/O接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)方案三 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的LCD顯示器。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，

10、可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。 1、微型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)（選擇） 由于該系統(tǒng)所處的工作環(huán)境并不是惡劣的條件，而且本電子秤的設(shè)計(jì)并不太復(fù)雜，單片機(jī)完全能實(shí)現(xiàn)所需功能，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，采用了第三種設(shè)計(jì)方案。 AT89S系列單片機(jī)是繼AT89C系列之后推出的功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品。AT89S系列與AT89C系列相比，運(yùn)算速度有了較大的提高，它的靜態(tài)工作頻率為033MHz，片內(nèi)集成有雙數(shù)據(jù)指針DPTR、定時(shí)監(jiān)視器(watchdog timer，又稱看門狗)、低功耗休閑狀態(tài)及關(guān)電方式、關(guān)電方式下的中斷恢復(fù)等諸多功能，極大地滿足了各種不同的應(yīng)用要求。 三、自動(dòng)檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測

11、技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) AT89S52單片機(jī)是AT89S系列中的增強(qiáng)型高檔機(jī)產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲(chǔ)器容量是AT89S51的一倍，即片內(nèi)8KB的Flash程序存儲(chǔ)器和256B的RAM。另外，它還增加了一個(gè)功能極強(qiáng)的、具有獨(dú)特應(yīng)用的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器2等多種功能。 AT89S52是一種兼容MCS51微控制器，工作電壓4.0V到5.5V，全靜態(tài)時(shí)鐘0 Hz 到33 MHz，三級(jí)程序加密，32個(gè)可編程I/O口，2/3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6/8個(gè)中斷源，全雙工串行通訊口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Power down模式支持中斷喚醒, 看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。我們在外

12、面擴(kuò)展了32K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以滿足系統(tǒng)要求 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 2、數(shù)據(jù)采集部分 傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號(hào)部分。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 方案一 壓電傳感器 壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。 壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量

13、。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測量。壓電器件的弱點(diǎn)：高內(nèi)阻、小功率。功率小，輸出的能量微弱，電纜的分布電容及噪聲干擾影響輸出特性，這對(duì)外接電路要求很高。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 方案二 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可實(shí)現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。電容傳感器可用來檢測壓力、力、位移以及振動(dòng)學(xué)非電參量。 雖然電容式傳感器有結(jié)構(gòu)簡單和良好動(dòng)態(tài)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有不利因素：（1）小功率、高阻抗，易受外界干擾。（2）初始電容小，電纜電容、線路的雜散電路所構(gòu)成的寄生電容影響很大。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)方案三

14、電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。另外，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。 直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。應(yīng)變片式傳感器有如下特點(diǎn)：（1）應(yīng)用和測量范圍廣，應(yīng)變片可制成各種機(jī)械量傳感器。（2）分辨力和靈敏度高，精度較高。（3）結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好。（4）商品化，使用方便，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測量。 自動(dòng)

15、檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)方案四 電渦流傳感器 通過高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移及相關(guān)物理量的測量。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 通過以上對(duì)傳感器的比較分析，最終選擇了第三種方案。題目要求稱重范圍020Kg，重量誤差不大于50g，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重20Kg 。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 3、放大電路部分放大電路部分 經(jīng)由傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換后輸出的信號(hào)一般電平較低；經(jīng)由電橋等電路變換后的信號(hào)亦難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。為此

16、，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)目前主要依靠由集成運(yùn)算放大器的基本元件構(gòu)成具有各種特性的放大器來完成。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)方案一：測量放大器方案一：測量放大器)21 (1112poURRRRUUUA這種電路是由三個(gè)放大器構(gòu)成的，差動(dòng)輸入端與是兩個(gè)輸人阻抗和電壓增這種電路是由三個(gè)放大器構(gòu)成的，差動(dòng)輸入端與是兩個(gè)輸人阻抗和電壓增益對(duì)稱的同相輸入端。由于性能對(duì)稱益對(duì)稱的同相輸入端。由于性能對(duì)稱, ,其漂移將大大減少，加上高輸入阻抗其漂移將大大減少，加上高輸入阻抗和高共模抑制比，對(duì)微小差模電壓很敏感，并適于測量遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，和高共模抑制比，對(duì)微小差模電壓很敏感，并適于測量遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，

17、因而因而適宜與傳感器配合使用。多用于熱電偶、應(yīng)變電橋以及微弱輸出信號(hào)適宜與傳感器配合使用。多用于熱電偶、應(yīng)變電橋以及微弱輸出信號(hào)有較大共模干擾等場合。有較大共模干擾等場合。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)方案二：實(shí)用測量放大器方案二：實(shí)用測量放大器 目前，各模擬器件公司競相推出了許多型號(hào)的單片專用測量目前，各模擬器件公司競相推出了許多型號(hào)的單片專用測量放大放大集成電路集成電路供用戶選擇使用。因此，在信號(hào)處理中需對(duì)微弱供用戶選擇使用。因此，在信號(hào)處理中需對(duì)微弱信號(hào)放大時(shí)，可以不必再用通用運(yùn)算放大器來構(gòu)成測量放大器。信號(hào)放大時(shí)，可以不必再用通用運(yùn)算放大器來構(gòu)成測量放大器。采用單片測量放大器芯片顯然具有性能

18、優(yōu)、體積小、電路結(jié)構(gòu)采用單片測量放大器芯片顯然具有性能優(yōu)、體積小、電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。AD521和和AD522是是AD公司推出的單片精公司推出的單片精密測量放大器。密測量放大器。 圖圖 4-8 AD521 典典型型接接線線圖圖 AD521具有高輸入阻抗、低失調(diào)電壓、高共模抑制比等特點(diǎn)。其增益可在0.11000之間調(diào)整，增益調(diào)整不需精密外接電阻，各種增益參數(shù)已進(jìn)行了內(nèi)部補(bǔ)償；有輸入輸出保護(hù)功能,有較強(qiáng)的過載能力。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 經(jīng)過處理的模擬信號(hào)送入微機(jī)前，必須進(jìn)行量化，即經(jīng)過處理的模擬信號(hào)送入微機(jī)前，必須進(jìn)行量化，即A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。為減少轉(zhuǎn)換誤差，希望

19、模擬信號(hào)盡可能大。在為減少轉(zhuǎn)換誤差，希望模擬信號(hào)盡可能大。在A/D輸入的允許范圍輸入的允許范圍內(nèi)，輸入的模擬信號(hào)盡可能達(dá)到最大值。在另一種情況下，由于內(nèi)，輸入的模擬信號(hào)盡可能達(dá)到最大值。在另一種情況下，由于被測量在較大的范圍內(nèi)變化，如果較小的模擬信號(hào)也放大成較大被測量在較大的范圍內(nèi)變化，如果較小的模擬信號(hào)也放大成較大的信號(hào)，顯然只使用一個(gè)放大倍數(shù)的放大器是不行的。因此，的信號(hào)，顯然只使用一個(gè)放大倍數(shù)的放大器是不行的。因此，在在模擬系統(tǒng)中，為放大不同的模擬信號(hào)，需要使用不同放大倍數(shù)。模擬系統(tǒng)中，為放大不同的模擬信號(hào)，需要使用不同放大倍數(shù)。 為了解決上述問題，工程上采用改變放大器放大倍數(shù)的方法解為

20、了解決上述問題，工程上采用改變放大器放大倍數(shù)的方法解決。決。在微機(jī)控制的測試系統(tǒng)中，希望用軟件控制實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)在微機(jī)控制的測試系統(tǒng)中，希望用軟件控制實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)變換。變換。具有這種功能的放大器稱做程控增益放大器。具有這種功能的放大器稱做程控增益放大器。方案三：程控增益放大器方案三：程控增益放大器自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)4、A/D A/D 轉(zhuǎn)換器部分轉(zhuǎn)換器部分A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則：（1）A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。A/D 轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低。在系統(tǒng)中，A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。（2）A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。不同類型的A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速

21、率大不相同。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速A/D 轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。逐次逼近型屬于中速A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)（3）A/D 轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。有的A/D 轉(zhuǎn)換器提供兩個(gè)輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。（4）A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。一般A/D 轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)

22、n2滿量程分辨率 由上面對(duì)傳感器量程和精度的分析可知，系統(tǒng)的分辨率為0.05/20=0.0025，所以A/D芯片的分辨率應(yīng)大于0.0025.12位A/D芯片的分辨率：20Kg/4096=0.0048；14位A/D芯片的分辨率：20Kg/16384=0.0012； 12位A/D轉(zhuǎn)換器無法滿足系統(tǒng)精度要求。所以我們需要選擇14位的A/D轉(zhuǎn)換器。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型A/D轉(zhuǎn)換器件。 但考慮到所轉(zhuǎn)換的信號(hào)為一慢變信號(hào)，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的快速的優(yōu)點(diǎn)不能很好的發(fā)揮。 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雖然速度

23、較慢，但轉(zhuǎn)換精度高，具有精確的差分輸入。 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)正負(fù)對(duì)稱的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì)50HZ的工頻干擾抑制能力特強(qiáng)。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對(duì)濾波電路的要求。 綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們最終選擇了雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)5 5、人機(jī)交互部分、人機(jī)交互部分 （1 1）鍵盤輸入）鍵盤輸入 鍵盤輸入是人機(jī)交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。鍵盤是由若干個(gè)按鍵開關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個(gè)

24、鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開時(shí)，觸點(diǎn)斷開。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來說鍵盤接口信號(hào)是輸入信號(hào)。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 方案一矩陣式鍵盤設(shè)計(jì) 矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。矩陣式鍵盤相對(duì)于專用芯片式可以節(jié)省成本，且更為靈活。缺點(diǎn)就是需要用軟件處理消抖、重鍵等問題。 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 方案二專用鍵盤 Intel8279是一種為8位微處理器設(shè)計(jì)的比較成熟的通用鍵盤/顯示器接口芯片，其功能有：接收來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)，并作預(yù)處理；數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。但是在與單

25、片機(jī)的連接時(shí)占用較多的接口資源。 ZLG7289是周立功單片機(jī)公司設(shè)計(jì)的串行輸入輸出可編程鍵盤/顯示芯片，有強(qiáng)大的鍵盤顯示功能，支持64鍵控制，可以比較方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)。另外ZLG7289內(nèi)部有譯碼電路，大大簡化了程序。 因此，我們選擇功能更好的專用鍵盤顯示芯片ZLG7289作為鍵盤掃描顯示芯片。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)（2 2）輸出顯示）輸出顯示 方案一 全部采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼能顯示時(shí)鐘，以及被測物體的重量等信息。此方案顯示直觀，而且編程簡單，但若要同時(shí)顯示單價(jià)，金額售貨員編號(hào)等諸多信息則需要要大量的數(shù)碼管，而且不能顯示中文。由此增加了電路的復(fù)雜程度，也加大了編程的難度。 LED顯示器有靜態(tài)

26、顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時(shí)，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由響應(yīng)的I/O口線控制。其中兩片74LS244分別用于段信號(hào)和位信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，74LS273用于段信號(hào)的鎖存，其鎖存地址為7FFFH。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 方案二 采用可以設(shè)置顯示單價(jià)，金額，中文，購物日期等的LCD，它具有低功耗、可視面大、畫面友好及抗干擾能力強(qiáng)等功能，其顯示技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。 我們選擇了點(diǎn)陣式12864型LCDOCM4x8C。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 6 6、系統(tǒng)電源部分、系統(tǒng)電

27、源部分 系統(tǒng)需要多種電源，單片機(jī)需要5V電源，A/D轉(zhuǎn)換器需要5V，+1V，傳感器需要10V以上的線性電源（不能用開關(guān)電源，否則稱重?cái)?shù)據(jù)不穩(wěn)定）。 方案一 采用三端固定穩(wěn)壓芯片7805和7812為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。這個(gè)部分由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等組成。 78系列是輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器，輸出為正電壓，輸出電流可達(dá)1A 。 方案二 以LM317和LM337型號(hào)的芯片為核心來設(shè)計(jì)電源電路。選用初級(jí)220V、次級(jí)18V，功率為10W的變壓器兩只提供交流電源，經(jīng)過整流穩(wěn)壓濾波后，再分別由LM317和LM337提供系統(tǒng)所需的直流穩(wěn)壓電源。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 系統(tǒng)傳感器電源的設(shè)計(jì)直接

28、影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度。實(shí)踐證明，電橋電源采用一級(jí)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓器采用78系列，稱重誤差為10%，屏幕顯示的稱重?cái)?shù)據(jù)變化較大，各部分之間協(xié)調(diào)性較差。若采用二級(jí)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓器采用78系列，稱重誤差為3%左右，各部分之間協(xié)調(diào)性較好。由此可見電橋電壓的重要性。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用差動(dòng)式電源可將電源的波動(dòng)部分中和掉，大大提高電橋輸出精度及穩(wěn)定性。另外，系統(tǒng)要求擴(kuò)大輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍，故使用它很不方便。 所以，具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到運(yùn)算放大器的放大能力與工作電壓的大小關(guān)系，以及電源芯片的自身優(yōu)勢等因素，最終選用了性價(jià)比比較高的LM317和LM337來設(shè)計(jì)電源電路，給系統(tǒng)提供正、負(fù)電壓，滿足系統(tǒng)正常工作電源的要求。

29、自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)電器原理圖電器原理圖 （1 1）主控電路）主控電路 P1口和P2.0P2.6口作為地址總線，其中P1口作為低地址線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，P2.0P2.6口做高地址線。P2.7作為62256的片選控制總線，ALE接鎖存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫/讀選通信號(hào)輸出端分別接62256的/WE和/OE端。 主控電路圖如下： 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)(2)(2)電源電路電源電路 選用初級(jí)220V、次級(jí)18V，功率為10W的變壓器兩只提供交流電源，經(jīng)過整流穩(wěn)壓濾波后，再分別由LM317和LM337提供系統(tǒng)所需的

30、直流穩(wěn)壓電源。具體電路如下圖：自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)（3）信號(hào)的提取處理部分 圖中電容C1、C2用來濾除采樣信號(hào)電壓中的高頻噪聲，選用0.1uF的普通獨(dú)石電容；電容C3、C4用來濾除采樣信號(hào)電壓中的低頻噪聲，選用22uF的普通獨(dú)石電容. 自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) ICL7135是一種雙積分式4位半單片A/D轉(zhuǎn)換器，其工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間（脈沖寬度信號(hào)）或頻率（俯沖頻率），再通過定時(shí)器（計(jì)數(shù)器）獲得數(shù)字信號(hào)。芯片引腳封裝如下圖所示：（4）A/D轉(zhuǎn)換部分自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)1腳（）： 電源端；2腳（）：基準(zhǔn)電壓輸入端；3腳（）：模擬地；4腳（）： 積分器輸入

31、端，接積分電容；5腳（）：積分器和比較器反相輸入端，接自零電容；6腳（）： 緩沖器輸出端，接積分電阻；7腳（）：基準(zhǔn)電容正端；8腳（）：基準(zhǔn)電容負(fù)端；9腳（）： 被測信號(hào)負(fù)輸入端；10腳（）： 被測信號(hào)正輸入端；11腳（）： 電源端；12、1720腳（）： 位掃描輸出端；1316腳（）： 碼輸出端；21腳（）： 忙狀態(tài)輸出端；22腳（）： 時(shí)鐘信號(hào)輸入端；23腳（）： 負(fù)極性信號(hào)輸出端；24腳（）： 數(shù)字地端；25腳（）： 運(yùn)行讀數(shù)控制端；26腳（）： 數(shù)據(jù)選通輸出端；27腳（）： 超量程狀態(tài)輸出端；28腳（）： 欠量程狀態(tài)輸出端。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) ICL7135與單片機(jī)的連接與單片機(jī)

32、的連接自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)（5 5）人機(jī)交互界面）人機(jī)交互界面 鍵盤控制電路鍵盤控制電路 ZLG7289 采用串行方式與微處理器通訊,串行數(shù)據(jù)從DATA 引腳送入芯片，并由CLK 端同步。當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?，DATA 引腳上的數(shù)據(jù)在CLK 引腳的上升沿被寫入ZLG7289 的緩沖寄存器。 P1.5口接/CS；P1.6口接CLK；P1.0口接DIO；P3.2口接/KEY，利用中斷0通知AT89S52讀數(shù)。鍵盤控制芯片ZLG7289 控制鍵盤的掃描，當(dāng)監(jiān)測到有鍵按下后ZLG7289 的9腳便產(chǎn)生一個(gè)低電平通知單片機(jī)，單片機(jī)可以采用查詢或者中斷方式將數(shù)據(jù)通過P3.0口以串行方式讀入。因?yàn)椴樵?/p>

33、方式會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，所以本系統(tǒng)采用的是中斷方式。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 液晶顯示電路液晶顯示電路 OCM4x8C是具有串/并接口，其內(nèi)部含有中文字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。OCM4x8C的液晶顯示屏為12864點(diǎn)陣，可顯示4行、每行8個(gè)漢字。為了便于簡單、方便地顯示漢字，該模塊具2Mb的中文字型CGROM，該字型ROM中含有8192個(gè)1616點(diǎn)陣中文字庫；同時(shí)，為了便于英文和其它常用字符的顯示，具有16Kb的168點(diǎn)陣的ASCII字符庫；為便于構(gòu)造用戶圖形，提供了一個(gè)64256點(diǎn)陣的GDRAM繪圖區(qū)域，且為了便于構(gòu)造用戶所需字型，提供了4組1616點(diǎn)陣的造字空間。利

34、用上述功能，OCM4x8C可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示。為便于和多種微處理器、單片機(jī)接口，模塊提供了4位并行、8位并行、2線串行、3線串行多種接口方式。自動(dòng)檢測技術(shù)自動(dòng)檢測技術(shù) 四、自動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的正確使用和效率。軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試及維護(hù)常要花費(fèi)巨大的精力和時(shí)間。一個(gè)好的軟件應(yīng)具有正確性、可靠性、可測試性、易使用性及易維護(hù)性等多方面的性能。 1 1、軟件的總體結(jié)構(gòu)、軟件的總體結(jié)構(gòu) 當(dāng)明確軟件設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)之后，即可進(jìn)入軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般采用模塊化結(jié)構(gòu)自頂向下把任務(wù)從上到下逐步細(xì)分，一直分到可以具體處理的基本單元為止，如下圖