本文的结构组成

本论文分为五部分。

绪论：主要阐述传感器及其技术的发展现状，介绍设计研究背景、意义及目的，说明了设计任务及主要的设计思想，介绍本论文的组成。

第2章：反馈式力传感器系统总体设计方案的比较及选定，介绍了前向通道各个模块的几种设计方案，通过对方案的比较，结合反馈控制环节的方案确定了反馈式力传感器系统最终总体设计方案。

第3章：介绍了反馈式力传感器系统中的一个重要组成部分——反馈式力传感器前向通道硬件电路设计，详细分析各单元的硬件电路，并给出相关电路原理图。

第4章：简要介绍了反馈部分的一些软件设计，给出主要程序流程图。

第5章：系统联机调试。

本设计主要是利用单片机控制的、采用电磁力反馈平衡方式和 PID算法调节的用于称重的反馈式力传感器。其中，控制部分主要是由mega16及PID控制算法构成，执行机构是电磁力发生器，控制对象即为敏感元件。考虑到每个模块都有不同的实现方式，故通过反复比较选择最优方案。

反馈式力传感器前向通道方案分析

根据设计要求，本设计主要是完成一定精度的重物的测量，物体的重量是通过测量作用于执行机构的控制量间接测得，其前向通道主要包括：力发生器及驱动电路、位移检测电路及系统的机械结构。在论证方案时，应该先对系统硬件核心---力发生器设计方案进行论证。在确定力发生器设计方案后，再根据力发生器的具体设计参数选择合适的机械结构构建一个完整的测量方案。

有上图可以看出，A点为输入波形，B点为经过MOS管整流后的波形，C点为滤波后的波形。从图中可以看出虽然经过两级RC滤波后的电压波动非常小，但如果不再下一级加入一个功率运放构成一电压跟随器，则电路驱动能力无法达到驱动力发生器的要求。为此我们选用输出放大器TLV2472，工作在电压跟随器方式，它是一个Rail-to-Rail放大器，它的输出电压的跨度几乎等于电源电压幅度，因此可以得到0V的电压输出，克服了一般放大器(如LM324,TL071等)输出电压跨度比电源电压范围小于1 V左右这一缺点。但是很遗憾我们没有买到这个型号的器件，最后经过试验发现直接对输出的PWM进行功率放大也能达到同样的驱动效果，而一旦采用这种方式作为驱动则无法对力发生器的驱动电压直接采样，只能通过PWM波占空比和实际电压间的关系查表确定驱动电压。从而计算出物体重量。

本设计反馈式力传感器主要是采用电磁力反馈平衡方式，结合MEGA16 及PID算法控制完成一定精度的重物的测量。主要有两个大模块构成—前向通道设计和反馈控制设计，前一项主要是完成一些机械制作及其位移测量方案和力发生器的制作及其驱动电路，这一模块的制作上由于制作工艺及制造设备的缺乏，影响了整个系统的精度；后一项主要是基于前一项的结构，利用MEGA16 及PID算法对整个机械结构进行反馈控制，通过调节PWM波的占空比最终使系统达到平衡，从而计算出物体的重量并显示。

整个设计过程从拿到毕业设计题目到对题目的分析、方案的论证与选择、制作到最后的整机的软硬件调试这一过程中，由于题目涉及的知识面较广加上以前从未学习过相关知识，所以刚开始时在力发生器的选型和制作上试验了多种方法浪费了不少时间，影响了整个设计的进度。

在设计思路上，遵循模块化的设计原则，先对各个小模块单独进行设计和调试，使电路进一步简化、清晰，达到设计指标。最后再将各个模块联机调试，使系统能正常运行并能完成一定精度重物的测量，将结果实时显示出来。