实验三 电阻式传感器的仿真与接口电路设计 首先介绍一款应变片传感器YZC-1B称重传感器。它的主要参数见下表。 额定载荷： 3,5,8,10,15,20,25,30, 35,40,45kg 绝缘电阻：≥5000MΩ 工作温度范围：-40 ～+80℃ 灵敏度：2.0±0.002mv/v 安全过载：150%F.S 综合误差：±0.02%F.S 极限过载：200%F.S 蠕变：±0.02%F.S 推荐激励电压：10～12V(DC) 零点平衡：±1%F.S 最大激励电压：15V 零点温度影响：±0.02%F.S/10℃ 密封等级：IP67 输出温度影响：±0.02%F.S/10℃ 材质：铝合金 输入电阻：405±5Ω 电缆：线长：0.3～3m；直径：￠4mm 输出电阻：350±3Ω 输入+：红；输入-：黑； 输出+：绿；输出-：白 这种传感器主要的应用领域是电子计价秤、计重秤等小台面电子秤。它的外观是这样的。这个实验里首先对这样一款传感器进行仿真，然后设计一个接口电路，使其具有测量压力（重量）的功能。
电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的 电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随着 压力的变化而变化。对于金属导体，导体变化率△R/R的表达式为: △ R/R ≈(1＋2μ)ε 式中μ为材料的泊松系数；ε为应变量。通常把单位应变所引起电阻值相对 变化称作电阻丝的灵敏系数。对于金属导体，其表达式为: K ＝△R/R＝(1＋2μ) 所以△R/R＝K ε。 在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。当测得 阻值变化为ΔR时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为: σ＝Eε 式中：σ为应力；ε为应变量（为轴向应变）；E为材料的弹性模量（kg／mm2）。又知，重力G与应力σ的关系为G＝㎎＝σs 。式中：G为重力；S为应 变片截面积。 根据以上各式可得到：ΔR/R＝K mg/ES。由此便得出应变片电阻值变化与物 体质量的关系，即ΔR＝RK 0mg/ ES。根据应变片的材料，取K =2，E=16300kg∕ mm2， s=100mm2，R=350Ω,g=9.8m∕s，ΔR=[（2×9.8×348）∕（16300×100）]m。 最终确定电阻变化与质量的对应关系为： ΔR =4.185×10-3m 下面用multisim10建立一个包含有传感器和放大电路在内的电路原理图，来进行输入输出的仿真。原理图如下。
RS485串行通信接口电路的总体设计 在电参数仪的设计中，数据采集由单片机AT89C52负责，上位PC机主要负责通信（包括与单片机之间的串行通信和数据的远程通信），以及数据处理等工作。在工作中，单片机需要定时向上位PC机传送大批量的采样数据。通常，主控PC机和由单片机构成的现场数据采集系统相距较远，近则几十米，远则上百米，并且数据传输通道环境比较恶劣，经常有大容量的电器（如电动机，电焊机等）启动或切断。为了保证下位机的数据能高速及时、安全地传送至上位PC机，单片机和PC机之间采用RS485协议的串行通信方式较为合理。 实际应用中，由于大多数普通PC机只有常用的RS232串行通信口，而不具备RS485通信接口。因此，为了实现RS485协议的串行通信，必须在PC机侧配置RS485/RS232转换器，或者购买适合PC机的RS485卡。这些附加设备的价格一般较贵，尤其是一些RS485卡具有自己独特的驱动程序，上位PC机的通信一般不能直接采用WINDOW95/98环境下有关串口的WIN32通信API函数，程序员还必须熟悉RS485卡的应用函数。为了避开采用RS485通信协议的上述问题，我们决定自制RS485/RS232转换器来实现单片机和PC机之间的通信。 单片机和PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图，如下图1所示。 从图1可看出，单片机的通信信号首先通过光隔，然后经过RS485接口芯片，将电平信号转换成电流环信号。经过长距离传输后，再通过另一个RS485接口芯片，将电流环信号转换成电平信号。 图1单片机与PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图(略) 该电平信号再经过光电隔离，最后由SR232接口芯片，将该电平信号转换成与PC机RS232端口相兼容的RS232电平。由于整个传输通道的两端均有光电隔离，故无论是PC机还是单片机都不会因数据传输线上可能遭受到的高压静电等的干扰而出现“死机”现象。 2接口电路的具体设计 2-1单片机侧RS485接口电路的设计 单片机侧RS485接口电路如图2所示。 AT89C52单片机的串行通信口P3 0（RXD）和P3 1（TXD）的电平符合TTL/CMOS标准（逻辑“0”的电平范围为0V～0.8V,逻辑“1”的电平为2 4V～VCC）,它们首先通过光电隔离器件6N137隔离，以保护单片机不受传输通道的干扰影响，其中T01和?T02是为了增加光隔输入端的驱动能力。光隔6N137的左侧电源与单片机相同，右侧必须采用另一组独立的＋5V电源，且两组电源不能供电。 图2单片机侧RS485接口电路