基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计
基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
课程设计报告
设计题目基于霍尔式传感器的电子秤
指导老师
摘要
科学技术的发展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤有很大局限性。这些电子秤体积大、成本高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携秤又大都采用杆式秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤等，其计量误差大，又容易损坏。杆式秤和弹簧秤等计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。
本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。
关键词：CSY传感器实验仪；电子秤；霍尔式传感器；差动放大器
目录
第一章绪论 (1)
1.1 电子秤概述 (1)
1.1.1 电子秤的发展 (1)
1.2 电子秤的组成 (2)
1.2.1 电子秤的基本结构 (2)
1.2.2 电子秤的基本工作原理 (2)
第二章电子秤设计的目的意义及设计任务与要求 (4)
2.1 电子秤设计目的 (4)
2.2 此课程在教学计划中的地位和作用 (4)
2.3 电子秤设计任务与要求 (4)
2.3.1 设计任务 (4)
2.3.2 设计要求 (4)
第三章电子秤总体设计方案 (5)
3.1 电子秤设计思想 (5)
3.2各电路单元或部件选择 (6)
3.2.1 直流稳压电源的选择 (6)
3.2.2 电桥平衡网络的选择 (6)
3.2.3 称重传感器的选择 (6)
3.2.4 差动放大器的选择 (9)
3.2.5 F/V表的选择 (9)
3.3 最终方案的确定 (10)
第四章硬件设计 (11)
4.1 硬件设计概要 (11)
4.1.1 硬件电路设计原理说明及电路图 (11)
4.1.2 硬件电路设计的步骤 (12)
4.2 所用到的单元或部件及其各自说明 (13)
4.2.1 单元或部件列表 (13)
4.2.2 直流稳压电源简介 (13)
4.2.3 电桥平衡网络简介 (14)
4.2.4 霍尔式传感器简介 (14)
4.2.4.1 霍尔传感器概述 (14)
4.2.4.2 霍尔传感器工作原理 (14)
4.2.4.3 霍尔传感器型号分类 (16)
4.2.4.4 霍尔传感器的主要特性参数 (17)
4.2.4.5 霍尔传感器电磁特性 (18)
4.2.4.6 霍尔传感器的基本驱动电路 (19)
4.2.5 差动放大器简介 (19)
4.2.6 F/V表功能简介 (19)
第五章系统调试与使用 (20)
5.1 系统调试 (20)
5.2 使用说明 (21)
第六章收获、体会 (21)
参考文献......................................... 错误！未定义书签。鸣谢.............................................. 错误！未定义书签。
第一章绪论
1.1 电子秤概述
1.1.1 电子秤的发展
称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。
电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。
通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性，伴随着高科技的发展，电子秤的功能将会日趋完善。
1.1.2 电子秤的分类
1.按原理分:电子秤、机械秤、机电结合秤；
2.按功能分：计数秤、计价秤、计重秤；
3.按用途分：工业秤、商业秤、特种秤；
4.按放置位置分：
1)桌面秤：指全称量在30Kg以下的电子秤；
2)台秤：指全称量在30-300Kg以内的电子秤；
3)地磅：指全称量在300Kg以上的电子秤；
1.2 电子秤的组成
1.2.1 电子秤的基本结构
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成：
1.承重传力复位系统；
它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。
2.称重传感器；
即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。
按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。
对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。
3.测量显示和数据输出的载荷测量装置；
即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
1.2.2 电子秤的基本工作原理
当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，
传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU 不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。
需要指出的是，由于本实验中没有用到单片机的有关知识，而直接使用CSY 传感器实验仪，故经放大电路放大的信号直接进入F/V表，从而直接得出物体重量与输出电压值的关系，继而计算出灵敏度。
第二章电子秤设计目的意义及设计任务与要求
2.1 电子秤设计目的意义
本次设计旨在让学生在熟悉掌握《传感器技术》的基础上，通过设计电子秤进一步加深对传感器技术的了解；并熟练掌握CSY传感器试验仪的操作方法；在不断的创新尝试中了解比较设计电子秤的四种基本方法：交流全桥、差动变压器（互感式）、电涡流传感器、霍尔传感器。
此次设计中主要利用霍尔式传感器的直流激励特性设计电子秤，在设计中主要了解霍尔式传感器的原理与特性、霍尔式传感器在静态测量中的应用。
2.2 此课程在教学计划中的地位和作用
此次科研训练涉及到《传感器技术》这门课程，因此通过此次科研训练可以使学生充分了解传感器的知识，为后续学好《传感器技术》打下良好的基础。且《传感器技术》是电子信息类专业的一门重要的专业基础课，主要讲授传感技术的整体概念和常见物理量传感器的机理、构成、测量电路和应用方法，并结合实验操作环节，增强对常见传感器的原理、结构的理解和认识，掌握传感器的应用方法，也为后继课程如《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等准备必要知识。
2.3 电子秤设计任务与要求
2.3.1 电子秤设计任务
设计并制作一个可以称量物体的电子秤。
2.3.2 电子秤设计要求
1)可以测量0-200克的物体；
2)精度为1克；
3)计算出灵敏度，将电压表示数与物体重量相对应。
第三章 电子秤总体设计方案
3.1 电子秤设计思想
设计电子秤，可以通过构造电路将物体质量和指示表中数据一一对应，即使两者呈一定的线性关系；而建立两者之间的对应关系就需利用传感器将非电量转化为电学量，可简单通过图3.1表示。
按照电子秤设计的要求，可确定电子秤电路由以下几部分组成：主副电源部分、电桥平衡网络单元、称重传感器部分、运算放大部分、电压表显示部分组成，如图3.2所示。
工作原理：当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大，直接进入F/V 表，可读出电压表示数，进而确定电压表示数与被测量物体重量的关系。 主电运称F/V 图 3.2 电子秤
物体指非电电线性对传感图3.1
3.2各电路单元或部件的选择
3.2.1 直流稳压电源的选择
直流稳压电源可直接从CSY传感器实验仪获得，由于此设计过程采用的是直流激励，故应将直流稳压电源置+2V档且激励电压不能过大，以免损坏霍尔片3.2.2 电桥平衡网络的选择
电桥平衡网络采用CSY传感器实验仪左下角的电桥单元，使用时可自由调节电位继W1,如图3.3所示。
图 3.3 电桥
3.2.3 称重传感器的选择
称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%-70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。
称重传感器的选择主要从以下几个方面考虑：
1.要考虑传感器所处的实际工作环境情况；
传感器所处的工作环境情况对如何选用传感器是至关重要的，它关系到传感器能否正常的工作，关系到传感器的安全和使用寿命，乃至关系到整个电子秤的可靠性和安全性。
2.对传感器数量和量程的选择；
传感器数量的选择是根据电子秤的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几
个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体，如电子吊秤，就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。
传感器量程的选择是依据秤的最大秤量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定传感器的量程。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感的载荷，其称量的准确度就越高，但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷的存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑诸如多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种：电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。
1. 电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的转换元件。
2. 电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感器联接电路比较复杂等原因，直接影响到它的可靠性，所以限制了它的应用。近些年来由于集成电路特别是微处理技术的发展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电容的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行补偿，所以电容式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。
3. 压磁式称重传感器：也称磁弹性传感器，它是一种力——电转换的无源传感器。它的工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。压磁传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确度的影响小、能在恶劣的环境中工作、结构简单便于加工等优点。缺点是准确度低、反应速度慢。它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的承受大吨位，并要求牢固可靠、安全报警等测力或称重场合。
4. 谐振式称重传感器：也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体的谐振特性，随着被称物体重量的变化而产生频率变化现象而形成的
一种传感器。谐振式传感器可分为振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多种类型。在称重技术中主要采用的是振弦式称重传感器和振梁式称重传感器类的一种复合音叉振子传感器。
称重传感器的主要性能指标：
1.传感器的输出灵敏度
传感器在额定载荷作用下，供桥电压为1V时的输出电压，单位为（mV/V）。在任一载荷下，传感器的输出电压 =所加载荷×供桥电压×输出灵敏度/额定载荷。
2.非线性
传感器承受载荷与其相应输出电压之间并非成完全的线性关系，由此而造成的误差称为传感器的非线性误差。
3.不重复性
在同一环境条件下，对传感器反复施加某载荷时，其每次输出的电压值不尽相同，这种现象称为传感器的不重复性。
4.零点不平衡输出
在传感器不受任何载荷条件下，传感器输入端以额定的供桥电压时的输出电压，称为零点不平衡输出。
综合对上述的了解以及自己做实验的亲身体验，最终决定采用霍尔式传感器完成此设计内容，霍尔式传感器单元如图3.4所示，图3.5为其实物图。
图3.4 霍尔传
3.2.4 差动放大器的选择
放大电路的主要性能指标有放大倍数、输入电阻、输出电阻等，其中放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数；输入电阻是从输入端向放大电路内看去的等效电阻，它等于放大电路输出端接实际负载电阻后，输入电压与输入电流之比；放大电路的输出端可等效为一个信号源。
在此设计中可利用传感器试验仪上的差动放大器单元，如图3.6所示。
3.2.5 F/V 表的选择
此F/V 表是显示差动放大器输出的电压值，可直接用实验仪上的数字式电压/频率表即（F/V 表）：3位半显示，电压范围0-2V ，0-20V ，频率范围3Hz-2KHz 、10Hz-20KHz ，灵敏度≥50mV,如图3.7所示。
图 3.5 霍尔传感图 3.6 差动
图 3.7
3.3 最终方案的确定
经过上述的思考与论证，决定设计的最终方案如下：
1.称重传感器选霍尔式传感器；
2.电源部分、电桥平衡网络、差动放大器、电压表均按要求采用CSY传感
器实验仪上相应的单元。
第四章 硬件设计
4.1 硬件设计概要
4.1.1 硬件电路设计原理说明及电路图
原理说明：在直流稳压电源的激励下，首先调整电位继W1使电压表示数为零，以补偿不等位电势（不考虑温度误差的影响）；当有重物放在振动平台正中央且霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件会在梯度磁场中向下移动时，输出的霍尔电势Ｖ也为负值，即与位移相对应，且与位移在一定程度上呈线性关系；输出的霍尔电势经差动放大器放大显示在F/V 表上，经过多次实验可得出被测物体重量与电压表示数的关系，从而通过看放未知重物时的电压表示数可迅速得到其重量。电子秤原理图如图4.1示。
电桥平衡网络 霍尔式传感器 差动放大器 电压表
+2
-2
W1 r 直
流
稳
+ — V 图 4.1 电子秤原
4.1.2 硬件电路设计的步骤
1.旋钮初始位置：
1)差动放大器：增益旋至最小
2)F/V数显表：置于2V档
3)直流稳压电源：置于±2V档
4)主副电源关闭
2.了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔
片的符号（霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定
在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器）。
3.开启主副电源将差动放大器增益调至最小位置调零后，关闭主副电源，
拆除差动放大器调零接线。
4.差动放大器增益调至最小位置调零后，不再改变调零电位继的位置。
5.调节测微头脱离平台并远离振动台。
6.按图1接线，开启主副电源，调W1电位继使系统电压输出为零。
7.在称重平台上放上砝码，填入表4.1中。
W(g) 0 20 40 60 80 100 120 140
V(mv) 0 -40 -83 -124 -165 -203 -238 -265
表4.1 V-W关系表
8.根据表4.1中数据作出V-W曲线，可看出其线性范围为0-140g,并可得
出其灵敏度S=2.03mv/g，如图4.2所示。
9. 根据线性起点移走平台上放的多余称重砝码，记下此刻的表头读数，再
在平台上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据线性区的灵敏度S
可求得此物体重量。如若电压表显示13mv,则所称量物体重6.4g 。
4.2 所用到的单元或部件及其各自说明
4.2.1 单元或部件列表
1) 直流稳压电源；
2) 电桥平衡网络单元；
3) 霍尔式传感器单元；
4) 差动放大器单元；
5) 电压表；
4.2.2 直流稳压电源简介
由于本设计中使用的是直流激励，故应使用+2V 直流稳压电源，且激励电压不可过大，以免损坏霍尔片。直流稳压电源有如下特点：
1. 输出电压值能在额定输出电压值以下任意设定和正常工作；
2. 输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作；
3. 直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示； 20 40 60 80 100 120 -40 -80 -1V 图
4.2 V-W
4.对于输出的电压值和电流值要求精确的现实和识别；
5.对于输出电压和电流值有精确要求的直流稳压电源，一般要用多圈电位
器和电压电流微调电位器，或者直接数字输入；
6.要有完善的保护电路，直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态
时不应损坏，在异常情况消除后能立即正常工作；
4.2.3 电桥平衡网络简介
电桥电路是最常用的非电量电测量电路中的一种，其中直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥(惠斯登电桥)、双臂直流电桥(开尔文电桥)。它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量；非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等。
本次设计中实验仪上的电桥平衡网络单元主要为了补偿不等位电势（不平衡电势）、提供组桥插座、标准电阻和直流调平衡网络，即在连好电路打开主副电源后，调W1电位继使系统电压输出为零，补偿不等位电势，以免在后续测量中产生大的误差。
4.2.4 霍尔式传感器简介
4.2.4.1 霍尔传感器概述
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
特点：结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
4.2.4.2 霍尔传感器工作原理
图 4.3 霍尔传感器
霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流、霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移量，如图4.3所示。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。当有B 作用时，由于洛伦兹力的作用，电子向一边偏转，并使该边积累电子，而另一边则积累电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场作用在运动电子上的电场力与洛伦兹力相等时，电子积累便达到动态平衡。这时建立的电场称为霍尔电场，霍尔效应原理图如图4.4所示。
霍尔电势可用公式（4.1）表示 N N S S
环形磁铁霍尔元件
霍尔元件运动方向图 4.4 霍尔效应
基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计
基于霍尔式传感器的电子秤-课程设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
课程设计报告 设计题目基于霍尔式传感器的电子秤 指导老师 摘要 科学技术的发展对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。目前，电子秤在商业销售中的使用已相当普遍，但在市场上仍广泛使用的电子秤有很大局限性。这些电子秤体积大、成本高，又不便随身携带，而目前市场上流行的便携秤又大都采用杆式秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤等，其计量误差大，又容易损坏。杆式秤和弹簧秤等计量器械将逐渐被淘汰。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。 本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。 关键词：CSY传感器实验仪；电子秤；霍尔式传感器；差动放大器
目录 第一章绪论 (1) 1.1 电子秤概述 (1) 1.1.1 电子秤的发展 (1) 1.2 电子秤的组成 (2) 1.2.1 电子秤的基本结构 (2) 1.2.2 电子秤的基本工作原理 (2) 第二章电子秤设计的目的意义及设计任务与要求 (4) 2.1 电子秤设计目的 (4) 2.2 此课程在教学计划中的地位和作用 (4) 2.3 电子秤设计任务与要求 (4) 2.3.1 设计任务 (4) 2.3.2 设计要求 (4) 第三章电子秤总体设计方案 (5) 3.1 电子秤设计思想 (5) 3.2各电路单元或部件选择 (6) 3.2.1 直流稳压电源的选择 (6) 3.2.2 电桥平衡网络的选择 (6) 3.2.3 称重传感器的选择 (6) 3.2.4 差动放大器的选择 (9) 3.2.5 F/V表的选择 (9) 3.3 最终方案的确定 (10) 第四章硬件设计 (11) 4.1 硬件设计概要 (11) 4.1.1 硬件电路设计原理说明及电路图 (11)
霍尔传感器小车测速)
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目霍尔传感器小车测速
摘要 对车速测量，利用霍尔传感器工作频带宽、响应速度快、测量精度高的特性结合单片机控制电路，设计出了一种新型的测速系统，实现了对脉冲信号的精确、快速测量，硬件成本低，算法简单，稳定性好。霍尔传感器测量电路设计、显示电路设计。测量速度的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴没转一周，产生一定量的脉冲个数，有霍尔器件电路部分输出幅度为12 V 的脉冲。经光电隔离器后成为输出幅度为5 V 转数计数器的计数脉冲。控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。在显示电路设计中，实现LED上直观地显示车轮的转数值。与软件配合，实现了显示、报警功能 关键词：单片机AT89C51 传感器 LED 仿真
目录 一、设计目的------------------------- 1 二、设计任务与要求--------------------- 1 2.1设计任务------------------------- 1 2.2设计要求------------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1设计方法------------------------- 1 3.2设计步骤------------------------- 3 3.3设计原理分析--------------------- 10 四、课程设计小结与体会 ---------------- 11 五、参考文献------------------------- 11
一、设计目的 通过《传感器及检测技术》课程设计，使学生掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 用霍尔元件设计测量车速的电子系统，通过对霍尔元件工作原理的掌握实现对车速测量的应用，设计出具体的电子系统电路，并且能够完成精确的车速测量。 二、设计内容及要求 2.1设计任务 霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 功能：1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 2.2设计要求 设计要求首先选定传感器，霍尔传感器具有灵敏、可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低等优点，综合了电机转速测量系统的要求。其次设计一个单片机小系统，掌握单片机接口电路的设计技巧，学会利用单片机的定时器和中断系统对脉冲信号进行测量或计数。再次实时测量显示并有报警功能，实时测量根据脉冲计数来实现转速测量的方法。要求霍尔传感器转速为0～5000r/min。 三、设计步骤及原理分析 3.1 设计方法 3.1．1 霍尔效应 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生
霍尔传感器位移特性实验
实验14 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 141270046 自动化杨蕾生 一、实验目的： 了解直流激励时霍尔式传感器的特性。 二、基本原理： 根据霍尔效应，霍尔电势U H＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。 三、需用器件与单元： 主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。按图14示意图接线（实验模板的输出V o1接主机箱电压表Vin），将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到2V档。 2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 3、以某个方向调节测微头2mm位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数，将读数填入表14。
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？ 答：本人认为应该是实际的输入、输出与拟合的理想的直线的偏离程度的变化，当X不同的时候，实际的输出值与根据拟合直线得到的数值的偏离值是不相同的。 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 实验数据如下： 表9－2
（1）由上图可知灵敏度为S=ΔV/ΔX=-0.9354V/mm （2）由上图可得非线性误差： 当x=1mm时， Y=-0.9354×1+1.849=0.9136 Δm =Y-0.89=0.0236V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=1.256% 当x=3mm时: Y=-0.9354×3+1.849=-0.9572V Δm =Y-（-0.94）=-0.0172V yFS=1.88V δf =Δm /yFS×100%=0.915% 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进 行补偿。 答：（1）零位误差。零位误差由不等位电势所造成，产生不等位电势的主要原因是：两个霍尔电极没有安装在同一等位面上；材料不均匀造成电阻分布不均匀；控制电极接触不良，造成电流分布不均匀。补偿方法是加一不等位电势补偿电路。 （2）温度误差。因为半导体对温度很敏感，因而其霍尔系数、电阻率、霍尔电势的输入、输出电阻等均随温度有明显的变化，导致了霍尔元件产生温度误差。补偿方法是采用恒流源供电和输入回路并联电阻。
电子称的设计 传感器.
燕山大学 课程设计说明书题目：电子秤的设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 12级 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
燕山大学《传感器原理与设计》课程设计任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2014年 12月 12日
摘要 称重技术是日常生活不可获缺的技术，随着科学技术的发展，称重技术和称重装置也获得了广泛的发展。基于电阻应变传感器的电子称以其制作简单、成本低、量程大、精度高等优点，得到了广泛的应用和发展。 电阻应变式传感器是以电阻应变效应为基本原理的电阻式传感器。它由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、扭矩、位移等多种物理量。 本文介绍了一种基于电阻应变式的称重传感器的电子秤的设计，其中包括惠斯通全桥电路的设计和搭建、OP07组成的放大电路的设计、AD7705组成的模数转换电路以及转换后数字采集和显示的实现。详细叙述了该称重传感器的参数设计，并验证其可行性。 关键字：传感器、电阻应变、差动电桥、放大电路、AD转换
目录 第1章概论 (1) 1.1 调研的意义 (1) 1.1.1课题背景 (1) 1.1.2调研意义 (1) 1.2研究现状 (1) 1.2.1国内外电子称的研究现状和发展趋势 (1) 1.2.2典型电子称产品举例 (3) 1.3为电子称设计进行的准备 (3) 第2章电子称的具体设计方案 (5) 2.1敏感元件的介绍 (5) 2.1.1电阻应变片的工作原理 (5) 2.1.2弹性元件 (6) 2.2 匹配电路的设计 (7) 2.2.1 元器件选择与功能描述 (7) 2.2.2 测量电路的设计 (8) 2.2.3 差动放大电路单元 (10) 2.2.4 A/D转换单元 (11) 2.2.5数据处理与显示部分 (12) 第3章仿真电路 (14) 3.1仿真电路的建立 (14) 3.2仿真电路结果分析 (16) 第4章体会与收获 (18) 参考文献 (19)
电子秤的设计与制作
《基于Lab View的电子秤设计》 课设报告书 学院：机电学院 学号： 姓名： 同组人： 指导老师： 提交日期：2017 年 6 月12 日
目录 一、概述 (1) 二、功能需求分析 (1) 三、系统设计 (1) 四、技术实现 (12) 五、课程设计问题及解决方法 (13) 六、心得体会 (13)
一、概述 电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化。可直接作为测量传感元件，将电阻应变片接成电桥形式，当钢梁受到外力产生形变时，电桥内各电阻值将发生变化，产生相应的不平衡输出。 本次课程设计的目的，是掌握传感器的组成和基本原理、基本概念和分析方法、并具备构造、调试和工程设计传感器的能力。了解labview软件的使用方法，并利用软件构建信号分析程序和前面板。 二、功能需求分析 （1）量程0～1.5Kg，应变式传感器的结构设计； （2）电路设计，差分放大电路； （3）程序设计，包括信号处理程序和前面板。 三、系统设计 其电路构成主要有测量电路，差动放大电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足NI数据采集卡的输入要求，将信号输入进电脑进行进一步分析。 原理流程图如下： 1、测量电路 电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数
霍尔传感器制作实训报告
佛山职业技术学院 实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试 专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘ 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电
《传感器应用技术》课程设计
《传感器应用技术》课程设计 题目 压电式力传感器的结构与应用 姓 名 学 号 院（系） 电子电气工程学院 班 级 P10 电信二班 指导教师 职 称 教授 二O 一二年 七 月 一日
摘要 此次压电式力传感器设计主要阐述了压电式力传感器的具体设计过程。 设计过程主要包括设计格式、设计要求及设计过程中有关压电式力传感器的设计，还有在整个设计过程中的有关计算、与传感器相连的测试电路。 本压电式传感器采用压缩型单项里传感器结构，利用纵向压电效应进行工作，在设计中压电材料采用石英晶体。由于安装中需施加预紧力，以保证该传感器的线性度良好，故留出一定的过载量，本设计中重点考虑了各部分的面积、刚度等参数，未讨论预紧力的选用范围，可能还存在一些其他因素，如安装误差等可以影响设计传感器的性能，属于正常范围内，使用中可忽略。
目录 摘要 (1) 第一章传感器的结构设计 (2) 第二章传感器的参数计算 (3) 第三章测量电路 (6) 总结 (7) 参考文献 (8)
传感器的结构如下图 图一 1、顶盖 2、敏感元件 3、导电片 4、基座 5、外壁 6、预紧螺钉 该传感器由顶盖、敏感元件、导电片、基座、外壁、预紧螺钉和输出插座组成。通过预紧螺钉加预紧力，将顶盖、基座和外壁焊接为一体，输出插座可与同轴低噪声电缆连接。
1、压电晶体（石英）的几何尺寸 石英片在机械强度上必须满足公式 δ F S ≥ 式中： S 为石英晶片的受力面积 F 为传感器待测力的最大力 δ为石英晶体的许用应力，为17.5 2/kg mm 本设计中传感器的额定负载为400 kg ，由于包括预紧力，并留出一定的过载量，取最大负载量为700 kg ，因而S ≥ 40 2mm 。 设计中取晶片的长为10 mm ，宽为6 mm ，受力面积60 2mm 。 2、石英片的晶片电容值 d S r 00 εε= C 这里取每片石英片的厚度为1.2mm ，石英的r ε=4.5，每片石英片的电容 0C =1.99pF 为了提高传感器的灵敏度，取两片石英片并联方式，所以总的电容大小为3.98pF 。 3、传感器刚度参数计算 设在外力F 的作用下，传感器的变形为x δ，12()x F k k δ=+ 式中：1k 为敏感部分的组合刚度 2k 为辅助部分组合刚度 图二 在晶片数一定时， 112 k k k +决定了传感器的精度，因此， 在结构设计中应确保
电子秤设计
传感器课程设计 小量程电子秤设计 学校：河海大学 专业：应用物理学 姓名：季庚午 学号：0810020116 指导老师：丁万平
Ⅰ、总体设计方案 本设计由以下几部分组成：电阻应变传感器、信号放大器、模数转换、单片机、显示器。其结构图如下所示。 由电阻应变式传感器感受被测物体的质量，通过电桥输出电压信号，通过放大电路将输出信号放大，而后送入A/D转换单元进行模数转换，将转换后的数字信号送给单片机；单片机接收数据后，对数据进行处理，将其转换为对应的重量信息，送LED显示模块进行显示。单片机同时也可以进行去皮调零操作。 Ⅱ、硬件电路设计 一、传感器选择 1、传感器型号：WTP616平行梁式称重（测力）传感器； 2、产品特点及结构：主要适用于口袋称，手掌称等电子称重； 3、主要技术参数： 额定载荷(Kg):500g; 绝缘电阻（MΩ）>=2000（100VDC） 精度等级：C3; 激励电压（V）5~10DC 综合误差：（%F.S）0.05; 温度补偿范围（℃）-10~+40 灵敏度（mV/V）0.7+-0.1 使用温度范围（℃）-20~+50 非线性(%F.S)：0.05; 零点温度影响（%F.S/10℃）0.2 滞后(%F.S)：0.05; 灵敏度温度影响（%F.S/10℃）0.15 重复性(%F.S)：0.05; 安全过载范围(%F.S) 150 蠕变（%F.S/30min）:0.05; 极限过载范围(%F.S) 零点输出（%F.S）: +-1; 输出阻抗（Ω）: 1000+-50 输入阻抗（Ω）:100050 电缆线: 四芯屏蔽电缆 4、接线方法：输入（电源）+：红色；输入（电源）—：黑色；输出（信号）+：绿色；输出（信号）—：白色 5、实物图： 图Ⅱ.1.1:WTP616实物图 应变传感器信号放大器单片机LED显示
传感器原理——基于霍尔传感器的转速测量系统设计
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
实验十九 开关式霍尔传感器测转速实验
实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图19—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 图19—1开关式霍尔传感器测转速原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；霍尔转速传感器、转动源。 四、实验步骤： 1、根据图19—2将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。 2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图19—2所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\转速表的开关按到转速档。 3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
图19—2 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图 4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。 n（转/ 406286108132157179203225250分） V（mv）2003004635006017037999019991104 电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线 五、思考题： 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？ 被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信
电子称的设计传感器
燕山大学 课程设计说明书 题目：电子秤的设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 12级 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 燕山大学《传感器原理与设计》课程设计任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2014年 12月 12日 摘要 称重技术是日常生活不可获缺的技术，随着科学技术的发展，称重技术和称重装置也获得了广泛的发展。基于电阻应变传感器的电子称以其制作简单、成本低、量程大、精度高等优点，得到了广泛的应用和发展。 电阻应变式传感器是以电阻应变效应为基本原理的电阻式传感器。它由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、扭矩、位移等多种物理量。
本文介绍了一种基于电阻应变式的称重传感器的电子秤的设计，其中包括惠斯通全桥电路的设计和搭建、OP07组成的放大电路的设计、AD7705组成的模数转换电路以及转换后数字采集和显示的实现。详细叙述了该称重传感器的参数设计，并验证其可行性。 关键字：传感器、电阻应变、差动电桥、放大电路、AD转换
目录 第1章概论 0 1.1 调研的意义 0 1.1.1 课题背景 0 1.1.2 调研意义 0 1.2 研究现状 (1) 1.2.1 国内外电子称的研究现状和发展趋势 (1) 1.2.2 典型电子称产品举例 (2) 1.3 为电子称设计进行的准备 (2) 第2章电子称的具体设计方案 (3) 2.1 敏感元件的介绍 (3) 2.1.1 电阻应变片的工作原理 (3) 2.1.2 弹性元件 (5)
电子秤 课程设计.
摘要 本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用C语言进行软件设计，硬件则以全桥传感器为主,测量0～500g电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用单臂电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种。ADC0809 A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。 关键字：电子秤、电子应变片、A/D转换器，显示电路
目录 摘要 (1) 目录 (2) 一、系统整体描述 (3) 二、系统模块描述 (4) 2.1 电阻应变式传感器的组成以及原理 (4) 2.2 直流电桥检测电路 (5) 2.3放大电路 (7) 2.4 A/D转换： (8) 2.5单片机系统 (9) 2.6显示电路 (10) 2.7报警电路： (11) 三：数据处理及程序的设计 (11) 3.1数据处理及程序的设计 (11) 3.2参数整定 (12) 3.2.1测量数据及误差分析 (12) 3.2.2曲线拟合及参数整定 (13) 3.3 显示子程序的设计 (16) 参考文献 (17) 总结 (17) 附录1仿真图 (18) 附录2程序 (18)
一、系统整体描述 系统由敏感元件、电桥测量电路、放大电路、模数转换电路、单片机最小系统、显示电路和报警电路构成。敏感元件产生物理量变化，由测量电路将信号转换为电信号，并放大输出。通过模数转换后将信号输入单片机中，经过处理后由显示电路显示。若变量超过限定值，则激活报警电路，由蜂鸣器发出报警信号。 应变片 电桥测量电路 放 大电 路 模数转换电 路 单片机最小系统 显 示 电路 报 警 电 路
霍尔转速传感器测速实验
实验九霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 根据霍尔效应表达示U H=K H IB，当K H I不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周，表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次。此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、转速测量控制仪。 四、实验步骤 1、根据图9-1，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、绿（ ），不要接错。 3、将霍尔传感器输出端（黄线）接示波器或者频率计。 4、调节电动转速电位器使转速变化，用示波器观察波形的变化（特别注意脉宽的变化）， 或用频率计观察输出频率的变化。
五、实验结果分析与处理 1、记录频率计六组输出频率数值如下： 由以上数据可得：最快转速对应的频率f1=152.83Hz，最慢转速对应频率f6=20.1Hz。随着转速的减小，脉宽T1逐渐变大，但占空比基本保持不变，而且速度不能无限减小。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。 1
应变式传感器电子称的设计
基于应变式传感器的电子称设计 08电科2班 08040211王昊
专业电子科学与技术专业 姓名王昊班级电科08-2 学号08040211 题目基于应变式传感器的电子称设计 基于应变式传感器的电子称设计 1.概述 社会不断发展，技术不断提高，家电设备日新月异，但初高中实验室的设备却依然是那样陈旧，最明显的当是称重设备，依然是天平，天平构造和制作简单，但读数容易出现误差，且容易损坏和老化，调节平衡时过于麻烦，浪费时间，而数显电子称则很好地避免了这些不足，放上物体即可读数，准确而快速，方便实用，易于携带，不受场所制约。目前国际化的趋势是小型化、模块化、集成化、智能化等，技术性能则趋于速率高、准确度高、稳定性高等，可以说靠天平比较两物体的轻重很方便，但说到快、准则是电子称更优。 传感器技术是现代科技的前沿技术，随着工业自动化、信息化的发展，以往称重的器械已跟不上时代的潮流，我们应跟上世界的步伐，往小里说，方便，往大了说，解放人类劳动力，称重行业也需要一种在称重过程中准确计量且具有极高的灵敏度、具有较强的环境适应能力的称重器械，不受大气压力等外界干扰的影响，更易于普遍，加上比以往传感器更长的寿命，通过试验和创新后的应变式传感器电子称将会够受欢迎。 此外，利用应变式传感器制作的数显电子称，易于制作、简单实用、成本低廉、体积小巧等多个优点，所以在市场上也有很大的上升和推广空间。本次设计的基于应变式传感器的数显电子称，主要用于实验室小件物体的称重，给老师和学生提供方便，节省时间，由于是实验室的设备，不需要每人配一件，只需有3-10台，够用即可，因此要满足小巧可移动性，方便从这一实验桌到另一实验桌的搬动。通过分析和讨论各个部分的电路原理、控制策略、实现方法等，达到使商用称重还是实验室称重的实用目的。 合理应用所学的知识，充分发挥电阻应变式传感器的功能，灵活搭配各个元器件，就能组装出一个电子称，需要各方面的能力包括理论知识和动手操作等，因此需要在课程设计前做好充分的准备，从选课题到付出实际行动都要认真仔细的思考仔细得做，遇到问题，就分析解决问题，直至连接成功。 数显电子称的量程可调，可通过换用应变片和电路的总增益，来调节量程，达到称重范围广，小件测量精确的效果，当然，今日我发现也可以用于到校门口购买水果称重（可能有点异想天开），因为每次到学校门口买水果和地瓜，总是缺斤少两，很是不痛快，物价可以贵，
基于霍尔式传感器的电子秤
基于霍尔式传感器的电子秤
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
霍尔式传感器的电子秤的创新设计 姓名：徐志远 班级：理工10-3班 学号：22100832
一、创新的背景 称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。 电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。 通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性，伴随着高科技的发展，电子秤的功能将会日趋完善。因此，一种能够在未来更方便、更准确的普及型电子秤的发展受到人们的重视，设计一种重量轻、计量准确、读数直观的民用电子秤迫在眉睫。 二、电子称创新的思路 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成： A、承重传力复位系统； 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。
霍尔传感器课程设计
吉林建筑工程学院 电气与电子信息工程学院 传感器及检测技术课程设计报告 设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 专业班级： 电子信息科学与技术081班 学生姓名： 赵越 学 号： 10308105 指导教师： 王 超 吴鹤君 设计时间： 2011.12.12－2011.12.23 目 录 教师评语： 成绩 评阅教师 日期
1 绪论 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2方案分析论证 (1) 2 基于霍尔传感器的电机转速测量系统硬件设计 (2) 2.1电机转速测量系统的硬件电路设计 (2) 2.2霍尔传感器测量电路设计 (4) 2.3单片机AT89C51 (8) 2.4显示电路设计 (11) 2.5系统软件设计 (14) 3 系统仿真和调试 (16) 3.1Proteus软件 (16) 3.2硬件调试 (17) 3.3软件调试 (19) 3.4软硬件联调 (19) 4 结论 (21) 参考文献 (22) 附录硬件实物图 (23)
1 绪论 1.1 设计任务 1.1.1课程设计目的： 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 1.1.2课程设计题目： 霍尔元件小车测速系统设计 1.1.3 课程设计内容： 1、霍尔元件测速系统设计 霍尔传感器一般由霍尔元件和磁钢组成，当霍尔元件和磁钢相对运动时，就会产生脉冲信号，根据磁钢和脉冲数量就可以计算转速，进而求出车速。 现要求设计一个测量系统，在小车的适当位置安装霍尔元件及磁钢，使之具有以下功能： 1）LED数码管显示小车的行驶距离（单位：cm）。 2）具有小车前进和后退检测功能，并用指示灯显示。 3）记录小车的行驶时间，并实时计算小车的行驶速度。 4）距离测量误差＜2cm。 5）其它。 1.2 方案分析论证 1.2.1 霍尔测速模块论证与选择 方案一：采用型号为A3144的霍尔片作为霍尔测速模块的核心，该霍尔片体积小，安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。 方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为12～15V。体积较大，价格昂贵。 因此选择方案一。 1.2.2 单片机模块论证与选择 方案一：采用型号为AT89C51的单片机作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。AT89C51是带4K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案[3]。
基于电子应变式传感器电子称的制作
基于电子应变式传感器电子称的制作设计（论文） 基于电子应变式传感器 电子称制作 姓名： 指导教师： 专业名称： 所在系部： 2011年5月
摘 要 电 阻应 变式 传感 器具 有测 量范 围 广、 精度 高、 误差小和线性特性等优点，且能在恶劣环境下工作，在力、压力和重要测试中 有非常广泛应用，力传感器具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长 等优异特点。所以电阻应变式力传感器制作数显电子称具有准确度高易于 制作，简单实用、成本低廉、体积小巧、携带方便等特点。 本文从数显电子称要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分电路原理、控制策略、实现方法。详细讨论了系统各种 工况及信号传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况工作状态。数显
电子秤根据弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面电阻应变片（转换元件）也随同变形，电阻应变片变形后，它阻值将发生变化（增大或减小），再经相应测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流），将电信号通过数码显示器显示出来，从而完成了将外力变换为电信号过程。 关键词：灵敏度、电阻应变式传感器 引言 电子秤是日常生活中常用带子衡器，广泛应用于超市。大中型商场。物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理传统机械式称重工具。相比传统机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体
积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新计量衡器。电子秤设计首先是通过压力传感器采集到被测物体重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确线性放大。放大后模拟电压信号A/D转换电路转换成数字量被送到主控电路单片机中，在经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物理重量。 目前市场上使用称重工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易易损件多，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发一套有实用价值电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子城系统在应用中不足。 目录 摘要 (3) 引言 (4)
基于压力传感器的电子秤设计
传感器及测试技术 课程设计 课题名称：基于压力传感器的电子秤设计小组成员： 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
说明：为满足实用电子称的设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定 统以AT89S52控制核心，选用了压力传感器，该传感器灵敏度高、线性度和复性好； 对于关键的ADC，经过充分比较、论证，最终选用了高分辨率信号调理ADC--AD7714，该芯片内集成了缓冲器、时钟发生器、可编程增益放大器、数字滤波器、∑-Δ调制 器以及电荷平衡式Ａ/Ｄ转换器等电路，由于ＡＤ7714采用了∑-Δ技术实现Ａ/Ｄ转换，具有线性度好、功耗低、增益可编程，无须前端信号调理等优点；系统选用DS12C887 作为日历时钟芯片，并存储标定系数，8279作为键盘管理芯片，采用内藏显示控制器 T6963C的点阵图形式显示器MGLS-240128T，接口简单，编程容易，美观大方。最后 的实验表明，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求，还 增加了标定、时钟和过载提示三个创新功能。 1 设计方案包括基本要求，发挥部分及其它创新部分 1.1 基本要求 （1）能用简易键盘设置单价，加重后能同时显示重量、金额和单价； （2）重量显示：单位为公斤；最大称重为9.999公斤，重量误差不大于±0.005公斤；（3）单价金额及总价金额显示：单价金额和总价金额的单位为元，最大金额数值为9999.99元，总价金额误差不大于0.01元； （4）具有去皮功能和总额累加计算功能。 1.2 发挥部分 能显示购物清单，自拟10种商品名称或代号，清单内容包括：商品名称，数量，单价，金额，本次购物总金额。 （1）清单内容的商品名称等可使用代号显示； （2）清单内容增加购货日期和收银员编号； （3）清单内容在（2）的基础上增加售货单位名称，且全部内容采用中文显示。 1.3 创新部分 在完成基本要求和题目所提出的发挥部分要求的情况下，考虑到电子称实际应 用的需要，又增加了标定和时钟功能，另外由于实际当中，称可以有一定量的过载， 但不能超出要求的范围，为此我们还设计了过载提示功能。
霍尔传感器转速测量电路设计
课程设计报告书
2.概述 2.1系统组成框图 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。本课题采用的是以8051系列的A T89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。系统硬件原理框图如图1所示： 图1 系统框图 2.2系统工作原理 转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。
2.2.1霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz ，额定电压为5-30（V ）、检测距离为10（mm ）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V ，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N 极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm 处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 2.2.2转速测量原理 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l 、b 、d 。若在垂直于薄片平面（沿厚度 d ）方向施加外磁场B ，在沿l 方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：qVB f = 式中：f —洛仑磁力， q —载流子电荷， V —载流子运动速度， B —磁感应强度。 这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差H U 称为霍尔电压。 霍尔电压大小为： H U H R =d B I /??(mV) 式中：H R —霍尔常数， d —元件厚度，B —磁感应强度， I —控制电流 设 H K H R =d /, 则H U =H K d B I /??(mV) H K 为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和 单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度B 反向时，霍尔电动势也反向。图2为霍耳元件的原理结构图。