ABSTRCT
ABSTRCT
Along with weigh technical development continuously, people put forward higher request for the Gravimetric measure precision and automation degrees. The traditional mechanical Gravimetric apparatus not only is complex process of weighing and can’t guarantee precision, but also don’t have automatic peel off ,accumulate and over loading alarm function, and so on, The design is intelligent Gravimetric apparatus, cooperating with loader equipment can prevent loader from causing railway accident when loading, and also can prevent losing one ton of satisfaction to guarantee the customer at the same time. It is mainly used for automatic displaying net weight of each shovel, accumulating weight at the same time, and also full filling alarming, so it finally guarantee the railway wagon of not overloading and losing one ton.
During the process of designing, on the premise of guaranteeing the precision, stability and dependability, we must make the instrument have simple structure. According to this principle, we adopt the module mentality of designing, dividing the whole instrument into the following several parts to analyze and design. pressure transducer、the circuitry of power、circuitry of signal adjusted and amplified、A/D transforms circuitry、display circuitry、SCMC system and height control system.
Keywords: SCM; Transducers; Magnify Circuitry; A/D Transform Circuitry.
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目 录
中文摘要 ............................................................................................................................................................... I 英文摘要 ............................................................................................................................................................. II 第一章 绪论 ............................................................................................................................................. 1
1.1 问题的提出 ................................................................................................................................................ 1 1.2 设计目的以及功能要求 ........................................................................................................................... 1 1.3 传感器的重要性及国内外的发展趋势 .................................................................................................. 2 1.4 本文的主要内容和意义 ........................................................................................................................... 3
第二章 总体方案设计 ............................................................................................................................. 4
2.2 称重测量原理 ........................................................................................................................................... 4 2.3 总体方案的确定 ....................................................................................................................................... 5
第三章 称重传感器设计 ........................................................................................................................ 7
3.1 传感器概述 ................................................................................................................................................ 7 3.1.1 传感器定义及其组成 ................................................................................................................. 7 3.1.3 对传感器的要求 ......................................................................................................................... 8 3.2 电阻应变式传感器 ................................................................................................................................... 9 3.2.1 弹性敏感元件............................................................................................................................. 9 3.2.2 电阻应变片的结构和分类 ....................................................................................................... 13 3.2.3 电阻应变式传感器的工作原理 ............................................................................................... 14 3.2.4 电阻应变片的变换电路 ........................................................................................................... 16 3.2.5 压力传感器测量电路 ............................................................................................................... 20 3.3称重传感器设计 ...................................................................................................................................... 20 3.3.1 概述 .......................................................................................................................................... 20 3.3.2 基本原理及结构计算 ............................................................................................................... 21
第四章 电源电路 .................................................................................................................................... 25
4.1基本稳压电路 .......................................................................................................................................... 25 4.2集成稳压元器件的选择 ......................................................................................................................... 26 4.3 稳压电路的设计 ..................................................................................................................................... 28
第五章 传感器信号放大电路 ............................................................................................................. 30
5.1 前置放大器与传感器的配接特点 ........................................................................................................ 30 5.2 差动放大器的基本原理 ......................................................................................................................... 31 5.2.1 分析推导输出与输入基本关系的依据 ............................................................................... 31 5.2.2 差动输入放大电路闭环放大倍数的计算 ....................................................................... 32 5.3 差动输入比例放大器的误差分析 ........................................................................................................ 33 5.4 实际放大电路的设计 ........................................................................................................................ 33 5.4.1 信号放大器的选择 ................................................................................................................... 33 5.4.2 集成运算放大器的应用及主要特性参数 ....................................................................... 35 5.4.3 电路结构 ................................................................................................................................ 37
第六章 A/D转换电路 ............................................................................................................................ 39
6.1 A/D转换电路的选择 .............................................................................................................................. 39 6.1.1 A/D转换电路的主要参数 ........................................................................................................ 39 6.1.2 双积分A/D转换电路的工作原理 ........................................................................................... 39
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目 录
6.2 A/D转换芯片的选择 .............................................................................................................................. 41 6.2.1 四位半双积分型A/D转换器ICL7135 .................................................................................... 41 6.2.2 ICL7135的输出时序 ................................................................................................................ 43 6.2.3 积分电阻、电容的参数选择 ................................................................................................... 44 6.2.4 内部结构及转换原理 ............................................................................................................... 44
第七章 单片机系统 ............................................................................................................................. 45
7.1 MCS-51系列单片机的结构 .................................................................................................................. 45 7.1.1 MCS-51单片机的基本组成 ...................................................................................................... 45 7.1.2 MCS-51系列.............................................................................................................................. 46 7.1.3 8051单片机的内部结构 .......................................................................................................... 46 7.2 8051单片机的引脚及其功能 ............................................................................................................... 47 7.3 MCS-51系列单片机接口设计 .............................................................................................................. 48 7.3.1 A/D转换器与MCS-51单片机的接口设计 .............................................................................. 49 7.3.2 由8155构成的显示器接口电路 ............................................................................................. 50 7.3.3 打印机和MCS-51单片机的接口设计 ..................................................................................... 50
第八章 自动控制定高测量系统 ......................................................................................................... 52
8.1 工作原理 ...................................................................................................................................... 52
第九章 结论 ........................................................................................................................................... 54 参 考 文 献 ............................................................................................................................................. 56 致 谢 ........................................................................................................................................................... 57
IV
四川理工学院毕业设计
第一章 绪论
装载机智能型称重仪是为了防止装载机装车时引起货车超载造成铁路行车事故发生，同时防止亏吨,确保客户满意的一种具有智能功能的称重装置。
1.1 问题的提出
在当今现代化的社会里，各种测量仪表都向着智能化、记录化、多功能数字化的方向发展。随着称重技术的不断发展,人们对称重的测量精度和自动化程度也提出了越来越高的要求。
称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。
纵观我国装载机的称重装置发展过程，经历了从最初的指针式到当今的多功能数字显示历时八年的研究过程。由于传统的机械式称重仪存在很多的弊端，在当今飞速发展的经济形式下，已越来越不能满足工程实际中对称重的要求。在这种情况下，智能型的称重装置应运而生。
1.2 设计目的以及功能要求
论文就是要设计一种智能称重仪，以防止装载机装车时引起货车超载造成铁路行车事故发生，同时也为了防止亏吨确保客户的满意。它主要用于当装载机为铁路货车装载散堆料时，能自动显示每斗净重，同时累加重量，并且装满报警，保证货车车皮不超载、不亏吨。它与目前国内使用的指针式称重装置比较，增加了能自动去皮、累加、报警和打印功能，并且具有较高的精度。
和传统的机械式称重装置相比较，要求其具有以下的优点：
1. 装载机智能型称重仪主要用于当装载机为铁路货车装载散堆料时，在不间断作
业的情况下，能自动准确的测算出装载过程中所载物料的重量，以确保货车车皮不超载、不亏吨。
2. 该装置能自动测算每斗净重，并且具有自动余料去皮、单斗显示、累加显示、
限载提示、超载报警和打印输出等功能。
3. 该装置具有不同吨位开关和软件，满足不同铁路货车（有50T、60T、61T、63T四种车型）的不同额定吨位要求。
4. 该装置具有称零头开关，在装到车厢额定吨位差5%左右时报警，最后一斗补满
额定吨位差值，确保车厢货物为额定值。
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第一章 绪论
5. 该装置具有对因发动机转速升高或降低而引起液压系统油压波动造成测量精度
误差的修正功能。
6. 该装置具有较强的抗干扰能力，可在恶劣的环境中（-20℃~+40℃）稳定可靠的
工作。
7. 该装置具有较高的称重精度，误差控制在±2%范围内。 8. 该装置具有结构简单、技术先进、使用寿命长等特点。
1.3 传感器的重要性及国内外的发展趋势
传感器的英文名是Sensor或Transducer。
什么叫“传感器”？至今国际、国内尚无统一规定。在查阅了国内外资料后综合各种叙述和定义，暂且给出如下定义：“传感器是一个完整的测量装置（或系统），它能在规定的条件下感受外界信息，并按一定规律转换成与之有确定对应关系的电信息”。
在传感器、放大器和记录仪器组成的测量系统中，传感器是核心部分，因为它是与被测物直接接触的，它能不能真实的把被测物的受力状态感受且按恒定的关系反映出来，在很大程度上决定着测试工作的好坏。经验说明，有些测量工作的失败，原因很多，而传感器能否正常工作，往往是一个重要方面。
90年代后，我国将传感器的研究放在重要的位置上，尤其是高精度压力传感器。目前我国从事传感器生产的厂家有1300多家，所生产的产品种类仅有300余种（约为传感器种类的1/7），产量1亿多只。由于众多厂家规模较小，设备落后，国家投入的资金不足且比较分散，因而与世界上大的传感器厂家相比，科研水平落后5-10年，而生产水平要落后10-20年，与世界上传感器更新换代的速度相比，落后几个周期，从而导致品种不全，产量过低，仅满足国内需求的20%-30%。
虽然我国传感器技术与发达国家相比比较落后，但并不是说我国的传感器的特性都不如国外的好，综合近期发表的文献，国产半导体压力传感器的特性参数有所提高，但国产传感器目前还存在着性能不稳、指标不全、寿命不长、备件不齐、应用不广等方面的差距，但这些差距普遍是由于基础工业落后引起的。国产传感器技术水平亟待提高。
国外发展传感器主要有两条不同的途径，一是以美国为代表的先军工后民用，先提高后普及的高精尖路子。这种途径的主要特点是：能在较长时间里保持传感器技术研究的世界领先地位，保持军事科学的领先水平。但资金投入巨大，经济回收比较慢，是不发达国家和发展中国家不可采用的方法。二是以日本为代表的先普及后提高，由仿制到自行设计和创新的路子。这一途径的主要特点是：能把有效的资金投入到跟踪国际先进技术上，少走弯路，并且能在较短时间里形成大规模生产，迅速占领市场，较快地收到经济效益，正是这样，日本的传感器技术发展很快，迅速进入世界前列。我国是一个发
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