四川理工学院毕业设计
展中国家，资金短缺，要想尽快赶上世界先进水平，必须走日本的路子。
世界传感器技术是向小型化、数字化、智能化、灵巧化和标准化的方向发展，我国在传感器研究和产品开发方面与世界水平相比有较大的差距，目前我国正处于经济腾飞的年代，对传感器的需求量越来越大，因而，需要更多的人投入到传感器的研究中去，努力赶上世界先进水平。
1.4 本文的主要内容和意义
论文的主要内容是以传感器为核心，并设计了多个实用电路和系统，如放大电路，A/D转换电路，数码显示电路，精密稳压电路，温度补偿电路，单片机系统，自动定高系统等，最终组成一个智能称重装置。将该装置与装载机配合使用，用以为铁路货车装载散堆料。以上的硬件电路和系统虽然是针对本称重装置设计的，但也适用于其他一般的称重系统，具有较大的实用性。通过该设计，能够综合运用所学知识，将机械和电子方面的知识联系起来，结合实际，使所学的知识得以很好的运用！
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第二章 总体方案设计
第二章 总体方案设计
2.1 工作原理
装载机智能型称重仪采用自动定高测量系统控制，以油压为介质，用电阻应变式油压传感器采集相应的货物重量信息，再经单片微型计算机系统进行数据处理，将每斗货物除皮后的重量及其累加重量在LED屏上显示出来，并具有打印、报警等功能。
油压传感器安装在装载机分配阀后到举升油缸之间的油管中，在一定条件下（每次称重斗都在一个指定高度，并在该高度停2秒钟）传感器所受油压力和装载机斗内货物重量成正比，故传感器输出电信号也正比于斗内货物重量，传感器输出的电信号经过阻容滤波和运算放大器放大之后，再经A/D转换，通过光电耦合器送入单片机的定时器通道，计算机进行数据处理（修正、去皮、累加、报警等），每斗净重显示２秒后，进入总重量显示。总重量显示由吨位开关和称零头开关控制（这是为了满足铁路货车皮有50T、60T、61T、63T四种车型的满吨位报警设置）。最后一斗为了补满载重吨位，可边倒出边称重，故设置了称零头开关。为了提高抗干扰能力采用了三级阻容滤波和光电耦合技术；为了确保电源的稳定性采用了串联式多级稳压技术和逆变电源技术，在电路中还设置了自动定高系统，从而满足装载机称重精度在国际标准2％以内。
2.2 称重测量原理
装载机智能型称重仪是通过测量举升臂油缸之液压油受载荷压力来测举升物的重量的。装载机是一个四连杆多支点的力学机构，其影响起升臂油缸油压的因素很多（如举升物的重量、起升臂的角度、举升时的加速度等等）。我们采用特定的情况下称重，数学关系就比较简单，如图2-1所示：
（1）在举升臂固定的角度下（定高停一下），静态称重（即测静态油压），这时油压和举升物重量成正比关系。
（2）在举升臂固定的角度下采集数据，不停即动态称重。当举升加速度为零，匀速上升时，油缸之油压也与举升物重量成正比（瞬时采样）。
相关资料及实验数据表明上述理论是正确的。
在上述两种情况下，油压传感器把油压变为电信号，再经过线性放大器放大，其输出的电信号仍然与举升的物重成正比。通过计算机的数据处理，即能显示举升物的重量。
AB—动臂，设长为L1，A为动臂铰点。
CD—油缸，C为油缸铰点。L2—A、C两点间垂直距离。
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Ａ ａ１ ＤＡ Ｌ１ Ｌ２ ＦＣａ２ Ｇ ＣＡ ＢＡ
图2-1 装载机智能型称重仪力臂关系
Fig.2-1 the arm of force relations about intelligent gravimeter
a1—动臂与水平线的夹角。
a2—油缸与垂直线的夹角。
G—货物重量。
F—油缸的油压力（作用在动臂上） 则
故
Gl1cosa1?Fl2sina2
（2-1）
l1cosa1G （2-2）
l2sina2当在固定高度采样称重时，a1、a2为定值，l1、l2为常数（瞬时采样视为定值）。lcosa1即1为常数，F和G成线形关系。 l2sina2 F?2.3 总体方案的确定
此装载机智能型称重仪主要由传感器、A/D转换器、信号放大器、光电耦合器、单片机系统、自动定高系统、数码显示电路、加速度修正电路、温度补偿电路、报警电路、打印接口等组成。
总体方案采用了当今最先进的单片微型计算机技术，它可以多功能化、智能化等；在抗干扰方面采用了光电耦合技术、三级滤波技术、A/D双积分平滑滤波技术；在提高数字稳定性方面采用了逆变电源技术和三端稳压块串联稳压技术。其主要功能有：
（1） 能自动去皮重并显示每斗净重；
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第二章 总体方案设计
（2） 有累计和报警功能（本功能对铁路货运很重要，因为每个车皮都有其额定载
荷，铁路车辆不允许超重，欠载时客户又不满意）；
（3） 数字显示清晰，识别不同吨位车皮（50T、60T、61T、63T等），无读数误差； （4） 具有自动定高系统，称量准确；
（5） 具有打印功能，并把所装货物重量记录下来； （6） 利用软件系统对测量误差进行修整。 电路框图如图2-2所示：
2 3 6 1 10 图2-2 总体方案设计框图
Fig 2-2 The diagram of total project design
9 4 5 7 8 1.电源电路 2.传感器 3.放大电路 4. A/D转换 5.单片机系统 6.数字显示7.报警电路 8.打印接口 9.车皮选择开关 10.定高控制系统
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第三章 称重传感器设计
装载机智能型称重仪作为一种称重装置，其主要的称重测量元件就是传感器。只有通过性能良好的传感器，准确地捕获和转换信号，才能使称重装置具有较高的精度和可靠性。
3.1 传感器概述
3.1.1 传感器定义及其组成
1.传感器的定义
传感器是一种以一定的精确度将被测量（如位移、力、加速度等）转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。
目前，由于电子技术的进步，使电学量具有便于传输、转换、处理、显示等特点，因此，通常传感器是将非电量转换成电量输出。 2.传感器的组成
传感器的组成按其定义一般是由敏感元件、转换元件和测量电路（基本转换电路）三部分组成。除自源型传感器外，还需外加辅助电源，如图3-1所示。
非电量 电量 敏感元件 转换元件 测量电路 辅助电源 图3-1 传感器组成框图
Fig.3-1 The diagram of transducer composition
由图可知，传感器由以下几个部分组成：
（1）敏感元件（预变换器） 直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为与被测量有确定关系的易变成电量（包括电量）的其它量的元件。
（2）转换元件（变换器） 将敏感元件输出的非电物理量（如应变、光强等）转换成电路参数（如电阻、电容等）量。
（3）测量电路（基本转换电路） 把转换元件输出的电信号变为便于处理、显示、记录、控制的可用电信号的电路。测量电路的类型视转换元件的不同而定，经常采用的有电桥电路和其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲电路、振荡电路等。 （4）辅助电源 供给转换能量。
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