装载机智能称重仪设计(含CAD电源电路图,单片机接口图)(任务书,开题报告,论文30000字,CAD图3张)
摘 要
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提出了越来越高的要求。传统的机械式称重仪，不仅称重过程复杂、不能够保证精度，而且不具有自动去皮、累加和超载报警等功能。设计为智能型称重仪,与装载机设备配合使用，可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。
在设计的过程中，在保证仪器精度、稳定性和可靠性的前提下，尽量使仪器具有简单的结构。按此原则，设计采用模块化设计思路，将整个仪器分为压力传感器,电源电路,信号调理及放大电路,A/D转换,显示电路,单片机系统几个部分进行分析和设计
关键词：单片机，传感器，放大电路，A/D转换电路
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.
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！
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。
该方案是装载机智能称重仪设计，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。
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。
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。
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
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
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