公路超重監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要 介紹一種動(dòng)態(tài)測(cè)重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法，主要功能動(dòng)態(tài)測(cè)量行駛車(chē)輛的輪胎受力，并計(jì)算相應(yīng)靜態(tài)車(chē)輛重量，完全自動(dòng)、不停車(chē)測(cè)重。硬件設(shè)計(jì)中介紹數(shù)字電路的構(gòu)成，a/d轉(zhuǎn)換器、信號(hào)差分放大和led顯示電路。軟件設(shè)計(jì)中提出了根據(jù)實(shí)際采樣波形而設(shè)計(jì)的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)處理方法。關(guān)鍵詞：高速公路 汽車(chē)載重 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 傳感器 單片機(jī) 構(gòu)成 目 錄引言 1 緒論 1.1 課題背景 1.2 超重檢測(cè)器的概述 1.3 研究的目的和意義 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 1.4.1硬件問(wèn)題 1.4.2軟件問(wèn)題 2 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 2.1 超重檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 2.2 設(shè)計(jì)的基本思路 2.3 方案比較和論證 2.3.1控制器

2、 2.3.2前級(jí)放大器 2.3.3 a/d轉(zhuǎn)換器 3 系統(tǒng)構(gòu)成 3.1 壓力傳感器 3.1.1傳感器的定義 3.1.2傳感器的作用 3.1.3傳感器的組成 3.1.4傳感器的分類(lèi) 3.1.5傳感器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 3.2 儀器放大器采用op27 3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用a/d0809 3.4 繼電器 3.5 單片機(jī)采用at89s52 3.5.1 mcs-51單片機(jī)的組成 3.5.2電源線 3.5.3端口線 3.5.4控制線 3.6 led數(shù)碼管 3.7 變壓器 4 硬件電路設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)使用的基本知識(shí)介紹 4.2 芯片介紹及相關(guān)電路模塊設(shè)計(jì) 4.2.1測(cè)重傳感器電橋原理圖 4.3 前端信號(hào)放大處理電

3、路圖 4.4 a/d0809轉(zhuǎn)換電路 4.4.1 a/d電路的信號(hào)流程 4.5 主控制電路 4.5.1復(fù)位電路 4.5.2晶振電路 4.5.3下載接口 4.6 人機(jī)交互界面 4.6.1鍵盤(pán)接口電路 4.6.2 led數(shù)碼管顯示電路 4.6.3電源電路 4.7 其它擴(kuò)展電路 4.7.1警告電路 引言：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)以其自身的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于智能化測(cè)控設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)嵌入到對(duì)象體系中的嵌入式系統(tǒng)已滲透到單位、家庭和個(gè)人，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。本次設(shè)計(jì)的高速公路超重檢測(cè)系統(tǒng)正是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一種。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件

4、是指單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入/出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件；軟件是指單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序。只有系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，才可能組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程一般包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試幾個(gè)階段。這幾個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段并不是相互獨(dú)立、各自進(jìn)行的，而應(yīng)根據(jù)開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。高速公路超重檢測(cè)需要應(yīng)變片式壓力傳感器。從廣義上講，傳感器就是能感受外界信息并能按一

5、定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置。狹義上講，傳感器就是能將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備幾乎都離不開(kāi)傳感器。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，用各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、ph值等，以便使設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)中所利用到的壓力傳感器就是要測(cè)量行駛車(chē)輛車(chē)輪向壓力傳感器施壓導(dǎo)致電壓變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，并且利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)車(chē)輛超重的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能控制。本次設(shè)計(jì)車(chē)輛超重檢測(cè)系統(tǒng)的就是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種典型應(yīng)用，要求能夠檢測(cè)高速公路上

6、行駛車(chē)輛的載重，并且對(duì)違章超重車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)稱(chēng)重、并顯示出相應(yīng)的信息警告司機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)，對(duì)違章車(chē)輛進(jìn)行抓拍。由于車(chē)輛超載引發(fā)大量交通事件、路面、橋梁隧道等嚴(yán)重受損。為了維護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失,保證人民的生命安全, 保護(hù)公路暢通無(wú)阻, 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備來(lái)限制超載車(chē)輛至關(guān)重要。隨著電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，面對(duì)各種檢測(cè)對(duì)象和大量的測(cè)試點(diǎn)，需要利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。而此時(shí)采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速公路超重檢測(cè)不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高采集點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次檢測(cè)系統(tǒng)正是

7、把a(bǔ)dc0809與at89s52單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也符合了本設(shè)計(jì)的要求。本人在此次設(shè)計(jì)中主要擔(dān)任了系統(tǒng)的硬件電路圖的設(shè)計(jì)、硬件的焊接和調(diào)試、軟件的設(shè)計(jì)、以及各個(gè)芯片資料查找與整理等工作。1 緒論1.1 課題背景我國(guó)的高速公路發(fā)展比西方發(fā)達(dá)國(guó)家晚近半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，從80年代末開(kāi)始起步， 到2004年年底已經(jīng)超過(guò)3萬(wàn)公里。根據(jù)交通部最新公布的國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，從2005年起到2030年，國(guó)家將斥資兩萬(wàn)億元，新建5.1萬(wàn)公里高速公路，使我國(guó)高速公路里程達(dá)到8.5萬(wàn)公里。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 交通量的迅速增加,各種運(yùn)輸車(chē)的數(shù)量和比重逐年遞增, 特別是一些運(yùn)輸單位或個(gè)人不顧車(chē)輛、公

8、路承載能力及行車(chē)安全, 擅自對(duì)車(chē)輛進(jìn)行改裝, 致使公路、橋梁及其附屬設(shè)施受到嚴(yán)重破壞, 由此而引發(fā)大量交通事件、路面、橋梁、隧道等嚴(yán)重受損。為了維護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失,保證人民的生命安全, 保護(hù)公路暢通無(wú)阻, 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備來(lái)限制超載車(chē)輛至關(guān)重要。同時(shí), 動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備能廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化交通調(diào)查、收費(fèi)系統(tǒng)、交通安全管理等場(chǎng)合, 并能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。還可推廣應(yīng)用于企業(yè)、碼頭等載貨車(chē)輛稱(chēng)重和管理。動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)應(yīng)用面很廣, 國(guó)內(nèi)外研究部門(mén)和企業(yè)都在研制、生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品, 其中德國(guó)和美國(guó)研究水平較高。德國(guó)pat 公司生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的精度已達(dá)3%。而國(guó)內(nèi)研制的固定式動(dòng)態(tài)車(chē)輛稱(chēng)重系統(tǒng)誤差

9、為5% ,一般都是在高速公路入口收費(fèi)車(chē)道前安裝一臺(tái)低速測(cè)重系統(tǒng)，向收費(fèi)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)傳輸軸重、整車(chē)重、車(chē)速、車(chē)軸數(shù)量、車(chē)型、軸距、速度、車(chē)道號(hào)和行駛方向、日期和時(shí)間、數(shù)據(jù)記錄序號(hào)、車(chē)輛加速度、超限判別標(biāo)識(shí)等信息，實(shí)現(xiàn)計(jì)重收費(fèi)和超限檢測(cè)功能。為此,我們采用mcs-51系列adc89s52單片機(jī)設(shè)計(jì)一種動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)用于高速公路上的超重檢測(cè)。（本系統(tǒng)僅模擬其原理）mcs-51單片機(jī)是美國(guó)inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，at89s52是mcs-51系列單片機(jī)中的代表產(chǎn)品，它的大尋址范圍和指令系統(tǒng)也非常適合數(shù)字信號(hào)處理, 將at89s52其引入動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng), 使其系統(tǒng)的運(yùn)算速度更快、檢測(cè)更精度, 而且的

10、高速并行運(yùn)算方式可以運(yùn)行更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算體系, 為以后的系統(tǒng)完善留有充分余地。1.2 超重檢測(cè)器的概述長(zhǎng)期以來(lái)，超重汽車(chē)超載運(yùn)行是高速公路損害的主要原因之一，杜絕載重汽車(chē)超載是高速公路管理和安全運(yùn)行的重要措施，高速公路自動(dòng)超重檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)行駛車(chē)輛自動(dòng)測(cè)重，并發(fā)出警告信息提示司機(jī)，判斷是否超重運(yùn)行，維護(hù)了高速公路的安全運(yùn)行，保證了公路的使用壽命。1.3 研究的目的和意義設(shè)計(jì)出一種全自動(dòng)高速公路動(dòng)態(tài)超重檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)檢測(cè)超重車(chē)輛，并顯示紅燈警告，同時(shí)啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)（抓拍系統(tǒng)不做）。目前的超重檢測(cè)系統(tǒng)多用于高速公路入口匝道出，通過(guò)手費(fèi)管理人員實(shí)行半自動(dòng)檢測(cè)，這種檢測(cè)系統(tǒng)不僅降低了工作人員的工作效率，而

11、且影響了進(jìn)入高速公路的交通量。因此，本次設(shè)計(jì)實(shí)行全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)超重車(chē)輛抓拍，其優(yōu)點(diǎn)在于：該產(chǎn)品無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡(jiǎn)捷；此系統(tǒng)通過(guò)改進(jìn)可同時(shí)檢測(cè)超限車(chē)輛（即單軸軸載）；同時(shí)本系統(tǒng)采用高運(yùn)算、大尋址范圍的at89s52芯片，有利于今后對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)一步完善。1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)本次設(shè)計(jì)利用單片機(jī)電路制作高速公路自動(dòng)動(dòng)態(tài)超重檢測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫(xiě)。這也是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的最關(guān)鍵的問(wèn)題。1.4.1硬件問(wèn)題高速公路動(dòng)態(tài)超重檢測(cè)系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即壓力信號(hào)的采集部分、主控部分和警告及抓拍部分。壓力信號(hào)

12、采集主要由壓力傳感器組成，它是整個(gè)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件。主控部分由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制。警告主要由發(fā)光二級(jí)管組成，這個(gè)部分是對(duì)運(yùn)行車(chē)輛的載重發(fā)出警告信息，同時(shí)啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)；對(duì)沒(méi)有超重的車(chē)輛，發(fā)出提示信息允許通過(guò)。硬件的設(shè)計(jì)需要單片機(jī)、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識(shí)。在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，向老師獲取幫助。1.4.2軟件問(wèn)題它的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成io口，定時(shí)器的初始化及對(duì)中斷輸入的設(shè)定，然后延時(shí)使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時(shí)器的中斷；中斷處理程序根據(jù)具體情況需要有相應(yīng)的子程序。要對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。

13、對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。2 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來(lái)達(dá)到目的。硬件設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，對(duì)各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對(duì)各種元器件的功能和接法的了解，以及對(duì)各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2.1 超重檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求當(dāng)高速公路行駛的車(chē)輛進(jìn)入測(cè)重檢測(cè)區(qū)內(nèi)，車(chē)輪向壓力傳感器施壓時(shí)，壓力傳感器傳出微弱的電

14、壓信號(hào)，通過(guò)差分運(yùn)放以及單片機(jī)的判斷等運(yùn)算，對(duì)違章超重車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)稱(chēng)重、并用發(fā)光二極管顯示紅色警告信息，同時(shí)啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)，對(duì)違章車(chē)輛進(jìn)行抓拍；對(duì)于不超重車(chē)輛則綠燈亮，允許車(chē)輛通過(guò)。2.2 設(shè)計(jì)的基本思路在高速公路測(cè)重檢測(cè)區(qū)，設(shè)置4個(gè)相同的壓力傳感器，其分布如圖1所示。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，車(chē)輪壓向承載板時(shí)，4個(gè)壓力傳感器輸出與車(chē)輪壓力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)op27差分比較器放大后，把模擬信號(hào)傳輸adc0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。然后把數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)at89s52進(jìn)行處理。通過(guò)單片機(jī)判斷運(yùn)算，對(duì)于不超重車(chē)輛，傳送信號(hào)給發(fā)光二級(jí)管使綠燈亮，允許車(chē)輛通過(guò)；對(duì)于超重車(chē)輛，則傳送信號(hào)給發(fā)光二級(jí)管使紅燈亮，同時(shí)

15、用led顯示其車(chē)重，并且輸出一路信號(hào)啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)（抓拍系統(tǒng)不做）。本次設(shè)計(jì)只是模擬其原理，考慮到條件有限，只用了一個(gè)傳感器檢測(cè)其壓力信號(hào)，如圖1中填充部分。 壓力傳感器 承載板 圖1 壓力傳感器設(shè)置示意圖2.3 方案比較和論證2.3.1控制器方案一 基于51系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能強(qiáng)大，比較大的尋址空間，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系通過(guò)led數(shù)碼管顯示出被測(cè)物體的重量。單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),而且其具有成本低,功耗低,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),技術(shù)成熟，尋址范圍廣，易于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。方案二 采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣

16、列(fpga)為控制核心采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(fpga)為控制核心，利用eda軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)集成于一片xilinx公司的spartan系列xc2s100e芯片上，體積有所減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。本次設(shè)計(jì)沒(méi)有必要用這個(gè)測(cè)量頻率范圍大，編程靈活等特點(diǎn)的高集成芯片，況且成本比較高，不適合產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。因此，我們決定采用方案一，即采用51單片機(jī)為控制核心。2.3.2前級(jí)放大器壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很高。我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：方案一 利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器。普通低溫漂運(yùn)

17、算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲。由于a/d轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二 由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如op07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。優(yōu)點(diǎn)：輸入級(jí)加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器r6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。方案三 采用專(zhuān)用儀表放大器ina126實(shí)現(xiàn)。此芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度

18、也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單。但成本很高，不易于開(kāi)發(fā)?；谝陨戏治觯覀儧Q定采用方案二實(shí)現(xiàn)前級(jí)放大功能，既能保持精度，又方便實(shí)現(xiàn)。 2.3.3 a/d轉(zhuǎn)換器由上本設(shè)計(jì)使用的壓力傳感器和精度的分析可知：a/d轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在以下8位a/d精度：10kg/256=0.04kg ；12位a/d精度：10kg/4096=2.44g方案一 逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，如：adc0809等。逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型a/d轉(zhuǎn)換器件。高精度逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時(shí)鐘，根據(jù)系統(tǒng)的要求，8位ad足以滿足精度要求，太高的精度就

19、反而浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。所以此方案是理想的選擇。方案二 雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器：如：tlc7135/icl7135、icl7109等。雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器精度高，但速度較慢(如：tlc7135),具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于103m），可自動(dòng)調(diào)零，超量程信號(hào)，全部輸出于ttl電平兼容。雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)正負(fù)對(duì)稱(chēng)的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì)50hz的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。故而采用雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器可大大降低對(duì)濾

20、波電路的要求。作為高速公路超重檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)a/d的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上8位的ad足以滿足要求。8綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們最終選擇了方案一，即使用adc0809對(duì)信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。3 系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)由壓力傳感器，儀器放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，繼電器，單片機(jī)，led數(shù)碼管組成，變壓器，如圖2所示。壓力傳感器放大器數(shù)模轉(zhuǎn)換單片機(jī)at89s52i/o接口按鍵顯示接口led顯示車(chē)輛施壓 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1 壓力傳感器 3.1.1傳感器的定義人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱(chēng)為傳感器，傳感器實(shí)質(zhì)是一種功能塊，其作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)：它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)

21、有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么，無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制部將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之。3.1.2傳感器的作用（1）信息的收集科學(xué)研究中的計(jì)量測(cè)試，產(chǎn)品制造與銷(xiāo)售中所需的計(jì)量等都要由測(cè)量而獲得準(zhǔn)確的定量數(shù)據(jù)對(duì)某種特定要求，需檢測(cè)目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)：對(duì)系統(tǒng)或裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也由傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，發(fā)出警告信號(hào)并啟動(dòng)保護(hù)電路工作。這樣可以對(duì)系統(tǒng)或裝置進(jìn)行正常運(yùn)行與安全管理。判斷產(chǎn)品是否合格，或人體某部位的異常診斷等都需由傳感器的測(cè)量來(lái)完成。（2）信息數(shù)據(jù)的交換把以文字、符號(hào)、代碼、圖形等多種形式

22、記錄在紙或膠片上的信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等易處理的信號(hào)數(shù)據(jù)?；蛘咦x出記錄在各種媒介體上的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，磁盤(pán)與光盤(pán)的信息讀出磁頭就是一種傳感器。（3）控制信息的采集。檢測(cè)控制系統(tǒng)處于某種狀態(tài)的信息，并由此控制系統(tǒng)的狀態(tài)，或者跟蹤系統(tǒng)變化的目標(biāo)值。3.1.3傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測(cè)量電路三部分組成有時(shí)還加上輔助電源。通?？捎梅綁K圖來(lái)表示，如下圖3所示： 圖3 傳感器構(gòu)造圖3.1.4傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)見(jiàn)表3.1所示：3.1.5傳感器設(shè)計(jì)要點(diǎn)根據(jù)以上對(duì)傳感器相關(guān)知識(shí)的介紹，我們可以明確傳感器是測(cè)量、控制系統(tǒng)的入口，必須具備良好的性能。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意以下要點(diǎn)

23、：(1)輸入和輸出之間成比例，直線性好、靈敏度高、分辨力強(qiáng)、測(cè)量范圍寬。(2)滯后、漂移誤差小，(3)動(dòng)態(tài)特性良好。(4)功耗小。(5)時(shí)間老化特性?xún)?yōu)良，抗腐蝕性強(qiáng)。(6)與被測(cè)體匹配良好，即不因接入傳感器而使被測(cè)對(duì)象受到影響，受被測(cè)量之外的量影響小。(7)體積小、重量輕、價(jià)格低廉。(8)故障率低，易于校準(zhǔn)和維修。(9)由于傳感元件的輸出信號(hào)一般比較小，為了便于能夠驅(qū)動(dòng)控制電路，在傳感器電路中還應(yīng)該包括放大器。鑒于上述選擇要點(diǎn)，采用的ls-1型傳感器，外觀如圖4所示，他是一種應(yīng)變片式專(zhuān)用壓力傳感器，其中包括電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路幾個(gè)主要的部分電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布

24、在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)k。彈性體彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱(chēng)重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。檢測(cè)電路 檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱(chēng)重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等。分類(lèi)方法傳感器的種類(lèi)說(shuō) 明按輸入量分類(lèi)位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等傳感器按被測(cè)物理量命名按工作原理

25、分類(lèi)應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等傳感器以工作原理命名按物理現(xiàn)象分類(lèi)結(jié)構(gòu)型傳感器傳感器依賴(lài)其結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信息的變化物性型傳感器傳感器依賴(lài)其敏感元件的物理特性來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的變化按能量關(guān)系分類(lèi)能量轉(zhuǎn)換型傳感器傳感器直接將被測(cè)量的能量直接轉(zhuǎn)化成輸出量的能量能量控制型傳感器由外部供給傳感器能量，而由被測(cè)量來(lái)控制輸出能量按輸出信號(hào)分類(lèi)模擬式傳感器輸出量為模擬量數(shù)字式傳感器輸出量為數(shù)字量表3.1 傳感器的分類(lèi)圖4 ls-1型傳感器3.2 儀器放大器采用op27 op27是一種超低噪聲、高精度運(yùn)算放大器，具有很低的輸入失調(diào)電壓和漂移。op27的優(yōu)良特性使它特別適合作前級(jí)放大器，放大微弱信號(hào)。使用

26、op07一般不用考慮調(diào)零和頻率問(wèn)題就能滿足要求。主要特點(diǎn)： 低輸入失調(diào)電壓：75uv(最大) 低失調(diào)電壓溫漂：1.3uv/(最大) 低失調(diào)電壓時(shí)漂：1.5uv/月(最大) 低噪聲：0.6uv p-p(最大) 寬輸入電壓范圍：14v 寬電源電壓范圍：3v18v3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用a/d0809 a/d轉(zhuǎn)換器是測(cè)控系統(tǒng)中將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的重要器件。a/d轉(zhuǎn)換器的常用技術(shù)有：計(jì)數(shù)式a/d轉(zhuǎn)換；逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換；雙積分式a/d轉(zhuǎn)換；并行a/d、串/并行a/d轉(zhuǎn)換及v/f變換等。在這些轉(zhuǎn)換中，主要區(qū)別是速度、精度和價(jià)格，一般來(lái)說(shuō)速度越快、精度越高則價(jià)格也就越高。逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換既照顧了

27、轉(zhuǎn)換速度，又具有一定的精度，是目前應(yīng)用最多的一種。在對(duì)體積要求不高的應(yīng)用中，可采用由運(yùn)放、模擬開(kāi)關(guān)等組成的雙積分式a/d轉(zhuǎn)換電路，在速度、精度和價(jià)格上具有一定的優(yōu)勢(shì)。v/f轉(zhuǎn)換器是輸出信號(hào)的頻率隨輸入電壓而變化的器件，測(cè)出輸出的頻率即可求出所對(duì)應(yīng)的模擬量，它常用于要求a/d輸出端引線較少的場(chǎng)合。通過(guò)以上綜合比較，我們選用集成a/d芯片adc0809，adc0809具有8路模擬量輸入，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，輸出8位二進(jìn)制數(shù)字量。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。芯片的主要部分是一個(gè)8為逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。為了能實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采樣，片內(nèi)設(shè)置了8路模擬選通開(kāi)關(guān)以及相應(yīng)的通道地址鎖存及

28、譯碼電路。轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。adc0809外部引腳如圖5所示，其引腳功能為：in7in0：8路模擬量輸入端，在多路開(kāi)關(guān)控制下，任一時(shí)刻只能有一路模擬量實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換。a、b、c：多路開(kāi)關(guān)地址選擇輸入端，當(dāng)取值000111時(shí)，與a/d轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的通道為in0in7。ale：地址鎖存輸入線，該信號(hào)的上升沿可將地址選擇信號(hào)a、b、c鎖入地址寄存器。start：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換輸入線，該信號(hào)的上升沿用以清楚a/d內(nèi)部寄存器，其下降沿用以啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，開(kāi)始a/d轉(zhuǎn)換工作。eoc：轉(zhuǎn)換完畢輸出線，其上出現(xiàn)高電平時(shí)表示a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束。oe：允許輸出控制端，高電平有效。低電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端為高電阻態(tài)

29、；高電平時(shí)，將a/d轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)送出。clock：轉(zhuǎn)換定時(shí)脈沖輸入端。它的頻率決定了a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。使用頻率小于等于640khz，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換速度大于等于100s。 ref(+),ref(-)：是內(nèi)部d/a轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入線。 vcc為+5v，gnd為地。 圖5 adc0809引腳結(jié)構(gòu)圖3.4 繼電器 繼電器是一種電子控制器件，如圖6所示，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。本設(shè)計(jì)選用的是hrs2h-s-dc5v繼電器，他是一種

30、電磁式繼電器，由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。圖6 繼電器3.5 單片機(jī)采用at89s52 mcs-51

31、單片機(jī)是美國(guó)inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，8051是mcs-51系列單片機(jī)中的早期典型代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21個(gè)專(zhuān)用控制寄存器、4kb的程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、4組8位的并行口、兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工的串行口以及布爾處理器。我們采用的是at89s52，外觀如圖6所示，是一種性能更強(qiáng)運(yùn)算更快的升級(jí)產(chǎn)品，mcs-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)和功能基本相似，具有比較大的尋址空間，地址線寬達(dá)16條，即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)216=64kb，這作為單片機(jī)控制來(lái)說(shuō)已是比較大的，這同時(shí)具備對(duì)i/o口的訪問(wèn)能力。因?yàn)閙cs

32、-51采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此可以方便地增刪一個(gè)模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。從而容易使產(chǎn)品形成系列化。圖6 mcs-51系列單片機(jī)3.5.1 mcs-51單片機(jī)的組成 mcs-51單片機(jī)包括cpu(進(jìn)行運(yùn)算、控制)、ram(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)、rom(程序存儲(chǔ)器）、i/o口(串口、并口）、內(nèi)部總線 和中斷系統(tǒng)等。組成框圖如圖7。圖7 mcs-51單片機(jī)組成框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8。圖8 mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖（1）中央處理器（cpu）中央處理器有運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器組成：8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元alu（arithmetic logic unit）、8位累加器a（accumulator）、8位寄

33、存器b、程序狀態(tài)字寄存器psw（program status word）、8位暫存寄存器tmp1和tmp2等。功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鹘M成：程序計(jì)數(shù)器pc（program counter）、指令寄存器ir（instruction register）、指令譯碼器id（instruction decoder）、堆棧指針sp、數(shù)據(jù)指針dptr、定時(shí)控制邏輯和振蕩器osc等電路。功能：cpu根據(jù)pc中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲(chǔ)器中取出，存放在ir中，id對(duì)ir中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯在osc配合下對(duì)id譯碼后的信號(hào)進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號(hào)。 （2）存儲(chǔ)器mc

34、s-51的存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,又有片內(nèi)和片外之分。程序存儲(chǔ)器 一般將只讀存儲(chǔ)器（rom）用做程序存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64kb，用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般將隨機(jī)存儲(chǔ)器（ram）用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64kb。mcs-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)和片外兩部分。片外ram：最大范圍：0000hffffh，64kb；用指令movx訪問(wèn)。片內(nèi)ram：最大范圍：00hffh，256b；用指令mov訪問(wèn)。又分為兩部分：低128b（007fh）為真正的ram區(qū)，高128b（80ffh）為特殊功能寄存器（sfr）區(qū)。如右圖9所示。圖9 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置圖內(nèi)部ram的

35、20h2fh單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位地址為00h7fh。 cpu能直接尋址這些位（稱(chēng)mcs-51具有布爾處理功能），位地址分配如3.2表所示。表3.2位地址分配表（3）特殊功能寄存器（sfr） mcs-51有21個(gè)特殊功能寄存器（也稱(chēng)為專(zhuān)用寄存器），包括算術(shù)運(yùn)算寄存器、指針寄存器、i/o口鎖存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等，它們被離散地分布在內(nèi)部ram的80hffh地址單元中（不包括pc） ，共占據(jù)了128個(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成了sfr存儲(chǔ)塊。其字節(jié)地址可被8整除的sfr可位尋址。sfr反映了mcs-51單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。程序計(jì)數(shù)器

36、pc（program counter） 程序計(jì)數(shù)器pc在物理上是獨(dú)立的，它不屬于sfr存儲(chǔ)器塊。pc是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，專(zhuān)門(mén)用于存放cpu將要執(zhí)行的指令地址（即下一條指令的地址），尋址范圍為64kb，pc有自動(dòng)加1功能，不可尋址，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，但是可以通過(guò)轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序執(zhí)行的順序。累加器a （accumulator）累加器a是8位寄存器，又記做acc，是一個(gè)最常用的專(zhuān)用寄存器。在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果。寄存器b寄存器b 是8位寄存器，是專(zhuān)門(mén)為乘除法指令設(shè)計(jì)的，也作通用寄存器用。工作寄存器內(nèi)部ram的工作寄存器區(qū)00h1fh共32個(gè)字節(jié)被均勻

37、地分成四個(gè)組（區(qū)），每個(gè)組（區(qū)）有8個(gè)寄存器，分別用r0r7表示，稱(chēng)為工作寄存器或通用寄存器，其中，r0、r1還經(jīng)常用于間接尋址的地址指針。在程序中通過(guò)程序狀態(tài)字寄存器（psw）第3、4位設(shè)置工作寄存器區(qū)。程序狀態(tài)字psw （program status word）程序狀態(tài)字psw是8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，psw中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過(guò)程中自動(dòng)形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。其定義格式如表3.3所示。表3.3 psw各位定義表其中：cy：進(jìn)借位標(biāo)志； ac：輔助進(jìn)借位標(biāo)志； f0 ：用戶標(biāo)志； rs1、rs0：工作寄存器組（區(qū)）選擇（如下表所示）； o

38、v：溢出標(biāo)志位，有溢出時(shí)置1； p：奇偶標(biāo)志位。a中有奇數(shù)個(gè)1時(shí)置1。數(shù)據(jù)指針dptr（data pointer）數(shù)據(jù)指針dptr是16位的專(zhuān)用寄存器，即可作為16位寄存器使用，也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器dph （高8位） 、dpl （低8位）使用。 dptr主要用作16位間址寄存器，訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)寄存器。堆棧指針sp（stack pointer） 堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是內(nèi)部ram的一段區(qū)域。堆棧存取數(shù)據(jù)的原則是“后進(jìn)先出”。堆棧指針sp是一個(gè)8位寄存器，用于指示堆棧的棧頂，它決定了堆棧在內(nèi)部ram中的物理位置。mcs-51單片機(jī)的堆棧地址向大的方向變化（與微機(jī)堆棧地址向小的方向變

39、化相反）。系統(tǒng)復(fù)位后，sp初值為07h，實(shí)際應(yīng)用中通常根據(jù)需要在主程序開(kāi)始處對(duì)堆棧指針sp進(jìn)行初始化，一般設(shè)置sp為60h。 設(shè)立堆棧的目的是用于數(shù)據(jù)的暫存，中斷、子程序調(diào)用時(shí)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)與恢復(fù)。i/o口專(zhuān)用寄存器（p0, p1, p2, p3）8051片內(nèi)有4個(gè)8位并行i/o接口p0, p1, p2和p3，在sfr中相應(yīng)有4個(gè)i/o口寄存器p0, p1, p2和p3。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（tl0, th0, tl1和th1）mcs-51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0和t1，它們由4個(gè)8位寄存器（tl0, th0, tl1和th1）組成，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立的?？梢詥为?dú)對(duì)

40、這4個(gè)寄存器進(jìn)行尋址，但不能把t0和t1當(dāng)做16位寄存器來(lái)使用。串行數(shù)據(jù)緩沖器（sbuf）串行數(shù)據(jù)緩沖器sbuf用于存放需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成（發(fā)送緩沖器和接收緩沖器），要發(fā)送和接收的操作其實(shí)都是對(duì)串行數(shù)據(jù)緩沖器sbuf進(jìn)行的。（4）i/o接口i/o接口是mcs-51單片機(jī)對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過(guò)程中的速度匹配和增加它的負(fù)載能力。 8051內(nèi)部有4個(gè)8位并行接口p0, p1, p2, p3，有1個(gè)全雙工的可編程串行i/o接口。（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8051內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程序的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，均為二進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器，分別命名為t0和t1。 t

41、0和t1均有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。在定時(shí)器模式下，t0和t1的計(jì)數(shù)脈沖可以由單片機(jī)時(shí)鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計(jì)數(shù)器模式下，t0和t1的計(jì)數(shù)脈沖可以從p3.4和p3.5引腳上輸入。對(duì)t0和t1的控制由定時(shí)器方式選擇寄存器tmod和定時(shí)器控制寄存器tcon完成。 （6）中斷系統(tǒng) 中斷：指cpu暫停原程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過(guò)程。中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的硬件電路。中斷源：指能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的源泉。 8051可處理5個(gè)中斷源（2個(gè)外部，3個(gè)內(nèi)部）發(fā)出的中斷請(qǐng)求，并可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先權(quán)處理。外部中斷的請(qǐng)求信號(hào)可以從p3.2,

42、p3.3（即 和 ）引腳上輸入，有電平或邊沿兩種觸發(fā)方式；內(nèi)部中斷源有3個(gè)，2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源和1個(gè)串行口中斷源。 8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器ie和中斷優(yōu)先級(jí)控制器ip等電路組成。mcs-51單片機(jī)外部引腳 ：mcs-51系列單片機(jī)中，各類(lèi)單片機(jī)都是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。mcs-51系列單片機(jī)引腳分為端口線、電源線和控制線三類(lèi)。其引腳如圖7所示。圖7 mcs-51單片機(jī)外部引腳3.5.2電源線 gnd：接地引腳。 vcc：正電源引腳。接5v電源3.5.3端口線 p0p3口：48=32條。（1）p0口（ p0.0p0.7 ）8位雙向三態(tài)i/o口，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)

43、據(jù)總線/低8位地址總線的分時(shí)復(fù)用口。又可作為通用i/o口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載。對(duì)eprom型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，p0口用于輸入/輸出數(shù)據(jù)。（2）p1口（p1.0p1.7）8位準(zhǔn)雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為通用i/o口。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載。（3）p2口（p2.0p2.7）8位準(zhǔn)雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的高8位地址總線。又可作為通用i/o口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載。對(duì)eprom型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，用來(lái)接收高8位地址。 （4）p3口（ p3.0p3.7 ）8位準(zhǔn)雙向i/o口，內(nèi)部具有上拉電阻。它是雙功能復(fù)用

44、口，作為通用i/o口時(shí)，功能與p1口相同，常用第二功能。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載。作為第二功能使用時(shí)，各位的作用如下表所示。3.5.4控制線 （1）rst/vpdrst/vpd引腳是復(fù)位信號(hào)/備用電源線引腳。當(dāng)8051通電時(shí)，在rst引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 （2）ale/地址鎖存允許/編程引腳。當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，以便p0口實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。當(dāng)不訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將輸出一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)。ale/ 是復(fù)用引腳，其第二功能是對(duì)eprom型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，此引腳傳送52ms寬的

45、負(fù)脈沖選通信號(hào)，程序計(jì)數(shù)器pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令碼放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。（3） /vpp 允許訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器/編程電源引腳。對(duì)于片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器的mcs-51單片機(jī)（如8031）， 必須接地。片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器的mcs-51單片機(jī)（如8051）， 必須接高電平。 /vpp是復(fù)用引腳，其第二功能是片內(nèi)eprom編程/校驗(yàn)時(shí)的電源線，在編程時(shí)，vpp腳需加上21v的編程電壓。（4）xtal1和xtal2 xtal1腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，xtal2腳為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在xtal1

46、和xtal2腳外接石英晶體（頻率為1.212mhz）和振蕩電容，振蕩電容的值一般取1030pf，典型值為30pf；另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將xtal1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從xtal2腳輸入，如下圖所示。 （5）片外rom選通線。在執(zhí)行訪問(wèn)片外rom的指令movc時(shí)，8051自動(dòng)在 引腳產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于對(duì)片外rom的選通。其他情況下，該引腳均為高電平封鎖狀態(tài)。 3.6 led數(shù)碼管 將發(fā)光二級(jí)管做成段狀并按數(shù)碼形式組合即構(gòu)成lec段狀數(shù)碼管。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的是七段led。在生產(chǎn)數(shù)碼管時(shí)，為了減少引線數(shù)目，通常將發(fā)光二極管的所有陽(yáng)極或陰極連在一起作為公共端引出，也就構(gòu)成了共陽(yáng)極型與公

47、陰極型的兩種led數(shù)碼管。 通常的七段數(shù)碼管中有8個(gè)發(fā)光二極管，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成“8”字型，1個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。七段led數(shù)碼管的顯示可采用硬件譯碼如二七段譯碼邏輯芯片74ls47、74ls49等直接譯碼顯示，也可以采用軟件譯碼，用i/o線直接控制顯示，即將欲顯示數(shù)碼管所構(gòu)成對(duì)應(yīng)段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮即可。3.7 變壓器 本設(shè)計(jì)選用的是將220v轉(zhuǎn)變成12v的小型變壓器。變壓器是電工、電子技術(shù)中常用的電氣設(shè)備，它是由兩個(gè)耦合線圈在一個(gè)共同的心子上制成，其中，一個(gè)線圈作為輸入，接入電源后形成一個(gè)回路，稱(chēng)為原邊回路（或初級(jí)回路）；另一個(gè)線圈作為輸出，接入負(fù)載后形成另一個(gè)回路，稱(chēng)為邊回路

48、（或次級(jí)回路）。為了使司機(jī)和工作人員能看到車(chē)輛車(chē)載信息，我們采用發(fā)光二級(jí)管發(fā)出警告信息，進(jìn)去測(cè)試區(qū)車(chē)輛的單軸軸載沒(méi)有超重時(shí)，發(fā)光二級(jí)管綠燈亮，允許車(chē)輛通過(guò)；對(duì)于超重車(chē)輛，發(fā)光二級(jí)管紅燈亮，同時(shí)用led顯示其車(chē)重（單軸軸載），輸出一路信號(hào)啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)（抓拍系統(tǒng)不做）。實(shí)際應(yīng)用中可用多組發(fā)光二級(jí)管作為紅綠信號(hào)燈發(fā)出警告信息，并且用led點(diǎn)陣構(gòu)造的漢字提醒司機(jī)是否超重，設(shè)置了超亮大型數(shù)碼管顯示器。顯示器可由74hc164驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)顯示。4 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)使用的基本知識(shí)介紹我們?cè)趯W(xué)校里學(xué)到的幾乎都屬于基本知識(shí)，它是指最基礎(chǔ)的東西，我們只有掌握了它才能作更深一步的學(xué)習(xí)。在實(shí)際的應(yīng)用中，基本知識(shí)

49、的掌握程度至關(guān)重要，它影響到應(yīng)用的好壞。本設(shè)計(jì)應(yīng)用到的基本的硬件和軟件知識(shí)將在本節(jié)里作簡(jiǎn)單的介紹。 本設(shè)計(jì)用到的硬件知識(shí)主要有：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子線路的設(shè)計(jì)與調(diào)試、單片機(jī)的輸入輸出、串口通信技術(shù)、adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用方法。 在模擬電子技術(shù)方面，主要用來(lái)放大傳感器檢測(cè)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管以顯示傳感器檢測(cè)到車(chē)輛軸載。數(shù)字電子技術(shù)用來(lái)把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，把從傳感器檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)綜合控制。4.2 芯片介紹及相關(guān)電路模塊設(shè)計(jì)集成塊出現(xiàn)使硬件電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單易懂，從而得到了廣泛的應(yīng)用。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的主要芯片有單片機(jī)89s52、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc0

50、809、led數(shù)碼顯示器等。下面詳細(xì)介紹它們具體的應(yīng)用方法。4.2.1測(cè)重傳感器電橋原理圖 按照設(shè)計(jì)的要求，只能模擬其測(cè)重原理，我們選用的傳感器是湖南宇航科技限公司生產(chǎn)的ls-1型傳感器，其工作原理：外界的作用力使傳感器的彈性梁發(fā)生形變，隨之使貼在彈性梁部位的應(yīng)變片也發(fā)生阻止變化，四個(gè)應(yīng)變片是接成橋式測(cè)量電路，在激勵(lì)電壓的作用下，輸出信號(hào)也發(fā)生正比的變化（電量）。傳感器的精度直接影響稱(chēng)量的精度。表1為稱(chēng)重傳感器的技術(shù)指標(biāo)。其量程為20kg，精度為，滿量程時(shí)誤差0.002kg。其原理如圖8所示。靈敏度mv/v10.10（13kg）20.10（625kg）非線性%fs0.02重復(fù)性0.02蠕變%f

51、s/30min0.02零點(diǎn)輸出%fs1零點(diǎn)溫度系數(shù)%fs/100.02輸入電阻42015輸出電阻3503絕緣電阻m5000供橋電壓v10(dc/ac)max:15(dc/ac)溫度補(bǔ)償范圍1050允許溫度范圍2060允許過(guò)負(fù)荷%fs150連接電纜mm4400連接方式輸入：紅（）、黃（） 輸出：藍(lán)（）白（）表1 ls-1型傳感器的技術(shù)指標(biāo)圖8 稱(chēng)重傳感器電橋原理圖ls-1稱(chēng)重傳感器是利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成，當(dāng)外力f直接作用在貼有r1，r2，r3，r4四片應(yīng)變的彈性體上時(shí)，彈性體發(fā)生變形，電阻應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，致使電橋發(fā)失去平衡，在r1、r3輸入額定橋壓時(shí)，r2、r4上剛有與外力成正比的電壓信號(hào)

52、輸出。輸出信號(hào)電壓可由下式給出： 4.3 前端信號(hào)放大處理電路圖當(dāng)汽車(chē)以10km/h的速度通過(guò)測(cè)重板時(shí)，1只輪胎通過(guò)測(cè)重板的時(shí)間為0.1s，在這段時(shí)間采樣200個(gè)點(diǎn)，可以得到采樣值v和時(shí)間t的關(guān)系曲線如圖所示。由圖可以看出，此曲線近似梯形。又由于壓力傳感器輸出的信號(hào)為毫伏級(jí)信號(hào)，比a/d轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，故需要設(shè)計(jì)一個(gè)前置放大器。經(jīng)過(guò)方案比較和論證，我們選擇了儀用放大器op07，構(gòu)成一個(gè)前級(jí)差分比較放大電路和后級(jí)反向比例運(yùn)算放大電路。其電路原理圖如圖2.2.1所示。（參考）動(dòng)態(tài)測(cè)重曲線圖2.2.1 前置放大硬件電路圖圖中，通過(guò)運(yùn)放電路設(shè)置了固定的放大倍數(shù)。其放大增益為 微弱信號(hào)

53、和被分別放大后傳送給a/d0809的in0腳，a/d轉(zhuǎn)換器0809的輸入電壓變化范圍是0+10v，傳感器的輸出電壓信號(hào)在020mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在1000左右。由于要對(duì)壓力傳感器的輸出的微弱信號(hào)放大1000倍，所以本設(shè)計(jì)采用兩極放大，前級(jí)差分比較放大電路，后級(jí)反向比例運(yùn)算放大電路。 4.4 a/d0809轉(zhuǎn)換電路a/d0809是一個(gè)8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。3.3.1其工作原理：是由地址鎖存信號(hào)ale的上升沿將引腳adda、addb和addc上的信號(hào)鎖存到地址寄存器內(nèi)用以選擇模擬量輸入通道；start 信號(hào)的下降沿啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換器開(kāi)始工作；轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，adc0809使eoc引腳由低電平變成高電平，程序可以通過(guò)查詢(xún)eo