※※
※※※※※※※※ ※
2008级
※
※
※
※
※※
测试技术课程设计 ※
※
※
※
※
测试技术课程设计
报告书
姓 名 学 号 院、系、部 专 业
李马超 20086606 电气系
电气工程及其自动化
目 录
1 课程设计任务书 .............................................................................................................. 2 2 概述 ................................................................................................................................. 3
2.1 系统组成框图 ....................................................................................................... 3 2.2 电阻应变片重力测试原理 ..................................................................................... 3 3 电阻应变片重力测试系统的单元电路介绍 ...................................................................... 3
3.1 电阻应变片传感器选型及介绍 .............................................................................. 4 3.2 电阻应变器传感器测量电路 .................................................................................. 5 3.3 A/D转换器............................................................................................................ 5
3.3.1 ADC0809内部逻辑结构 .............................................................................. 6 3.3.2引脚结构 .................................................................................................... 6
4 基于单片机的设计 ........................................................................................................... 6
4.1 单片机的硬件电路图 ............................................................................................ 7 4.2 程序设计 .............................................................................................................. 8 设计总结 ............................................................................................................................. 9 参考文献 ........................................................................................................................... 10
1
1 课程设计任务书
题 目 电阻应变片重力测试 学生姓名 李马超 学号 20086606 班级 指导教师 姓名 0810-6 专业 电气工程及其自动化 是否制作实物 承担指导任务单位 张飞雄 是 一、主要内容 利用两组电阻应变片传感器制作一个可以测量物体重量的装置。 二、基本要求 1. 实现基本功能 2．画出相应的测量电路和测试程序。 3. 完成3000字设计报告 三、主要技术指标（或研究方法） 工作电压 220v 电阻应变片传感器的原理应用 等臂直流电桥（双差动） 教研室主任签字 时 间 2
2011 年 12 月 25 日
2 概述
2.1 系统组成框图
电阻应变式传感器是应用广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器具有结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测，灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量，可以测量多种物理量等诸多优点，已广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑等领域。
本课题采用的是以8051系列的ATC2051单片机为核心开发电阻应变片重力测试的系统。系统硬件原理框图如图1-1：
电阻应变式传感器 LM324集成运算放大器 A/D转换 四位数码管显示电路 图2-1系统框图
系统框图如图2-1所示，电阻应变式传感器采集到重力信号传送给LM324集成运算放大器， LM324集成运算放大器是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互。经过A/D转换，将转换的数字信号发给显示电路显示，显示电路是由四位数码管组成。
3
2.2 电阻应变片重力测试原理
电阻应变片简介：电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化。电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。
电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
dR/R=Ks*ε
其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。
由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
3 电阻应变式传感器重力测试系统的单元电路介绍
3.1
电阻应变式传感器的介绍、结构和类型
电阻应变式传感器（straingauge type transducer ）以电阻应变计为转换元件
的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
图3-1 电阻应变片的基本结构
1-基底;2-敏感栅;3-覆盖层;4-引线
4
3.2
电阻应变式传感器的测量电路
常规的电阻应变片K值很小，约为2，，机械应变度约为0.0001—0.001.所以,
电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆，所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变片传感器中做常用的是桥式测量电路。
桥式测量电路有四个电阻，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U0，。起特点是：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，所以电桥能够精确的测量微小的电阻变化。
电路图如下图所示：
其中R1=R2=R3=R4=350Ω
5
3.3 A/D转化器(ADC0809)
A/D0809是一个带有8路=位A/D转换器，8路多路开关以及微处理兼容的控制逻辑CMOS组件。
3.3.1ADC0809的内部逻辑结构:
3.3.2引脚结构:
3.3.3 ADC0809应用说明
1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与8051直接相连。 2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 3）送要转换的哪一个通道的地址到A,B,C端口上。
6
4）在ST端给出一个至少有100ms宽的正脉冲信号。 5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据被输出给单片机。
4基于单片机的设计
4．1单片机硬件电路图
4.2程序设计
AD0809通道IN0地址 7FF8H 8255 PA口地址 7F01H PB口地址 7F02H FLAG BIT ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT1 MAIN:SETB IT1
SETB EA SETB EX1
7
LCALL AD_SORT LCALL BCD_SORT LCALL DISLED LCALL DELAY_L0 AJMP MAIN AD_SORT:MOV R0,#60H SETB FLAG MOVX DPTR,@7FF8H MOVX @DPTR,A WAIT:JB FLAG,WAIT RET
INT1:MOVX A,@DPTR
MOV @R0,A CLR FLAG RETI
DLSLED:MOV R3,#01H MOV A,R3 LOOP:MOV DPTR,#7F01H
MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,@R0 ADD A,#0DH MOVC A,@A+PC DIR1:MOVX @DPTR,A
LCALL TIM2 INC R0 MOV A,R3 JB ACC.1,LOOP1 RL A MOV R3,A AJMP LOOP LOOP1:RET TIM2:MOV R7,#04H DLT1:MOV R6,#FFH
8
DLT2:DJNZ R6,DLT2
DJNZ R7,DLT1 RET
BCD_SORT:MOV A,@R0
RL A MOV B,#10H DIV AB MOV @R0,B RET
DELAY_L0:PUSH 0 PUSH 1 PUSH 2 MOV 0,#01H DELAY_L01:MOV 1,#00H DELAY_L02:MOV 2,#0B2H DJNZ 2,$ DJNZ DELAY_L02 DJNZ DELAY_L01 POP 2
POP 1 POP 0 RET END
9
设计总结
本设计由以下四部分组成：电阻应变传感器，信号放大系统，模数转换系统，显示器。采用全桥测量电路，经过三运放大电路进行信号放大，具有精度高，性能稳定，测量精确，使用方便等优点。测量过程是把被测物体重量通过传感器将重量信号转化为电压信号输出，放大系统把来自传感器且微弱的信号放大，放大后的电压信号经模数转换把模拟量转换成数字量，数字量通过数字显示器显示重量。
通过这次设计的体验，让我明白了亲手实际操作的重要性，在实际设计电路的过程中，我们会遇到一些失误与错误，才能认真检验并找出问题所在，这样便在不断的纠错中提高了自己的动手能力。当然，可能还各种各样的问题，在以后的实际制作中可以加以改进改善。
参考文献
[1] 河道清，张禾，谌海云，传感器与传感器技术.科学出版社.2008年 6月 [2] 张毅刚，彭喜元.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2003, 10-21.
[3] 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,1993,29-33.
[4] 康华光，电子技术基础（模拟部分），高教出版社，2003
[5] 李建忠，单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社，2007.11 [6] 何希才，传感器及其应用实例，机械工业出版社，2003.8
10
