Микропроцессорный блок состоит из микропроцессора и микросхем обеспечивающих работу системы (формирователи шин, тактовый генератор, ОЗУ, ПЗУ и др.), блок для вывода данных на цифровой экран и блок для ввода внешних данных и команд.
Таким образом, структурная схема устройства следующая:
Рис. 2.1. Структурная схема весов.
После преобразователя механического воздействия в электрическое на выходе моста формируется напряжение пропорциональное нагрузке на тензодатчики. Напряжение, содержащее максимальную информацию, измеряется между плечами моста. Это напряжение нельзя измерять относительно напряжения питания или приборной земли. Поэтому, чтобы измерить эту разность потенциалов, необходимо на выходе моста поставить дифференциальный усилитель.
Принципиальную схему весов можно разделить на две части: аналоговую и цифровую.
Аналоговая часть состоит из датчика, входного дифференциального усилителя, фильтра промышленной частоты, мультиплексора и аналого-цифрового преобразователя. Расчёт элементов состоит в оценке необходимого коэффициента усиления всего аналогового канала, подбор элементов фильтра и оценка влияния температуры окружающей среды и разброса элементов на погрешность преобразования.
Цифровая часть включает в себя микроконтроллер, ПЗУ, контроллер клавиатуры-дисплея, интерфейс ИРПР, а также разработку программного обеспечения для устройства.
Отдельно стоит разработка блока питания для весов. Он состоит из блока питания тензодатчика, блока питания аналоговой схемы и питание цифрового устройства.
Разрабатываемые весы предназначены для взвешивания груза с максимальной массой 100 кг, и тары с максимальным весом 50 кг.
Груз ложиться на платформу, к которой прикреплены пять тензодатчиков. Максимальный сигнал, снимаемый с тензодатчика равен:
, где S=1мВ/В (крутизна характеристики тензодатчика), а V=3В (напряжение питания тензодатчика).
Таким образом, DU=3×10-3В – максимальное напряжение с датчика при весе груза вместе с тарой равным 150кг. Максимальное напряжение на аналоговом входе АЦП, стоящего после аналоговой части равно 10В. Таким образом, необходимый коэффициент усиления измерительного канала аналоговой части равен:
В качестве входного усилителя применяется дифференциальный усилитель на трёх операционных усилителях (Рис. 3.1).
Рис. 3.1 Дифференциальный усилитель.
Для того, чтобы скомпенсировать разбаланс моста во входной преобразователь включается источник напряжения смещения. Напряжение, смещающее равновесие подключается вместо земли к резистору R7 (Рис. 3.1).
Коэффициент усиления такого усилителя задаётся резисторами R3=R4/R1-2 и R7=R8/R6=R5.
Коэффициент усиления на ОУ DA3 принимаю равным 100, определяю резисторы R5-R8:
Выбираю резисторы R5,R6=2 кОм, а R7,R8=200 кОм.
Фильтр промышленной частоты имеет коэффициент усиления два. Учитывая это, рассчитываю остальные резисторы.
Коэффициент усиления на DA1-2:
Определю резисторы R1-R4:
Выбираю резистор R1=7.5 кОм, R2=1 КОм подстроечный. R3=R4=10кОм.
Типичная схема формирователя напряжения смещения приведена ниже (Рис. 3.2).
Рис. 3.2 Схема формирователя напряжения смещения.
Для устранения напряжения смещения, которое может возникнуть вследствие неидеальности операционных усилителей либо входного датчика-моста, в схему вносится регулируемый источник напряжения смещения (Рис. 3.2). Номиналы резисторов рассчитываются из предположения, что максимальное напряжение смещения, которое может возникнуть, не превышает порядка входного полезного напряжения (6mВ) и напряжения смещения микросхем (0,1 mВ), увеличенных на порядок, т.е. примерно 0,05В.
Чтобы не проектировать дополнительный источник питания напряжения, воспользуюсь имеющимся источником питания
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
