高精度应变信号测量与发生模块设计
发布时间：2021-11-19 09:01
自古以来,度量衡就与人们生活和社会经济息息相关,现代社会电子衡器已经广泛应用于人们的日常生活、贸易计算、自动称重系统和自动包装等各个领域。电子衡器通常采用应变传感器将质量（压力）信号转换为微弱电信号来进行测量。目前采用手动的称重模拟器模拟输出微弱信号来标定高精度的称重指示器,其成本贵、体积大,效率低,无法实现程控标定,已成为衡器领域一个亟待解决的技术问题,不利于称重仪表的工业化生产。本文提出一种高精度应变信号测量与发生设计方法,利用较低分辨率的DAC实现高分辨率信号输出。采用双路16bit电流输出型DAC,一路用于粗调,一路用于细调,两路输出加权组合后差动衰减输出,运用ADC对输出信号监测来修正DAC设置值,实现了应变信号的高准确度、高分辨率、低温漂的模拟输出;采用主动式应变电桥激励驱动方法,有效降低信号噪声和外界干扰,以实现应变信号的高精度测量;被测量的应变信号激励电压可以程控设置,以适合不同种类的应变传感器。本设计充分运用误差理论相关知识,对模拟硬件电路进行了成本优化。信号放大和衰减的比例变换电阻均采用低成本、低温漂的普通贴片电阻,经串、并联组合方式,实现信号比例变换过程中的低温漂...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AD5545时序图
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-39-量程的增益和零点，然后将其保存到存储器中，当测量相应的信号时调用增益和零点值，进行计算。因此校准程序的设计需要测量标准信号的零点和最大值，然后进行存储。4.2触摸屏软件设计设计中采用TFT触摸屏实现对模块的程控化操作，没有任何的手动调节开关。该触摸屏为北京铭正同创科技生产的一款串口智能显示模块EzUIH043_K，是4.3英寸彩色TFT显示屏，480×272点阵，16位色彩深度，EzUIH043_K模块内部有128Mbytes大小的资源存储器，需5V直流供电，模块对外接口为串行UART接口，接口简单，操作方便，与各种微控制器均都进行方便简单的接口操作。触摸屏屏外观如图4-8所示。操作面板功能界面如图4-9所示。图4-8触摸屏外观图图4-9操作面板功能界面Fig.4-8TouchscreenappearanceFig.4-9Operationpanelfunctioninterface操作面板功能界面主要包括四个部分：1．直流应变测量：对于输入信号在0-30mV内的微弱应变信号进行测量；2．应变电桥模拟：能够输出0-30mV的微弱直流电压信号；3．直流电压测量：能够对0-10V直流电压信号进行测量；4．直流电压输出：能够输出0-10V的直流电压信号。对于测量部分首先对测量组态进行选择，包括驱动电压选择、测量输入信号设置、ADC增益选择、ADC采样速率设置、ADC基准选择。测量部分组态界面如图4-10所示。从
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-40-图4-10测量部分组态界面图4-11测量显示界面Fig.4-10MeasurementpartconfigurationinterfaceFig.4-11Measurementdisplayinterface测量显示界面如图4-11所示。对于输出界面首先对输出的组态进行选择，主要是DAC的基准选择以及工作电流设置，输出部分组态界面如图4-12所示。输出部分程控设置界面如图4-13所示。图4-12输出部分组态界面图图4-13输出部分设置界面Fig.4-12OutputpartconfigurationinterfaceFig.4-13Outputsectionsettinginterface4.3上位机软件设计本文对高精度应变信号的测量和发生最终实现与上位机的互联互通，既可以在上位机上对采集到的电压信号进行显示，还可以通过上位机实现对输出信号的程控设置。为了对测量的信号进行实时显示，实现人机交互功能，需要开发可视化界面设计，采用LabVIEW软件进行上位机界面设计。LabVIEW软件由美国国家仪器公司开发设计，特点是图形化编辑语言，常作为开发测量和控制系统的首选，广泛应用于测试测量、控制、仿真等领域[46-48]。LabVIEW提供了一个功能强大、高效并且容易使用的开发环境，使用LabVIEW可以创建自己的虚拟仪器。LabVIEW软面板设计如图4-14所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32单片机动力环境监控终端的设计与实现[J]. 熊斯鹏,陈广辉,高林,黄敏. 电子世界. 2019(21)
[2]高压水下应变测试技术[J]. 于思奇. 一重技术. 2019(04)
[3]基于DAQ及LabVIEW的数据采集平台研发[J]. 穆慧敏,李惠玲,王鹏伟,李颖. 山西地震. 2017(04)
[4]应变电测与传感器技术的新发展及应用[J]. 芦锦波. 电子技术与软件工程. 2017(04)
[5]基于NTP协议的物联网时间同步设备的设计与实现[J]. 肖蕾,崔建峰. 邵阳学院学报(自然科学版). 2016(03)
[6]基于STM32的便携式线阵CCD测量系统设计[J]. 刘珍珍,汪涛,郑雪丽. 微型机与应用. 2016(11)
[7]应变电测与传感器技术的应用与发展探析[J]. 刘宇,孙福强,邓丽华,郑甜,洪珊琴. 电子技术与软件工程. 2014(12)
[8]基于低温电流比较仪的微弱电流精密测量技术[J]. 鲁云峰,赵建亭,贺青,张钟华. 仪器仪表学报. 2013(12)
[9]基于ADS1278的高精度微应变信号采集系统[J]. 莫培旺,王力虎,刘明建,薛志刚. 电子设计工程. 2013(23)
[10]基于无线网络的煤矿井筒多参数监测系统设计及试验[J]. 杨前明,朱雪华,李微微,蔡燕. 煤矿机电. 2013(05)
博士论文
[1]一种新型磁性液体加速度传感器的设计及实验研究[D]. 李强.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]基于Wi-Fi的脉冲氙灯放电监测系统设计[D]. 董凯.哈尔滨理工大学 2018
[2]建筑骨料破碎机力学性能分析[D]. 吴珊.郑州大学 2017
[3]料斗壁的微弱应变信号检测系统设计与实现[D]. 于彬.燕山大学 2017
[4]手持式智能万用表的设计[D]. 刘敏.哈尔滨理工大学 2017
[5]多通道多余物微弱信号检测方法研究[D]. 李超.哈尔滨工业大学 2016
[6]双闭环控制精密直流信号源的研究与设计[D]. 陈迪亮.苏州大学 2015
[7]应用于低频微弱信号检测的前置放大电路设计[D]. 胡志峰.湖南大学 2015
[8]基于LM3S9B96的静态应变数据采集器[D]. 冯欣宇.太原理工大学 2012
[9]FPGA实现的PCI-E高速数据采集系统[D]. 侯冰.西安电子科技大学 2012
[10]钢梁微弱应变信号检测系统设计与实现[D]. 刘伟.电子科技大学 2011
本文编号：3504721
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AD5545时序图
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-39-量程的增益和零点，然后将其保存到存储器中，当测量相应的信号时调用增益和零点值，进行计算。因此校准程序的设计需要测量标准信号的零点和最大值，然后进行存储。4.2触摸屏软件设计设计中采用TFT触摸屏实现对模块的程控化操作，没有任何的手动调节开关。该触摸屏为北京铭正同创科技生产的一款串口智能显示模块EzUIH043_K，是4.3英寸彩色TFT显示屏，480×272点阵，16位色彩深度，EzUIH043_K模块内部有128Mbytes大小的资源存储器，需5V直流供电，模块对外接口为串行UART接口，接口简单，操作方便，与各种微控制器均都进行方便简单的接口操作。触摸屏屏外观如图4-8所示。操作面板功能界面如图4-9所示。图4-8触摸屏外观图图4-9操作面板功能界面Fig.4-8TouchscreenappearanceFig.4-9Operationpanelfunctioninterface操作面板功能界面主要包括四个部分：1．直流应变测量：对于输入信号在0-30mV内的微弱应变信号进行测量；2．应变电桥模拟：能够输出0-30mV的微弱直流电压信号；3．直流电压测量：能够对0-10V直流电压信号进行测量；4．直流电压输出：能够输出0-10V的直流电压信号。对于测量部分首先对测量组态进行选择，包括驱动电压选择、测量输入信号设置、ADC增益选择、ADC采样速率设置、ADC基准选择。测量部分组态界面如图4-10所示。从
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-40-图4-10测量部分组态界面图4-11测量显示界面Fig.4-10MeasurementpartconfigurationinterfaceFig.4-11Measurementdisplayinterface测量显示界面如图4-11所示。对于输出界面首先对输出的组态进行选择，主要是DAC的基准选择以及工作电流设置，输出部分组态界面如图4-12所示。输出部分程控设置界面如图4-13所示。图4-12输出部分组态界面图图4-13输出部分设置界面Fig.4-12OutputpartconfigurationinterfaceFig.4-13Outputsectionsettinginterface4.3上位机软件设计本文对高精度应变信号的测量和发生最终实现与上位机的互联互通，既可以在上位机上对采集到的电压信号进行显示，还可以通过上位机实现对输出信号的程控设置。为了对测量的信号进行实时显示，实现人机交互功能，需要开发可视化界面设计，采用LabVIEW软件进行上位机界面设计。LabVIEW软件由美国国家仪器公司开发设计，特点是图形化编辑语言，常作为开发测量和控制系统的首选，广泛应用于测试测量、控制、仿真等领域[46-48]。LabVIEW提供了一个功能强大、高效并且容易使用的开发环境，使用LabVIEW可以创建自己的虚拟仪器。LabVIEW软面板设计如图4-14所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32单片机动力环境监控终端的设计与实现[J]. 熊斯鹏,陈广辉,高林,黄敏. 电子世界. 2019(21)
[2]高压水下应变测试技术[J]. 于思奇. 一重技术. 2019(04)
[3]基于DAQ及LabVIEW的数据采集平台研发[J]. 穆慧敏,李惠玲,王鹏伟,李颖. 山西地震. 2017(04)
[4]应变电测与传感器技术的新发展及应用[J]. 芦锦波. 电子技术与软件工程. 2017(04)
[5]基于NTP协议的物联网时间同步设备的设计与实现[J]. 肖蕾,崔建峰. 邵阳学院学报(自然科学版). 2016(03)
[6]基于STM32的便携式线阵CCD测量系统设计[J]. 刘珍珍,汪涛,郑雪丽. 微型机与应用. 2016(11)
[7]应变电测与传感器技术的应用与发展探析[J]. 刘宇,孙福强,邓丽华,郑甜,洪珊琴. 电子技术与软件工程. 2014(12)
[8]基于低温电流比较仪的微弱电流精密测量技术[J]. 鲁云峰,赵建亭,贺青,张钟华. 仪器仪表学报. 2013(12)
[9]基于ADS1278的高精度微应变信号采集系统[J]. 莫培旺,王力虎,刘明建,薛志刚. 电子设计工程. 2013(23)
[10]基于无线网络的煤矿井筒多参数监测系统设计及试验[J]. 杨前明,朱雪华,李微微,蔡燕. 煤矿机电. 2013(05)
博士论文
[1]一种新型磁性液体加速度传感器的设计及实验研究[D]. 李强.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]基于Wi-Fi的脉冲氙灯放电监测系统设计[D]. 董凯.哈尔滨理工大学 2018
[2]建筑骨料破碎机力学性能分析[D]. 吴珊.郑州大学 2017
[3]料斗壁的微弱应变信号检测系统设计与实现[D]. 于彬.燕山大学 2017
[4]手持式智能万用表的设计[D]. 刘敏.哈尔滨理工大学 2017
[5]多通道多余物微弱信号检测方法研究[D]. 李超.哈尔滨工业大学 2016
[6]双闭环控制精密直流信号源的研究与设计[D]. 陈迪亮.苏州大学 2015
[7]应用于低频微弱信号检测的前置放大电路设计[D]. 胡志峰.湖南大学 2015
[8]基于LM3S9B96的静态应变数据采集器[D]. 冯欣宇.太原理工大学 2012
[9]FPGA实现的PCI-E高速数据采集系统[D]. 侯冰.西安电子科技大学 2012
[10]钢梁微弱应变信号检测系统设计与实现[D]. 刘伟.电子科技大学 2011
本文编号：3504721
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