称重传感器C16A-20为智能化云梯衡的关键部件之一    从化云梯出租, 从化云梯租赁, 云梯租赁   其性能直接决定了云梯衡称量准确度，因此设计中必须重点考虑。灵敏度S、额定量程Ws为称重传感器的两个最重要的技术指标。称重传感器灵敏度S一般为2mV/V，而额定量程Ws的选择必须考虑云梯衡设计的最大称量Mmax。考虑到称重传感器的寿命和使用安全，Mmax与Ws一般具有以下关系：max111(~)24NtaresiiMMW=+=∑N为称重传感器的个数；Mtare为秤体自身重量，在本文设计的智能化云梯衡中，Mtare≈9.1t。当Mmax=40t，N=8，且各传感器额定量程相同时，则Wsi=Ws=12.275~24.55t，本设计取Ws=20t。设计时，称重传感器采用HBM公司的C16A-20型号称重传感器，这种称重传感器结构结实，具有自复位功能、防旋转功能与防雷击功能等，非常适用于云梯衡。C16A-20的技术指标如下：（1）额定量程：20t；（2）灵敏度：2mV/V；（3）分度数：5000d~10000d；（4）精度等级：C3级；（5）符合EMC标准、OIML标准。

    信号采集电路设计智能化云梯衡信号采集电路主要包括称重信号采集电路、温度采集电路等，其完成称重融合输入数据的获取。 称重信号采集电路设计本文设计的智能化云梯衡具有相互独立的8路称重数据采集通道，其由信号调理电路、A/D转换电路、DSP及其外围电路等构成。系统采用的DSP为TI公司的TMS320VC5502。这种DSP采用哈佛结构，主时钟频率可达300MHz，具有强大的信息处理能力；具有64KB的DARAM和16KB的片上ROM；具有多个高速的多通道缓冲串口（McBSP），可直接与I2C、SPI器件接口；McBSP可配置为异步串口模式（UART），配合接口芯片MAX3232，可实现与其它设备的远程通信；具有较强的抗干扰能力和稳定性。

  （1）A/D转换电路设计由于智能化云梯衡的内分度数为1kg，云梯衡的最大秤量为40t，因此A/D转换电路的分辨率至少为1/40000。考虑到噪声的影响，实际应用中应设定裕量，一般为最小分辨率的10倍（即能够分辨出0.1kg），因此A/D转换电路的分辨率设计为1/400000。此时A/D转换器至少为19位（19位A/D转换器的分辨率为1/524288），智能化云梯衡采用AnalogDevices公司的24位高精度、低噪声的∆-∑型A/D转换器AD7799完成称重信号的A/D转换。 AD7799采用差分输入方式，与称重传感器、信号调理电路、DSP芯片TMS320VC5502等构成了分辨率为0.1kg的称重信号采集电路。集成运放U0A与电阻RE1、RE2等组成A/D转换器的基准电压发生器，其输出VREF=2.5V。AD7799具有SPI接口，能够很方便实现与DSP通信。每片AD7799具有3路相互独立的A/D转换通道，因此对于8路称重传感器的智能化云梯衡，至少需要3片AD7799构成称重数据采集系统，DSP通过译码电路产生片选信号CS1、CS2、CS3，实现对AD7799的片选控制。

    （2）信号调理电路设计调理电路由称重信号放大电路、低通滤波电路及相关外围电路组成。智能化云梯衡的各路信号调理电路相互独立，本节以其中一路为例，详细阐述电路设计方法。图6.3为称重信号采集通道1的调理电路原理图。图6.3中，U1(包括U1A和U1B)、R1、R2、R3、C1、C2等组成第一级双端输入双端输出的仪用放大器与低通滤波器，U2(包括U2A和U2B)、R4、R5、R6、C3、C4等组成第二级双端输入双端输出的仪用放大器与低通滤波器。这种仪用放大器具有低噪声、高输入阻抗、低输出阻抗等优点，它们共同完成对称重传感器1输出的微弱信号（IN1+、IN1-）进行放大和低通滤波，并将调理后的信号（ADIN1+、ADIN1-）直接传送至A/D转换器。集成运放U1采用TI公司的OPA2227，该集成运放具有低噪声、低漂移、低失调电压、高共模抑制比(CMRR)、工作频带宽等优点，很适合微弱信号处理。

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  （3）信号调理电路电压放大倍数的确定图6.3中，U1、R1、R2、R3、C1、C2等组成的第一级调理电路的电压放大倍数为1321uRRAR+=+   设Si为称重传感器i的载荷灵敏度，Fimax为其额定量程，us为称重传感器的电源电压，iminM为称重传感器i能够分辨的最小载荷量，则称重传感器在最小载荷量iminM作用下的输出  当Si=2mV/V，Fimax=20t，us=5V，iminM=0.1kg时，iminu=0.05μV。采用24位的高精度A/D转换器，其能够分辨的最小输入电压REFV为参考电压，当REFV=12VCC=2.5V时，inminu%≈0.149μV。由以上分析可以看出，如果信号不放大，A/D转换器将不能识别iminu。因此必须对称重传感器的输出电压放大，其最小放大倍数  当称重传感器i承载满负荷时，传感器输出电压uimax为maxmax10(mV)isiiiSuuMF   由于A/D转换器的最大输入电压可达inmaxu%=VREF=2.5V，因此调理电路的最大放大倍数Aumax为max 因此，调理电路总的电压放大倍数Au应满足2.98≤Au≤250。实际应用中，要求称重传感器承载的负荷一般为≤max23iF，即要求当Mi=max23iF时，A/D转换器满幅值输出，因此调理电路的最大放大倍数Aumax=375，即Au应满足2.98≤Au≤375。综合各方面的因素，取调理电路总的电压放大倍数Au=200。考虑到放大电路的稳定性，称重信号采集单元采用两级放大电路，它们的电压放大倍数分配为：Au1=21，Au2≈9.524。考虑到电阻的标称值，令R2=1kΩ，R1=R3，则有R1=R3=10kΩ。同理，取R5=470Ω，R4=R6，则有R4≈R6≈2kΩ。

      （4）低通滤波器参数的确定 U1、R1、R2、R3、C1、C2等组成第一级有源低通滤波器，U2、R4、R5、R6、C3、C4等组成第二级有源低通滤波器，它们用于滤除工频信号的干扰。由于称重信号为直流信号，考虑到滤波效果，取两级低通滤波器的截止频率均为fc=10Hz。对于第一级有源低通滤波器，令C1=C2，则有12111.592(F)2cCCRfμπ==≈（6.9）取标称值C1=C2=2μF。同理可求出第二级有源低通滤波器的电容值C3=C4=7.962μF，取标称值C3=C4=10μF，此时两级低通滤波器的截止频率将均为fc=7.962Hz。调理电路的幅频响应曲线。应当指出的是，由于采用两级放大滤波，因此低通滤波电路的截止频率会下降。从图可以看出，当调理电路的增益Gain下降-6dB时，即Gain=39.83dB时，滤波器的频率为f=7.94Hz（即为单级滤103波器的截止频率）；当频率f=50Hz时，调理电路增益Gain=15.86dB，符合设计要求。值得注意的是，为了减少温度对云梯衡称重结果的影响，各电阻的温度系数必须很小。工程应用中，一般采用温度系数为5ppm的塑封电阻，同时应选用温度系数小的运算放大器，如OPA2227等。 温度数据采集与时间信号获取温度和蠕变对云梯衡称重结果影响明显。智能化云梯衡通过采集工作环境温度信号和载荷加载持续时间信号，完成温度与蠕变误差的自动补偿。智能化云梯衡通过数字温度传感器DS1624完成工作环境温度的实时采集。DS1624具有将被测温度信息直接转化为数字信号的功能，在-55℃～125℃范围内具有0.03125℃的分辨率，不需要进行温度标定，非常适合于高精度的温度测量。

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