电子设计竞赛设计报告 - 图文(2)

合肥学院第八届电子设计竞赛

2.2.2显示模块

lcd1602液晶显示作为计算器功能的显示模块；12864显示是主要显示模块，可以显示三行字母和数字，分别显示重量、价格、总额等，也可以显示日期。

实物图 引脚图

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2.2.3放大模块

传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，下面有几种方案 方案一、差动输入集成运算放大器

要求外界电阻完全平衡对称，运算放大器才具有理想状态；否则，放大器将有共模抑制误差输出，其大小既与外界电阻对称精度有关，又与运算放大器本身的共模抑制能力有关。此共模抑制比可达100。 方案二、仪用放大器

它是由运放A1、A2按同向输入法组成第一级差分放大电路，运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中，v1、v2分别加到A1和A2的同向端，R1和两个组成的反馈网络，引进了负反馈两运放的两输入端形成虚短和虚断，因而有vR1=v1-v2h和vR1/R1=(v3-v4)/(2R2+R1),故有 电路的电压增益 Av=-R4/R3(1+2R2/R1)

具有1高共模抑制比：70-100db 2较小的线性误差 3高输入阻抗 4低噪声 下图是仪用放大器的原理图；

1 3 6 5 R3 7 R5 2 R2 32 68 3 4 R1 R4 2 3 6 6 R6 9 2R7 0

方案三、AD620放大

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AD620 的基本特点为精确度高、使用简单、低噪声，此仪表放大器有高输入阻抗：10GΩ||2pF，高共模具斥比高(CMR)：100dB，低输入抵补电压( Input offset Voltage)：50uV，低输入偏移电流(Input bias current)：1.0nA，漂移电压： 0.6μV/℃ max.低消耗功率：1.3 mA，以及过电压保护等特性应用十分广泛。然而会选用它，是因它价格还算可以、增益值大、漂移电位低等，正好符合成本合理及有效放大惠斯顿电桥所输出的微小变化讯号。

增益范围：1~1000 ，只需一个电阻即可设定；电源供应范围：± 2.3V ~±18V 低耗电量，最大电流I =1.3mA ，可用电池驱动。

如下图分别为AD620管脚及内部结构原理图

在选择放大电路时，为了能使电压增益在30db到80db之间，开始选择的差动输入集成运算放大器及仪用放大器，但选择的电阻不可能是完全平衡对称的，

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导致输出放大误差很大，而且当用到仪用放大器时由于放大倍数比较大，外界很小的干扰信号就会很大幅度的影响到输出结果。

综上放大器的性能、测试条件及设计控制难易程度比较，我们最终选择了AD620放大器。其相关的应用电路及增益计算如下：

其中的1、8 接脚要跨接一个可调电阻来调整放大倍率，然而方程式1为AD620的增益与可调电阻的关系式，由此二式我们即可推算出各种增益所要使用的电阻值。

3 系统硬件设计

3.1传感器选择

传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。

灵敏度:称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。

总误差:总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指

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标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。

漂移:称重传感器也产生与时间相关的漂移。

目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：

(1) 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。

(2) 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究。

(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。

综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如下图所示。

电阻应变式传感器测量原理

传感器内部电路图

当垂直正压力P作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片R1、R3受压弯拉伸，阻值增加；R2、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，

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