实用的称重及过载报警电路
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摘要：本文介绍了一种称重系统的设计方案，该系统由数据采集、比较电路、译码显示、声光报警等四大模块组成。它具有在称重过载报警的功能，提醒操作人员进行相关处理的作用，同时也延长了电子称的寿命。
关键词：A/D转换；过载；报警
系统方案的设计
1> 称重3.5位数字显示。
2> 显示精度0.1%±1字。
3> 载荷达满载110%时发出警报。
4> 载荷达满载90%时发出预报。
1.2 系统组成框图
单元电路的设计
2.1 称重传感器
称重测量采用目前常用且较为成熟的电阻应变式传感器来实现。电阻应变式传感器将电阻应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等多种参数的电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器具有结构简单，易于实现测试过程自动化和多点步测量、远距测量和遥测，灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量、可以测量多种物理量等诸多优点。
2.1.1 电阻应变式传感器的基本原理
弹性体在外力作用下产生弹性形变，使粘贴在它表面的电阻应变片(转换元件)也随之产生形变，引起电阻应变片的阻值发生变化(增大或减少),再通过相应的测量电路把这一变化的电信号(电压或电流)输出, 从而完成了将重力转换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的部份。
称重传感器的检测电路一般均采用惠斯登全桥式等臂电桥, 这种电路具有很多优点, 如可以抑制温度变化的影响, 抑制侧向力干扰, 比较方便地解决称重感器的补偿问题等。称重传感器检测电路的功能是把电阻应变片的阻值的变化转变为变化的电压值输出。当测量不同范围的力值，选用量程不同的传感器，而传感器输出信号范围不变，均为0～20mv，考虑电路将选用3.5位显示，本设计采用2x10k Kg(k为整数)系列传感器。
2.2 前置信号放大
由于传感器的灵敏度，在采用最大激励电源时其满度输入最大电压仍为毫伏级，比A/D转换器的输入信号低2-3个数量级，很难直接进行模拟转换，故需要增加一个前置放大器，对该模拟信号进行放大处理。通用运算放大器一般具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温度漂移，显然不能用于放大微弱信号。 本电路采用美国 Intersil 公司生产的第四代集成运算放大器ICL7650，它的动态校零原理清除了CMOS器件固有的失调和漂移，其失调电压和漂移仅几个μV，适合于较弱信号的放大。
A/D转换电路
A/D转换电路选用了IC:MC14433。MC14433是国产的3位半双积分A/D转换器,集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路，具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的电阻和电容即可构成一个完整的A/D转换器，其主要技术参数如下：
① 精度：读数的±0.1 %±1字
② 模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档
③ 转换速率：2-25次/s
④ 输入阻抗：大于1000MΩ
⑤ 电源电压：±4.8V―±8V
⑥ 功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值）
⑦ 采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0―Q3轮流输出，同时在DS1―DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。
2.4 译码/驱动显示电路
译码部分，采用了集成块CD4511，它是一个用于驱动共阴LED显示器的BCD码-七段码译码器，其中主要引脚的说明如下：第1、2、6、7脚为BCD码的输入端，译码输出端口为“a-b-c-d-e-f-g”。电路原理如下：
从A/D转换器四个输出端口出来的BCD码，被输入CD4511集成块的第1、2、6、7脚，译码后的信号由a-b-c-d-e-f-g端口输出，接入相应的数码管。为了节省系统的资源，本系统采用动态显示。动态显示原理如下：当向LED的段码数据口发送第一个数据，这时只有一个数码管显示该数码，延时一段时间后可以发送第二个数据，显示器分时轮流工作。显示模块用三极管来驱动数码管，电路中采用是共阴极的数码管，即高电平有效。
2.5比较与声光报警电路
比较电路决定了报警和控制的精度，两个比较器经过一或门控制由555构成发声模块。这部分电路是采用了运放F3140构成的较高精度的电压比较器。A2、A3分别为110%和90%比较器，电位W3、W4是用来调整两个比较器的参考电压。当载荷达满载110%时，调整电位器W3,使红灯亮，此时A2同相输入端的电压就是载荷达满载110%时的参考电压VF2；当载荷达满载90%时，调整电位器W4,使黄灯亮，此时A3反相输入端的电压就是载荷达满载90%时的参考电压VF3。放大的电压VX≥ VF3时，A3翻转，Q6导通，黄灯亮，这时输出高电平，振荡器振荡，驱动喇叭发出预报声；当电压VX≥ VF2时，A2翻转，Q5导通，红灯亮，输出高电平，接到振荡器中555定时器的复位端，使振荡器产出振荡，喇叭发出警报声。
3 整机分析
该电路中称重传感器是由弹性体和粘贴在弹性体上的箔式应变片组成。当传感器受力时，应变片产生形变，致使其阻值也发生变化，在应变片桥臂上施加电压，就会有电压输出，即输出与受力成正比的电压信号。此信号经信号放大器A1放大到合适的幅度后送入A/D 转换电路和比较电路。其中A/D转换电路将模拟的电压信号转换为数字信号并通过译码显示模块显示出来；比较电路的比较器A2和A3分别实现的功能是110％过载与90％满载时通过声和光的形式报警。
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