高精度数字式智能称重传感器

论文摘要

传统的模拟式称重传感器具有输出模拟信号小、传输距离短、抗干扰能力差、安装调试不方便等缺点,而且随着信息时代的到来,越来越多的测试任务要求以计算机为测试平台,实现将高精度、快速度、多样性、灵活性相结合的测试,传感器向着小型化、模块化、数字化、智能化和网络化发展也就成为了必然。因此在种类繁多的称重仪表中,数字化称重传感器渐渐成为市场上的新宠。与模拟称重传感器相比,数字化称重传感器的可靠性高,抗干扰能力强,灵敏度高,防雷性能好,通信速度快,防作弊效果显著等优点使它成为传感器的发展趋势。针对模拟传感器的输出信号小、传输距离短、抗干扰能力弱,以及目前一些数字称重传感器精度不高等一系列问题,本文提出了一种精度可达0.05uV／10mV(百万分之五)的数字化称重传感器设计。该设计充分结合硬件系统和软件系统功能,采用全差分信号调理、比率测量技术、交流激励原理及数字滤波器技术大大降低了系统对硬件的要求,降低了系统成本；同时采用32位微处理器进行数字信号处理以实现系统线性调整、温度补偿和数字滤波等功能,提高了系统的精度、线性和稳定性。另本设计采用独创的数字滤波器技术,使得数字滤波器在保持高滤波性能的前提下具有短的建立时间,保证了数据测量的实时性。经验证,该设计基本达到了系统所要求的精度指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 称重传感器概述
• 1.1.1 称重传感器测量原理
• 1.1.2 称重传感器的发展趋势
• 1.2 论文的目的、内容和目标
• 1.3 课题研究的意义
• 第二章 背景技术介绍
• 2.1 高精度信号处理基础知识
• 2.1.1 噪声、寄生热偶对微弱模拟信号的影响
• 2.1.2 常用数字滤波技术
• 2.2 抗干扰设计基础知识
• 2.2.1 干扰的耦合方式
• 2.2.2 常用硬件抗干扰技术
• 第三章 高精度数字式智能称重传感器的结构及原理
• 3.1 传统称重传感器存在的问题
• 3.2 高精度数字式智能称重传感器的系统结构
• 3.3 高精度数字式智能称重传感器方案
• 3.3.1 方案比较
• 3.4 高精度数字式智能称重传感器设计
• 3.4.1 全差分信号调理电路
• 3.4.2 交流激励的优势
• 3.5 比率测量技术原理的应用
• 3.5.1 传统测量方法存在的问题
• 3.5.2 比率测量的理论分析
• 3.5.3 比率测量的优势
• 3.6 本章小结
• 第四章 高精度数字式智能称重传感器硬件电路设计
• 4.1 高精度数字式智能称重传感器系统的硬件设计
• 4.2 核心电路设计
• 4.2.1 ARM7核MCU
• 4.2.2 复位电路设计
• 4.2.3 时钟电路
• 4.3 模拟部分电路设计
• 4.3.1 全差分信号调理电路
• 4.3.2 ∑-Δ快速A/D电路
• 4.3.3 模拟电源电路
• 4.4 数字部分电路设计
• 4.4.1 485接口电路
• 4.4.2 EEPROM存储电路
• 4.4.3 数字电源电路
• 4.5 硬件抗干扰技术
• 4.5.1 微处理器抗干扰设计
• 4.5.2 印刷电路板的布线原则
• 4.5.3 配置去耦电容
• 4.6 系统硬件测试
• 4.7 本章小结
• 第五章 高精度数字式智能称重传感器软件算法设计
• 5.1 软件系统目标
• 5.1.1 通信协议
• 5.2 软件系统结构
• 5.3 系统启动代码设计
• 5.4 系统优化算法设计
• 5.4.1 线性调整算法设计
• 5.4.2 温度补偿算法设计
• 5.5 串口通信程序
• 5.6 软件抗干扰设计
• 5.6.1 数字滤波技术
• 5.6.2 软件陷阱
• 5.7 本章小结
• 第六章 高精度数字式智能称重传感器输数字滤波器算法研究
• 6.1 数字滤波器算法选择
• 6.1.1 窗口移动数据平均滤波
• 6.1.2 IIR数字滤波器实现
• 6.2 IIR数字滤波器的优化设计
• 6.2.1 传统数字滤波器存在的问题
• 6.2.2 优化的IIR数字滤波器设计
• 6.3 数字滤波器滤波效果
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结展望
• 7.1 总结
• 7.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的工程项目
• 学位论文评阅及答辩情况表