畢業(yè)設(shè)計(jì)論文----車輛超載檢測(cè)系統(tǒng)研究

1、1畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)論文作者 學(xué)號(hào) 系部 專業(yè) 題目 車輛超載檢測(cè)系統(tǒng)研究 指導(dǎo)教師 孫妍 評(píng)閱教師 完成時(shí)間： 2013 年 4 月 20 日 1題目：車輛超載檢測(cè)系統(tǒng)研究摘要摘要：本設(shè)計(jì)是車輛超載與檢測(cè)系統(tǒng)研究，這項(xiàng)研究可以判斷機(jī)動(dòng)車是否超載而求在車輛超載時(shí)能夠提供報(bào)警和顯示車輛超載的重量。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為研究系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將車輛載重量等量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)放大電路將電壓信號(hào)調(diào)理后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；所得的載重量將通過(guò) RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比

2、較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：AT89C51 單片機(jī)；傳感器 WPL110；檢測(cè)超載；稱重傳感器；A/D 轉(zhuǎn)換；畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )外文摘要外文摘要2TitleTitle : : Study on the detection system of vehicle overloading AbstractAbstract: :The design for the motor overload detection system design, requires to determine whether motor overloads and when o

3、verloads gives an alarm and displays the weight of overloading.This design uses AT89C51 microcontroller as the core system processing, the use of a bridge load weighing sensor WPL110 changed motor weight into voltage signals; then the voltage signal via amplifier circuit and sent to A / D converter

4、chip TLC0838 into digital signals and calculates the load; obtained through the RS485 interface circuit load to the host computer, the host computer and the seting load for comparison and to determine whether the overload, if overload shows the weight and gives an alarm.keywords: AT89C51microcontrol

5、ler；sensorWPL110；Overloading detecto；Weighing sensor；A / D converter；目目 錄錄1 緒論 .61.1 選題背景 .61.2 國(guó)內(nèi)外汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 .1031.3 國(guó)內(nèi)外汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)發(fā)展動(dòng)向 .121.5 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi) 容 .141.5 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) .151.6 解決的關(guān)鍵問(wèn)題 .152 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .162.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能 .162.2 方案設(shè)計(jì) .162.2.1 方案一.162.2.2 方案二.172.3 方案的論證 .172.3.1 AVR 系列.172.3.2 51 系列.1

6、82.4 方案的確定 .193 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .223.1 單片機(jī) .223.2 采集模塊 .233.2.1 惠斯登電橋.233.2.2 稱重傳感器 WPL110 .253.2.3 Op07 芯片.293.2.4 TLC0838 芯片.303.2.5 小結(jié) .333.3 鍵盤(pán)模塊 .343.4 顯示模塊 .353.5 通訊模塊 .363.5.1 RS-485 的簡(jiǎn)介.373.5.2 RS-485 的優(yōu)點(diǎn).383.5.3 MAX485 芯片.383.6 看門狗模塊 .403.6.1 MAX813L 芯片.403.6.2 24C02 芯片.443.7 報(bào)警模塊 .463.8 電源模塊.464 軟

7、件設(shè)計(jì) .484.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì) .4844.1.1 設(shè)計(jì)思想 .484.1.2 資源分配 .484.1.3 主程序流程圖 .484.2 參數(shù)恢復(fù)子程序的設(shè)計(jì) .494.2.1 設(shè)計(jì)思想 .494.2.2 資源分配 .504.2.3 參數(shù)恢復(fù)子程序流程圖 .504.3 看門狗中斷子程序的設(shè)計(jì) .524.3.1 設(shè)計(jì)思想 .524.3.2 資源分配 .534.3.3 看門狗中斷子程序流程圖 .534.4 通訊子程序的設(shè)計(jì) .544.4.1 設(shè)計(jì)思想 .544.4.2 資源分配 .554.4.3 通訊子程序流程圖 .554.5 鍵盤(pán)子程序的設(shè)計(jì) .564.5.1 設(shè)計(jì)思想 .564.5.2

8、資源分配 .574.5.3 鍵盤(pán)子程序流程圖 .584.6 采集子程序的設(shè)計(jì) .584.6.1 設(shè)計(jì)思想 .584.6.2 資源分配 .594.6.3 采集子程序流程圖 .594.7 顯示子程序的設(shè)計(jì) .614.7.1 設(shè)計(jì)思想 .614.7.2 資源分配 .614.7.3 顯示子程序流程圖 .61結(jié)論 .63致謝 .65參考文獻(xiàn) .66附錄 .671 程序清單: .67(1)主程序： .67(2)恢復(fù)參數(shù)子程序： .68(3)看門狗中斷子程序： .705(4)通訊子程序： .71(5)鍵盤(pán)子程序： .72(6)采集子程序： .73(7)顯示子程序： .752 元器件清單: .77 1 1 緒

9、論緒論目前，為有效治理機(jī)動(dòng)車嚴(yán)重違章超載、超限運(yùn)輸現(xiàn)象，預(yù)防道路交通事故，維護(hù)良好的道路交通秩序，許多交通管理部門專門成立了“治超”機(jī)構(gòu)， “治超”人員日夜上路查堵，往往造成交通堵塞，查一漏百，而人工判斷又缺乏準(zhǔn)確性，查堵中的不正之6風(fēng)時(shí)有發(fā)生。鑒于這種情況，在超載車必經(jīng)的道路下埋上檢測(cè)儀器，通過(guò)電腦自動(dòng)識(shí)別是否超載就顯得尤為重要。本設(shè)計(jì)是車輛超載與檢測(cè)系統(tǒng)研究，這項(xiàng)研究可以判斷機(jī)動(dòng)車是否超載而求在車輛超載時(shí)能夠提供報(bào)警和顯示車輛超載的重量。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為研究系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將車輛載重量等量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)放大電路將電壓信號(hào)調(diào)理

10、后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；所得的載重量將通過(guò) RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。1.11.1 選題背景選題背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的發(fā)展 全國(guó)公路總里程不斷增長(zhǎng)路網(wǎng)條件不斷改善公路運(yùn)輸獲得了快速發(fā)展公路貨運(yùn)量己成為各種運(yùn)輸方式貨運(yùn)量之首貨物周轉(zhuǎn)量也逐年增加然而長(zhǎng)期以來(lái)公路貨運(yùn)卻出現(xiàn)了一種非法超限運(yùn)輸?shù)墓脂F(xiàn)象即超高超寬超長(zhǎng)超重運(yùn)輸據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)超限運(yùn)輸?shù)谋嚷收钾涍\(yùn)車輛的 50%以上超載量平均為 4-6.25 倍車輛超載大大縮短了交通基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失同時(shí)因超載

11、超限運(yùn)輸引發(fā)的交通事故也日益增多威脅著人民的生命安全嚴(yán)重影響了公路的正常運(yùn)行。針對(duì)超載車輛，主要有以下幾個(gè)不良影響：（1）加速公路路面損壞和大大縮短了公路使用年限。在理論上，公路的使用壽命的設(shè)計(jì)年限是根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)的，在我國(guó)公路路面的荷載為單軸雙輪荷載 10 噸來(lái)設(shè)計(jì)的，司機(jī)若按這個(gè)荷載承載貨物運(yùn)輸，是不會(huì)對(duì)公路路面造成大的損害的，而且，不會(huì)增加公路管理局對(duì)公路路面的維護(hù)量。但若車輛作用于路面的實(shí)際荷載超過(guò)路面的設(shè)計(jì)荷載時(shí)，那么，公路的使用壽命將大大縮短。車輛超載會(huì)增加車輛對(duì)路面的損害，按照國(guó)際上通用的計(jì)算方法，汽車軸載質(zhì)量對(duì)公路路面的破壞關(guān)系服從“十六次方法則” ，即汽

12、車軸載質(zhì)量每增加一倍，公路受損將增加 16倍,全國(guó)公路每年因車輛超載造成的損失超過(guò) 300 億元。（2）嚴(yán)重的環(huán)境污染。車輛超載必然使發(fā)動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而排出的濃煙和噪7聲是正常情況下的幾倍，對(duì)自然和社會(huì)環(huán)境的危害是顯而易見(jiàn)的。（3）嚴(yán)重影響公路交通安全。近年來(lái)我國(guó)發(fā)生的車輛連環(huán)相撞特大交通事故，許多均與車輛的超載有關(guān)。例如，京滬高速公路江蘇沂淮段在一年時(shí)間內(nèi)因車輛超限所造成的交通事故共 46 起，死亡 61 人，傷 123 人。廣東京珠高速公路粵境北段開(kāi)通半年就已經(jīng)死傷 80 多人，經(jīng)交通部門的專家分析，與車輛嚴(yán)重超載超限有直接關(guān)系。車輛嚴(yán)重超載時(shí)，使車輛的行駛穩(wěn)定性、剎車性能、輪胎承荷能

13、力、轉(zhuǎn)向可靠度等行駛狀況大大降低，一旦，出現(xiàn)問(wèn)題行駛的車輛將無(wú)法駕馭，極易引發(fā)交通安全事故。（4）降低公路的使用效率和影響交通。嚴(yán)重超載車輛車速無(wú)法高速行駛，且由于車體大，影響后車通行，常常造成公路的交通阻塞，使公路的使用效率大大降低。由于超載車輛行駛速度難以提高，形成移動(dòng)瓶頸，影響鄰車司機(jī)的視野，造成車輛行駛緩慢，漫漫車龍前后綿延數(shù)十公里。例如，2003 年 9 月 110 國(guó)道與八達(dá)嶺高速公路上大量的超載車輛導(dǎo)致八達(dá)嶺高速公路遭遇到歷史上最嚴(yán)重堵車，連續(xù) 7 天道路不暢，上千輛載重貨車蝸行。（5）擾亂國(guó)家養(yǎng)路費(fèi)和路橋收費(fèi)政策，使國(guó)家稅費(fèi)大量流失，導(dǎo)致不公平競(jìng)爭(zhēng)。目前，我國(guó)公路的養(yǎng)護(hù)費(fèi)、管理

14、費(fèi)、通行費(fèi)都是按車管部門核定的噸位來(lái)收的，超載就必然導(dǎo)致這部分費(fèi)用的流失。正常營(yíng)運(yùn)的貨車，保守地按每車平均超載 15 噸來(lái)計(jì)算，每年流失的養(yǎng)路費(fèi)高達(dá) 4 萬(wàn)元，從全國(guó)證常營(yíng)運(yùn)的貨車數(shù)量不難算出國(guó)家每年因車輛超載而流失的稅費(fèi)將是一個(gè)龐大的數(shù)目。養(yǎng)路費(fèi)和路橋費(fèi)是道路使用者或受益者對(duì)利用道路所支付的一種補(bǔ)償，所以，超載的運(yùn)輸公司或承運(yùn)者鉆了國(guó)家公路收費(fèi)的政策的空子，而對(duì)于遵紀(jì)守法的人來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是不公平的。 （6）嚴(yán)重?cái)_亂運(yùn)輸市場(chǎng)秩序。隨著社會(huì)的發(fā)展和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的成熟發(fā)展，人民對(duì)物質(zhì)的需求日益增多和提高，同時(shí)也加大了運(yùn)輸市場(chǎng)運(yùn)力的需求，所以，運(yùn)輸公司或承運(yùn)者為節(jié)省成本和提高效益，于是采用超載運(yùn)輸來(lái)獲取高

15、額的利潤(rùn)和行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，8同時(shí)，看到利益的同行也都相繼模仿，竟相超載運(yùn)輸，嚴(yán)重?cái)_亂了運(yùn)輸市場(chǎng)的秩序，加劇超載運(yùn)輸現(xiàn)象。例如，2007 年，由于國(guó)際油價(jià)的飆長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)成品油價(jià)格也相繼提高，某些未進(jìn)行超限超載試定的省份或地區(qū)，運(yùn)輸公司或承運(yùn)者惡意違反道路交通規(guī)定，使車輛嚴(yán)重超限超載上路運(yùn)輸。（7）對(duì)橋梁的安全構(gòu)成重大威脅。如果車輛經(jīng)常嚴(yán)重超載通過(guò)橋梁，即使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高的水泥混凝土橋梁也會(huì)產(chǎn)生橋梁撓度增大，水泥混凝土過(guò)早開(kāi)裂，逐步引起鋼筋銹蝕，而在橋梁的薄弱環(huán)節(jié)，則會(huì)出現(xiàn)伸縮縫接口出現(xiàn)鋼材焊口開(kāi)焊、橋頭填土下沉，甚至還可能由于我國(guó)公路超重運(yùn)輸現(xiàn)象也十分普遍和嚴(yán)重，車主通過(guò)改裝車身、后橋和輪胎來(lái)大幅度

16、提高貨車的裝載能力。超重對(duì)路面的破壞非常嚴(yán)重，給路上行人及車輛帶來(lái)非常大的安全隱患。要遏制超限運(yùn)輸，最大可能的減少超限運(yùn)輸造成的危害，需要做很多方面的工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路汽車的動(dòng)態(tài)稱重，無(wú)疑是其中很重要的一環(huán)。超限超載工作治理需要大量的檢測(cè)設(shè)備，然而，目前在全國(guó)裝有檢測(cè)設(shè)備的高等級(jí)公路匝道或收費(fèi)站卻不多，車輛是否超載主要由交警和路政憑經(jīng)驗(yàn)判斷，這樣由于缺乏科學(xué)性，給管理部門的嚴(yán)格執(zhí)法帶來(lái)了很大困難。在高速公路上交警若懷疑某車超載則讓其停車，到指定的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)稱重，以確定其超載及超載量。其缺點(diǎn)是：1)依靠目測(cè)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，誤差很大，極易造成對(duì)超載車的漏檢；2)若對(duì)過(guò)往每輛車都檢查，則很容易引起交

17、通阻塞；3)停車稱重，檢測(cè)效率非常低，需要時(shí)間長(zhǎng)。傳統(tǒng)的稱重方法是采用基于電量學(xué)的汽車衡(地秤)，然而這種傳統(tǒng)的電量學(xué)汽車衡在耐久性指標(biāo)上難以滿足實(shí)際工程需要，因?yàn)樗哂谐杀靖?、精度低、功能?jiǎn)單、穩(wěn)定性重復(fù)性差、靈敏度低和零點(diǎn)漂移大以及維修復(fù)雜等缺陷，這樣就給計(jì)量工作帶來(lái)了的誤差，從而使國(guó)家稅費(fèi)流失。因此，當(dāng)前的汽車稱重傳感檢測(cè)技術(shù)還不能充分9滿足工業(yè)和實(shí)際工程的需要，急需研制出響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的新型稱重傳感器，這對(duì)交通部門有效地實(shí)施超限管理，保證行車安全、延長(zhǎng)公路的使用壽命、降低公路養(yǎng)護(hù)的成本、減少環(huán)境污染等方面有著顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。若能實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的動(dòng)態(tài)稱重，則可以很好

18、的解決這些問(wèn)題。動(dòng)態(tài)稱重是測(cè)量行駛中汽車重量的一種技術(shù)，利用動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)，增加對(duì)超載汽車的監(jiān)控，配合處罰可以迫使車輛不敢超載，保護(hù)道路的同時(shí)還降低了交通事故的發(fā)生。動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)一般安裝在高速公路收費(fèi)站前，當(dāng)汽車駛過(guò)的時(shí)候，重量被記錄下來(lái)，顯示給高速公路的路政管理人員。動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，提供了一種實(shí)時(shí)連續(xù)，對(duì)所有汽車無(wú)偏差測(cè)量的新技術(shù)。雖然各種動(dòng)態(tài)稱重的原理不同，但是目前大部分動(dòng)態(tài)稱重傳感器的缺點(diǎn)有精度低、壽命短、易受電磁十?dāng)_等。本設(shè)計(jì)就是基于這種需求，設(shè)計(jì)一基于單片機(jī)的機(jī)車超載檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)過(guò)往機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)行稱重，判斷是否超載，若超載顯示超載重量并進(jìn)行報(bào)警。要判斷汽車是否超載首先要知道車輛所裝載的貨物

19、質(zhì)量，隨著傳感器技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，利用電子技術(shù)也可以測(cè)量出物體的質(zhì)量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車超載的監(jiān)控，而且精度可以做的很高。利用電子技術(shù)判斷汽車是否超載的基本的原理是：利用傳感器將汽車的載重量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后通過(guò)放大電路將這個(gè)微弱的電壓信號(hào)按比例放大后送 A/D 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)接口電路將這個(gè)數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出汽車的載重量并判斷是否超載，如果超載了要顯示超載的重量并報(bào)警。1.21.2 國(guó)內(nèi)外汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)研究現(xiàn)狀公路的快速發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)作用已為多年來(lái)持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)所證明。但是在汽車運(yùn)輸中，由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)。載貨汽車超載

20、現(xiàn)象普遍存在。超載行駛造成公路嚴(yán)重?fù)p壞，引發(fā)許多惡性交通事故。超載，是指汽車裝載的貨物超過(guò)汽車本身的額定載重量。國(guó)外許多國(guó)家的道路運(yùn)輸也普遍存在超限超載現(xiàn)象。為了避免超限超載10車輛引發(fā)的一系列危害，歐共體成員國(guó)和美國(guó)、加拿大等國(guó)在上世紀(jì) 50 年代就開(kāi)始對(duì)汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)(weighinmotion簡(jiǎn)稱 WIM)進(jìn)行研究并取得了相應(yīng)的成果。1974 年，美國(guó)首次在車輛載荷研究中使用 WIM 系統(tǒng)。1992 年，由歐洲高速公路系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟(FEHRI)發(fā)起。按照歐盟運(yùn)輸委員會(huì)(ECTD)的程序框架制定了 COST323 計(jì)劃該計(jì)劃主要內(nèi)容就是研究對(duì)公路行駛車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)控的相關(guān)問(wèn)題，

21、其中最重要的一項(xiàng)測(cè)試是在瑞士進(jìn)行為期 30 個(gè)月的 WIM 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。遍存在的問(wèn)題是：設(shè)備質(zhì)量重，安裝困難，工作效率低，影響交通通行，甚至誘發(fā)交通事故，危及稽查人員的人身安全。特別是隨著高速不停車收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展。現(xiàn)有的靜態(tài)稱重系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)很難滿足要求。1990 年在美國(guó)舉行的“國(guó)際交通數(shù)據(jù)采集技術(shù)會(huì)議”上西德 PAT 的平板式傳感器性能較理想同時(shí)展示數(shù)種低成本的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)它們主要基于壓電纜壓電膜和電容傳感技術(shù)在安裝理想的情況下能使統(tǒng)計(jì)平均誤差控制在 15%左右1994 年在中國(guó)舉行的“國(guó)際交通自動(dòng)化技術(shù)會(huì)議”上德國(guó)展示了采用平板式傳感器的 SAW100 動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)及其在自動(dòng)收

22、費(fèi)站的應(yīng)用在 90 年代中期以后安放在橋板上面的 WIM 系統(tǒng)在美國(guó)聯(lián)邦高速公路協(xié)會(huì)的同意下成為可能在美國(guó)在公路長(zhǎng)期管理計(jì)劃LTPP 下已經(jīng)搜集了大量的數(shù)據(jù).1997 年美國(guó)聯(lián)邦公路管理局出版“WIM 實(shí)踐手冊(cè)”用于愛(ài)荷華州州立大學(xué)運(yùn)輸研究和教學(xué)使用2002 年 ASTM1318 高速公路 WIM 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明書(shū)第 2 版發(fā)行.國(guó)內(nèi)對(duì)超載車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究正方興未艾現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)車輛系統(tǒng)主要是在靜態(tài)稱重基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的動(dòng)態(tài)汽車衡要求汽車通過(guò)速度低且需要開(kāi)挖道路安裝不方便目前的產(chǎn)品包括青島公平衡器總公司的 ZCS 型公路車輛超限檢測(cè)系統(tǒng)和 SCS 系列便攜式軸重秤北京高登衡器11的 ZCS 固定

23、式公路運(yùn)輸車輛超限檢測(cè)系統(tǒng)廣東天日科技有限公司的 TCD104 車輛超限檢測(cè)儀等其缺點(diǎn)主要是要求通過(guò)的速度低從而導(dǎo)致交通的不暢通高速系統(tǒng)仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段因此，有必要運(yùn)用法律、行政、經(jīng)濟(jì)等手段對(duì)車輛超載的違法進(jìn)行治理。尤其是運(yùn)用技術(shù)手段對(duì)車輛超載行為進(jìn)行“主動(dòng)”治理。但是，截止目前為止。純技術(shù)手段的研究仍較少見(jiàn)。本文將從技術(shù)層面出發(fā)，從“源頭”對(duì)車輛超載的行為進(jìn)行限制，最大限度扼制超載違法行為，凈化公路通行環(huán)境，提升公路安全通行效率和運(yùn)輸車輛合法轉(zhuǎn)載率，減少道路交通事故。目前，在我國(guó)廣泛使用著的車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)稱重裝置的秤體仍然是采用秤體平臺(tái)跨接在傳感器上，使稱重物的重量經(jīng)過(guò)秤體結(jié)構(gòu)再傳

24、遞到傳感器上的簡(jiǎn)支梁型的橋式結(jié)構(gòu)。其有著價(jià)格優(yōu)勢(shì)大、組裝靈活和易于維護(hù)等特點(diǎn)。并且，國(guó)內(nèi)與其配套的精度較高的車輛動(dòng)態(tài)稱重顯示控制器儀表，在 16km/h 以內(nèi)的勻速過(guò)秤測(cè)試中，單軸載重測(cè)量的平均誤差從2% 6%不等13，但在 16km/h 以上更快速度下，會(huì)產(chǎn)生非真實(shí)的車重值甚至?xí)捎跈z測(cè)速度不夠快而導(dǎo)致丟軸重的情況發(fā)生。所以，在過(guò)去幾十年的動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)研究中，在如何保持檢測(cè)精度的穩(wěn)定性和減少車輛通過(guò)速度對(duì)檢測(cè)的影響，一直是致力解決的問(wèn)題。1.31.3 國(guó)內(nèi)外汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)發(fā)展動(dòng)向國(guó)內(nèi)外汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)發(fā)展動(dòng)向盡管對(duì)車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研究己經(jīng)有了很大進(jìn)展，但在研究過(guò)程中還存在許多問(wèn)題需要解決

25、：（1）研究稱重本體。車輛是稱重本體，是稱重系統(tǒng)的對(duì)象，車輛在秤臺(tái)上運(yùn)動(dòng)時(shí)，秤臺(tái)的受力情況的與車輛的運(yùn)動(dòng)情況有著密切的聯(lián)系，對(duì)它們的研究分析和對(duì)其之間的關(guān)系進(jìn)行深入的研究有利于幫助提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。（2）注重模型和實(shí)踐檢驗(yàn)。由上面所了解到的許多關(guān)于車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的研究方法，這些技術(shù)大多數(shù)仍停留在理論研究的層次，真正應(yīng)用于實(shí)踐的并不多，而沒(méi)有12能在真正的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境以及以實(shí)踐中檢驗(yàn)。（3）應(yīng)用高性能微控制器。電子衡器儀表與微控制器的結(jié)合，是衡器發(fā)展的歷史飛躍。這是由于采用微控制器后，對(duì)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的實(shí)時(shí)分析成為可能，如機(jī)械阻抗分析、數(shù)字濾波、傅立葉分析等，這樣使電子衡器儀表的數(shù)據(jù)處理能力有

26、很大的提高，使車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的國(guó)內(nèi)發(fā)展展望。 A) 車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)將融入 ITS(Intellingent Transport Systems)，成為其組成部分，因此作為固定式的 WIM 系統(tǒng)或裝置，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這一背景，在數(shù)據(jù)處理、信號(hào)傳輸、上下位機(jī)的關(guān)系、硬件配備等方面，均要考慮，以便于其“嵌入”ITS。 B) 稱重傳感器的壽命將制約車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的廣泛使用，這是國(guó)內(nèi)業(yè)界應(yīng)當(dāng)認(rèn)真面對(duì)的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)較為普遍地運(yùn)用壓電陶瓷式、電阻應(yīng)變片式等形式稱重傳感器，國(guó)外則較多地運(yùn)用了壓電薄膜、液壓管、共聚物壓電軸等形式的稱重傳感器，大大提高了使用壽命，對(duì)于便攜式 WIM 系統(tǒng)還能方便現(xiàn)場(chǎng)使用。 C)

27、 目前國(guó)際上還沒(méi)有規(guī)范且權(quán)威的車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，僅有一個(gè)得到西方國(guó)家承認(rèn)的國(guó)際參考標(biāo)準(zhǔn) ASTM E131894。這給我國(guó)研究和應(yīng)用車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。機(jī)遇是在沒(méi)有國(guó)際權(quán)威規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情形下，我國(guó)有了領(lǐng)先設(shè)立國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)會(huì)。挑戰(zhàn)在于如何在國(guó)內(nèi)深入研究和應(yīng)用車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)，至少先要建立相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并付諸實(shí)施。 D)低速 WIM 系統(tǒng)的造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用都要低于高速 WIM 系統(tǒng)。以我國(guó)目前的道路運(yùn)輸水平，對(duì)應(yīng) WIM 系統(tǒng)的允許通過(guò)車速并不需要太高。用于計(jì)重收費(fèi)的場(chǎng)合，固定式WIM 系統(tǒng)一般安裝在收費(fèi)口或匝道口，在與 ITS 系統(tǒng)相配的情形下，車速一般不會(huì)高于40km/h。用于

28、執(zhí)法臨檢的場(chǎng)合，便攜式 WIM 系統(tǒng)一般安裝于輔道或路側(cè)，車速一般不會(huì)高于 5km/h。131.51.5 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi) 容容本設(shè)計(jì)涉及一基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)車超載檢測(cè)系統(tǒng)，在高速公路收費(fèi)口的路面上裝有固定連著傳感器的鋼板，當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)時(shí)，車輛的重量就會(huì)被稱重傳感器測(cè)量出來(lái)，送到變送器處理后，再傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)分析判斷，就會(huì)對(duì)超載車輛發(fā)出警報(bào)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能：（1）該系統(tǒng)有 32 個(gè)傳感器，每個(gè)收費(fèi)路口用 4 個(gè)傳感器組成一個(gè)稱，可同時(shí)檢測(cè) 8 個(gè)收費(fèi)口；（2）計(jì)算機(jī)通過(guò)發(fā)送命令字控制相應(yīng)的變送器進(jìn)行校正、故障診斷、數(shù)據(jù)采集等工作；（3）一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制 32 個(gè)變送器工

29、作，采用多點(diǎn)通訊形式；（4）具備掉電參數(shù)保護(hù)功能，上電后參數(shù)恢復(fù)功能（部分?jǐn)?shù)據(jù)清零）；（5）能夠遵循 RS-485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，生成標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通信數(shù)據(jù)包。1.51.5 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)如下:（1）參數(shù)測(cè)量誤差范圍為不大于1%；（2）監(jiān)控?cái)?shù)量：32 臺(tái)；（3）實(shí)時(shí)采集周期1 次/1 分鐘，發(fā)送周期1 次/1 小時(shí)；（4）數(shù)據(jù)輸出：所有表格數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果均可輸出為 Excel 文件。1.61.6 解決的關(guān)鍵問(wèn)題解決的關(guān)鍵問(wèn)題本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下：（1）尋找適合現(xiàn)場(chǎng)條件的稱重傳感器。傳感器的靈敏度、測(cè)量范圍、防止方式都會(huì)影響所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確

30、性。（2）測(cè)量數(shù)據(jù)的處理。若測(cè)量數(shù)據(jù)處理不當(dāng)，系統(tǒng)就會(huì)做出錯(cuò)誤的判斷，在數(shù)據(jù)14處理不當(dāng)?shù)臅r(shí)候，進(jìn)行合理的判斷處理。（3）鍵盤(pán)輸入。鍵盤(pán)用來(lái)設(shè)定上限值和解除報(bào)警。（4）掉電保護(hù)。在一些測(cè)控系統(tǒng)中，存在電源開(kāi)斷、瞬時(shí)電壓不穩(wěn)等不安全因素，將會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)、信息丟失、運(yùn)行不穩(wěn)定等故障，這就需要掉電保護(hù)。（5）與上位機(jī)的通信（標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通信）。2 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)2.12.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。圖 2.1 以單片機(jī)為處理器的系統(tǒng)本設(shè)計(jì)為車輛超載檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求能夠判斷車輛是否超載并且在超載時(shí)能夠提供報(bào)警和

31、顯示超載的重量。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心處理器，利用橋15式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動(dòng)車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)放大電路將電壓信號(hào)放大后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；所得的載重量將通過(guò) RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警；參數(shù)可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定，鍵盤(pán)還可解除報(bào)警。2.22.2 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)2.2.1 方案一處理器基于 AVR 的機(jī)動(dòng)車超載檢測(cè)系統(tǒng)。本檢測(cè)系統(tǒng)主要由主控制板、顯示部分、鍵盤(pán)部分、采集部分、串行通信部分和報(bào)警部分構(gòu)成。主控制板主要由 AVR 單片機(jī)

32、、CPLD、濾波電路、電平轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。AVR 單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)控制功能，CPLD 主要實(shí)現(xiàn) I/O 口擴(kuò)展、邏輯判斷等功能。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化之后，先用鍵盤(pán)設(shè)定載重上限值，然后采集數(shù)據(jù)，由 AVR 單片機(jī)判斷是否超載，超載要發(fā)出報(bào)警。2.2.2 方案二處理器基于 51 系列單片機(jī)的機(jī)動(dòng)車超載檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件框圖如下所示:圖 2.2 基于 51 系列單片機(jī)的系統(tǒng)硬件框圖本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動(dòng)車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)放大電路將電壓調(diào)理后送到 A/D轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；

33、所得的載重量將通過(guò) RS485 接口16電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警；參數(shù)可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定，鍵盤(pán)還可解除報(bào)警。2.32.3 方案的方案的論證論證2.3.1 AVR 系列AVR 單片機(jī)是 Atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。 通用寄存器一共 32 個(gè)（R0R31），前 16 個(gè)寄存器（R0R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。AVR 系列沒(méi)有類似累加器 A 的結(jié)構(gòu)，它主要是通過(guò) R16R31 寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn) A 的功能。在 AVR 中，

34、沒(méi)有像 51 系列的數(shù)據(jù)指針 DPTR，而是由 X（由 R26、R27 組成）、Y（由 R28、R29 組成）、Z（由 R30、R31 組成）三個(gè) 16 位的寄存器來(lái)完成數(shù)據(jù)指針的功能(相當(dāng)于有三組 DPTR)，而且還能作后增量或先減量等的運(yùn)行。2.3.2 51 系列51 系列內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見(jiàn)。51 系列在片內(nèi) RAM 區(qū)間還特別開(kāi)辟了一個(gè)雙重功能的地址區(qū)間，十六個(gè)字節(jié)，單元地址 20H2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理，使用極為靈活。51

35、 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各 I/O 口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá) 20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十 A 甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力。其原因是高電平時(shí)該腳也同時(shí)作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入17阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進(jìn)行高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)，得利用外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，I/O 腳不通，電流經(jīng) R 驅(qū)動(dòng) LED 發(fā)光；低電平時(shí)，I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地，LED 滅（I/O 腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)

36、地的電壓降小于 1V，LED 的域值 1.51.8V）。2.42.4 方案的確定方案的確定本次設(shè)計(jì)采用 51 系列 AT89C51 單片機(jī)，選用它作為核心控制新片，可使電路極大地簡(jiǎn)化，而且程序的編寫(xiě)及固化也相當(dāng)方便、靈活。 與系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)方案包括：看門狗的選擇、傳感器的選擇、A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選擇、顯示器的選擇、通訊模塊的選擇及電源方案等。 1）看門狗的選擇：看門狗芯片可以選擇 X25045 和 MAX813L 等。X25045 內(nèi)部沒(méi)有故障檢測(cè)，而 MAX813L 內(nèi)部自帶了看門狗躍遷檢測(cè)器，故選用 MAX813L。它有加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為 2

37、00 ms；獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 16 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑?.25 V 門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或5 V 以外的電源監(jiān)控；低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入；8 引腳 DIP 封裝。 2）傳感器的選擇：橋式稱重傳感器有 WPL110、CL110 等, CL110 的額定載荷是1030t，而 WPL110 的額定載荷 是 1050t ，故本設(shè)計(jì)選擇 WPL110。它抗偏載，組合壓頭具有自動(dòng)復(fù)位與調(diào)心功能。高精度、低功效、全密封，適用于各類惡劣環(huán)境。量程是 1050t ，綜合精度達(dá)到 002（線性+滯后+重復(fù)性），靈 敏 度是 2.0mV/V ，工作溫度

38、在-20+65 ，輸入阻抗是 700 ，輸出阻抗是 750 ，安全過(guò)載：150 F?S ，供橋電壓為 12VDC 。3）A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選擇：A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸出的信號(hào)格式，可分為并行AD 和串行 AD。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小。故本設(shè)計(jì)采用串行18ADTLC0838。TLC0838 是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具有輸進(jìn)可配置的多通道多路器和串形輸進(jìn)輸出方式。它有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通 8 輸進(jìn)通道；單 5

39、V 供電，范圍為 05V：輸進(jìn)和輸出與 TTL、CMOS 電平兼容；時(shí)鐘頻率為 250kHz 時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32s；總調(diào)整誤差為1LSB。4）顯示器的選擇：本設(shè)計(jì)采用 LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。LED 體積小，耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（單管 0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%。一般來(lái)說(shuō) LED 的工作電壓是 2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；5）

40、通訊模塊的選擇：本設(shè)計(jì)采用 RS-485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，RS-485 驅(qū)動(dòng)器和接收器價(jià)格便宜，并且只需要單一的一個(gè)+5V（或者更低）的電源來(lái)產(chǎn)生差動(dòng)輸出需要的最小1.5V 的壓差。RS-485 是一個(gè)多引出線接口，這個(gè)接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接受器，而不是限制為兩臺(tái)設(shè)備。利用高阻抗接受器，一個(gè) RS-485 連接可以最多有 256 個(gè)接點(diǎn)，最長(zhǎng)可以達(dá)到 4000ft,比特率可以高達(dá) 10Mbps。6）電源方案：本設(shè)計(jì)中的電源主要有兩種：、+5V 和+12V。+5V 為單片機(jī)、TLC0838、顯示、鍵盤(pán)、蜂鳴器、MAX813L 及 MAX485 的模擬電源與數(shù)字電源； +12V 的電源是供給運(yùn)算放

41、大器、傳感器和看門狗芯片的。綜上所述，我們本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動(dòng)車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)放大電路將電壓信號(hào)放大后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；所得的載重量將通過(guò) RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，19若超載顯示超載的重量并報(bào)警；參數(shù)可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定，鍵盤(pán)還可解除聲光報(bào)警。3 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由看門狗模塊、通訊模塊、鍵盤(pán)模塊、采集模塊和顯示模塊組成，硬件框圖如圖 3.1 所示。20圖 3.1 系統(tǒng)硬

42、件框圖下面將具體介紹各個(gè)主要組成部分的功能、選型以及具體連接方式。3.13.1 單片機(jī)單片機(jī) AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停21止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。芯片圖如圖 3.

43、2 所示。3.23.2 采集模塊采集模塊3.2.1 惠斯登電橋1 1 橋路形式橋路形式在應(yīng)變計(jì)的電測(cè)技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的測(cè)量電路是惠斯通電橋電路。測(cè)量電橋由于具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿足應(yīng)變測(cè)量的要求。 電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng) Ui 為直流時(shí)該電橋?yàn)橹绷麟姌颉ｋ姌螂娐啡鐖D 3.3 所示，它的四個(gè)橋臂由 R1、R2、R3、R4 組成。當(dāng)四臂電阻 R1=R2=R3=R4=R 時(shí)，稱為等臂電橋；當(dāng) R1=R2=R,R3=R4=RR 時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋；當(dāng) R1=R4=R，R2= R3=RR 時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋，本

44、設(shè)計(jì)采用等臂電橋。 圖 3.3 電橋電路2 2 工作方式：工作方式：?jiǎn)伪酃ぷ鳎弘姌蛑兄挥幸粋€(gè)臂接入被測(cè)量，其它三個(gè)臂采用固定電阻；雙臂工作：如果電橋兩個(gè)臂接入被測(cè)量，另兩個(gè)為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式；全橋方式：如果四個(gè)橋臂都接入被測(cè)量則稱為全橋形式。22本設(shè)計(jì)采用全橋方式。3.3.輸出方式輸出方式電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負(fù)載情況而定。本設(shè)計(jì)采用的是電壓輸出型，故只介紹電壓輸出型。當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無(wú)窮大，這時(shí)電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開(kāi)路電壓，其表達(dá)式為： (1-3-1)對(duì)于

45、等臂電橋 R1=R2=R3=R4=R ，當(dāng) R1 的電阻增量 R1=R 時(shí)，可得輸出電壓為： (1-3-2) 在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè)被測(cè)信號(hào)接成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)稱的全橋工作形式，R1=R+R,R2=R-R,R3=R+R,R4=R-R，將上述條件代入式(1-3-1)得 (1-3-3) 由式(1-3-3)看出，由于充分利用了雙差動(dòng)作用，它的輸出電壓為單臂工作時(shí)的 4 倍，所以大大提高了測(cè)量的靈敏度。本設(shè)計(jì)中用的傳感器是 WPL110，它輸入阻抗是 770，輸出阻抗是 700，即R=70，輸入電壓 U=12V，代入公式 1-3-3 可知，電橋的輸出電壓 VU0909. 17

46、7070120即電橋輸出電壓范圍是 01V.已知 TLC0838 的輸入電壓是 05V，故需將電壓放大 5 倍。233.2.2 稱重傳感器 WPL1101 1 電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。由此可見(jiàn)，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。彈性體是一個(gè)

47、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)。2 2 檢測(cè)電路檢測(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?。因?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重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。3 3 稱重傳感器的選擇稱重傳感器的選擇稱

48、重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的量程越接近分24配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作

49、在其 30%70%量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的 20%30%之內(nèi)，使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感

50、器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。4 4 稱重傳感器的基本應(yīng)用稱重傳感器的基本應(yīng)用稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變成電信號(hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的關(guān)鍵性部件。能夠?qū)崿F(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器有很多種類，最常見(jiàn)

51、的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。稱重模塊是一種用于傳感器的實(shí)用性結(jié)構(gòu)部件。為了適應(yīng)各種衡器的結(jié)構(gòu)安裝需要，稱重傳感器做成了各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，如橋式稱重傳感器、懸臂梁式25稱重傳感器、柱式稱重傳感器、箱式稱重傳感器、s 型稱重傳感器等。稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)分為 A/B/C/D 四個(gè)級(jí)別，不同的級(jí)別有不同的誤差范圍。稱重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過(guò)載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域如電子汽車衡、電子臺(tái)秤、電子叉車、動(dòng)態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。WPL111 橋式稱重傳感器結(jié)構(gòu)合理、使用簡(jiǎn)單、方便安裝。適用于車載專

52、用秤、天車秤及車輛輪、軸力的測(cè)量。 綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)采用橋式稱重傳感器 WPL110。橋式稱重傳感器 WPL110.具有大力值、抗偏載，組合壓頭具有自動(dòng)復(fù)位與調(diào)心功能。高精度、低功效、全密封適用于各類惡劣環(huán)境。適用于汽車衡、軌道衡以及各類電子衡器等。WPL110 的技術(shù)參數(shù)如表 1 所示：表 1 WPL110 的技術(shù)參數(shù)型號(hào)WPL110量程1050t綜合精度002(線性+滯后+重復(fù)性)靈 敏 度2.0mV/V零點(diǎn)溫度影響0.02F?S/10輸出溫度影響0.02F?S/10工作溫度-20+65輸入阻抗770輸出阻抗700安全過(guò)載150 F?S供橋電壓建議12VDC材 質(zhì)合金鋼接線方式電源

53、(+)紅線；電源(-)綠線； 輸出(+)黃線；輸出(-)白線WPL110 圖片展示263.2.3 Op07 芯片1.Op071.Op07 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介Op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性（雙電源供電）運(yùn)算放大器集成電路。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于 OP07A 最大為 25V），所以 OP07 在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A 為2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于 OP07A 為 300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放 大傳感器的微弱信號(hào)等方面。2.OP072.OP07

54、特點(diǎn)特點(diǎn)OP07 有許多特點(diǎn)，如不超過(guò) 150V 的超低偏移；1.8nA 的低輸入偏置電流；0.5V/的低失調(diào)電壓漂移；3V 至22V 的高電源電壓范圍。3.OP073.OP07 芯片引腳功能說(shuō)明：（引腳如圖芯片引腳功能說(shuō)明：（引腳如圖 3.43.4 所示，說(shuō)明如表所示，說(shuō)明如表 2 2 所示）所示）圖 3.4 OP07 芯片引腳圖27表 2 OP07 引腳說(shuō)明OP07 引腳說(shuō)明OP07 引腳說(shuō)明1調(diào)零端5空腳2反向輸入端6輸出3正向輸入端7電源4接地8調(diào)零端4.OP074.OP07 的接線方式的接線方式 如圖 3.5 所示為 OP07 的差分減法電路，根據(jù)“虛短”，“虛斷”，可得 （1-3-

55、4）)(1 (13223310URRURRRRRUIfIf當(dāng) R1= R2 ，R3= Rf 時(shí)， （1-3-5）)(1210UURRUIIf當(dāng) R1= R2 ，R3= Rf 時(shí)，U0=UI2- UI1 （1-3-6） 由于信號(hào)需放大 5 倍，取 R1=R2=10K，R3=Rf=50K,正好滿足要求。圖 3.5 OP07 的差分減法電路3.2.4 TLC0838 芯片AD 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸出的信號(hào)格式，可分為并行 AD 和串行 AD。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小，但需要通過(guò)軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)，2

56、8故本設(shè)計(jì)采用 TLC0838。1.TLC08381.TLC0838 的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)TLC0838 是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具有輸進(jìn)可配置的多通道多路器和串形輸進(jìn)輸出方式。這些接口在與微控制器連接時(shí)可以配置成移位寄存器，其多路器可由軟件配置為單端或差分輸進(jìn)，也可以配置為偽差分輸進(jìn)。另外，其輸進(jìn)基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。存全 8 位分辨率下，它答應(yīng)任意小的模擬電壓編碼間隔。由于 TLC0838 采用的是串行輸進(jìn)結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省 51 系列單片機(jī)IO 資源，價(jià)格也較適中。其種類有貿(mào)易級(jí)別，工作環(huán)境為 0+70，_T 業(yè)級(jí)別，工作環(huán)境為40+85。更高的可達(dá)

57、40+125。在實(shí)際運(yùn)用中我們選用的是TL0838I 型號(hào)，滿足了實(shí)際需要。TLc0838 具有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通 8 輸進(jìn)通道；單 5V 供電，范圍為 05V：輸進(jìn)和輸出與TTL、CMOS 電平兼容；時(shí)鐘頻率為 250kHz 時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32s；總調(diào)整誤差為1LSB。2.2.工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：TLC0838 可通過(guò)和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來(lái)傳送控制命令，在使用前需要對(duì)通道進(jìn)行選擇和輸進(jìn)端進(jìn)行配置，其控制邏輯表如表 3 所列。表 3 TLC0838 配置信息位的功能控制位選擇的模擬通道（CH0-CH7）ComDif/S

58、glOdd/EvenSel1Sel0012345670000V+V-0001V+V-0010V+V-0011V+V-290100V+V-0101V+V-0110V+V-0111V+V-1000V+V-1001V+V-1010V+V-1011V+V-1100V+V-1101V+V-1110V+V-1111V+V-注：V+ 輸入電壓的正端，V-輸入電壓的負(fù)端。被轉(zhuǎn)換的電壓為 V= V+ V-.3.3.引腳功能描述引腳功能描述圖 3.6 引腳排列TLC0838 的引腳排列如圖 3.6 所示，其中 CH0CH7 為模擬輸進(jìn)端；Cs 為片選端；DI 為串行數(shù)據(jù)輸進(jìn)，該端僅在多路器尋址時(shí)(MUX Sett

59、ling Time)才被檢測(cè)；DO 為AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；CLK 為時(shí)鐘；SARS 為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成；REF 為參考電壓輸進(jìn)端；VCC 為電源；DGTLGND 為數(shù)字地，ANGL GND 為模擬地，COM 公共端；SE 為數(shù)據(jù)保持，輸出，30該端為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)線上，該端為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出。4.4.與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)圖 3.7 TLC0838 與 AT89C51 單片機(jī)的硬件接口電路TLC0838 與 AT89C51 單片機(jī)的硬件接口電路的電路原理如圖 3.7 所示。圖中，單片機(jī)的 P2

60、.0 接 TLC0838 的片選信號(hào)，P1.1 用于產(chǎn)生 AD 轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘，P1.0 為一個(gè)雙向IO 口，可用于對(duì)模擬輸進(jìn)進(jìn)行配置及輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。在這里，模擬信號(hào)以單端方式輸進(jìn)，參考電壓為 5V，即 AD 模擬量的輸進(jìn)范圍為 05V。3.2.5 小結(jié) 將惠斯登電橋、放大器、TLC0838 與單片機(jī)連接起來(lái)，就組成了本系統(tǒng)的采集模塊。四個(gè)被測(cè)信號(hào)接成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)稱的全橋工作形式，測(cè)得的信號(hào)經(jīng)計(jì)算輸出范圍是 0-1V,而 TLC0838 的輸入電壓范圍是 0-5V，故信號(hào)需放大 5 倍。整體接口電路如圖 3.8 所示：31圖 3.8 采集模塊整體硬件接口電路3.33.3 鍵盤(pán)模塊鍵盤(pán)模塊矩陣式