本设计采用应变片电阻传感器，应变片电阻组成全桥差分电桥，当电阻受到力的作用时，电阻会发生形变，导致阻值发生变化，从而导致电桥失去平衡而产生输出值。输出值经放大器放大后，经过A/D转换送入单片机，由单片机进行分析处理并显示。经过多次测试，确认系统能长时间稳定工作，完全达到设计要求。本设计可以应用于实践，充分了解电阻式触摸传感器的应用原理，理论与实践相结合，加深对传感器的认识。关键词：应变片电阻；放大器；单片机； A/D转换传感器课程设计10传感器课程设计电阻式传感器应用电路设计、设计要求1.作用与用途电阻式传感器利用非电量（如力、位移、加速度、角速度、温度、光强等）的变化，在电路中引起电阻的变化，从而把难以测量的非电量转换成电量，便于测量，并能输入计算机进行处理。用于此目的的电阻器称为电阻式传感器。它大致可分为电阻应变式、压阻式、热电阻式、磁电式、光敏电阻式等。例如，将应变片粘贴在被测构件上，可直接测量构件的应变和应力。例如，可研究或验证机械、桥梁、建筑物等某些构件在工作状态下的应力和变形。或将应变片粘贴在弹性元件上，与弹性元件一起组成应变传感器。这种传感器常用于测量力、位移、加速度等物理参数。
2、课题意义及产品开发现状由电阻式传感器和相应的测量电路组成的力、压力、称重、位移、加速度、扭矩等测量仪表，是冶金、电力、交通、石油化工、商业、生物医药、国防等部门自动称重、过程检测及生产过程自动化不可缺少的工具之一。随着人们测量要求的提高，传统的机械式测力方法已不能满足人们的要求，电阻式传感器以其体积小、灵敏度高、频响范围大、可靠性好等诸多优点得到了广泛的应用。二、方案设计1、方案说明方案一：基于压电效应的压电力测力传感器。它是一种自发电、机电转换型传感器，其敏感元件采用压电材料制成，当压电材料受到力的作用时，在其表面产生电荷，此电荷经电荷放大器、测量电路放大、阻抗变换后，变成与外力成比例的电输出。 压电传感器用于测量力以及能转换成力的非电物理量。应用原理：压电效应。当某些材料在一定方向上受力而变形时，在一定的表面上就会产生电荷，当外力撤去后又恢复到不带电的状态。当力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。这种机械能转换成电能的现象称为正压电效应。或并联压电效应，参考电路如图1所示。优点：压电传感器响应速度快、灵敏度强、重复性好、带宽宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻。
应用领域：压电传感器元件属于力敏感元件，可以测量动态力、动态压力、振动加速度等最终能转换成力的非电物理量，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等领域得到了广泛的应用。缺点：价格昂贵、压电系数小、灵敏度低、外电路复杂，有些压电材料需要防潮措施，输出直流响应差，需采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。显示A/D转换压电传感器放大电路方案1原理框图图1方案2：电阻应变计力测量以电阻应变计为转换元件的电阻传感器。电阻应变传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体的测量要求设计成多种结构形式，弹性敏感元件受测力产生变形，贴在其上的电阻应变计随之一起变形。 电阻应变式传感器的原理：当导体或半导体材料受到外力(拉力或压力)作用时，产生机械变形，导致其电阻值发生相应的变化，这种变形使其电阻值产生如图所示的变化，参考电路如图2所示优点：应变灵敏系数大、体积小、电阻率高而稳定、频响范围大、结构简单、频响线性误差大、可进行温度补偿。准确度高、测量范围宽、寿命长、稳定性好、能在恶劣条件下工作，容易实现小型化、集成化和品种多样化等缺点：对大应变和弱输出信号非线性较大。
显示转换A/D放大电路电阻传感器方案2原理框图图2、方案演示传感器课程设计通过方案比较，由于方案2抗干扰能力强、电路实现简单，因此选用方案2。电阻应变片式应用范围广，测量准确度和灵敏度高，频响特性好，对复杂环境适应性强，经济实惠。3、电阻应变片传感器工作原理设某金属导体的阻值R为：?dA?d?dLd?R2AAA它的相对变化量为：?dAddRdL?(3)?ALR2?，r若电阻丝为圆，即为电阻丝半径，则rdr?r2dAA?drdA2?(4)rAdL? 为金属丝径向应变，则 XyxxyLdr?(5)yr 将（4）和（5）代入（3）?ddR（6）?)(1?2K?(8)S?xdR?K?(9)SSRσ 根据应力与应变的关系，可得?(10)kg/mm)。，dR，而试件应变与电阻值的变化成正比。因此，应力值σξ与电阻值的变化成正比。这就是应变计测量应变的基本原理。 传感器课程设计 四、电路工作原理 电路工作原理如图3所示，应变计电阻组成全桥差分电桥，当电阻受到力的作用时，电阻会发生变形，引起阻值变化，从而使电桥失去平衡，产生输出值，输出值经放大器放大后，经A/D转换送给单片机，再由单片机进行分析处理后显示。
四个电阻应变计连接到全桥差分电路。 当没有外力作用时，电桥处于平衡状态，其输出为零，即：RR(11)31）U?E(?ORR?R?R4321U=0，所以平衡时O(12)=RRRR时，输出电压为：RR=当受到外力作用，即两个为拉力，两个为压缩，且满足R=R=4213时，输出电压为：RR?RR?(13)3311）?UE(ORR?R?R?R?RR?R?44231321R?1EU?(14)OR1R?1呈线性关系，不存在非线性误差，灵敏度高（是单臂差分全桥电路UR 1为毫伏级，需经U桥放大四倍），还能起到温度补偿的作用。其输出电压O转换成数字量送入单片机，经单片机放大后，再经单片机进行数字量输出。芯片转换为伏级，再由A/D器件A1控制显示。整体电路连接图图3五、单元电路设计、参数计算与器件选择传感器课程设计1、单元电路设计全桥差分电路4个电阻应变片接入图4所示的全桥差分电路，当没有外力作用时，电桥处于平衡状态，其输出为零，当受到外力作用时，原来的平衡被打破，电桥输出电压值。RR被拉高，RR被压缩，变化量为R。3214全桥差分电路图图4放大电路（2）(改进电路所示的基本差分放大器，有利于抑制共模干扰5放大环节选用图中所示的共模抑制比)和减少温漂。
5、放大环节电路图图转换与处理环节电路传感器课程设计图6所示电路由ADC0809、SUN7474、STC89C52组成，放大后的电压值是模拟量，不能直接送入单片机处理，必须经过A/D转换成8位数字量后再送入单片机处理并在LCD1602上显示。转换与处理环节电路图图2、参数计算（1）全桥差分电路的输出电压为：R?1（15）OR1放大电路（2）由于电路完全对称，R7（16）UV?OOR6 500所选电阻参数的放大增益为。3、选用该器件作为电阻应变计，应变灵敏系数大，在测得的应变范围内保持不变；-R（1）R41的电阻率高而稳定，便于制造栅长较小的应变计； 电阻温度系数要小；抗氧化性能高，耐腐蚀性能强；在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；加工性能好，
