基于51單片機的稱重系統(tǒng)設計說明

1、單片機作業(yè)學院計算機與控制工程學院專業(yè)自動化132學號2013022030基于51單片機的稱重系統(tǒng)一動態(tài)稱重所謂動態(tài)稱重是指通過分析和測量車胎運動中的力，來計算該運動車輛的總重量、軸重、輪重和部分重量數(shù)據(jù)的過程。動態(tài)稱重系統(tǒng)按經(jīng)過車輛行駛的速度劃分，可分為低速動態(tài)稱重系統(tǒng)與高速動態(tài)稱重系統(tǒng)。因為我國高速公路的限速最高是120,所以高速動態(tài)稱重系統(tǒng)在理論上可對5到120之間時速通過稱量裝置的車輛進行動態(tài)稱重。而低速動態(tài)稱重系統(tǒng)則一定要限制通過車輛的行駛速度，要想有較高的測量精度，理論要求車輛在5km/h以下時速勻速通過。在我國，車輛動態(tài)稱重一般都使用低速動態(tài)稱重來完成，在很多收費站和車輛檢測站都

2、有應用，國家也出臺了相關(guān)的測量標準。與傳統(tǒng)意義上的靜態(tài)稱重相比，動態(tài)稱重可以在車輛緩慢運動情況下直接進行稱重，這樣動態(tài)稱重的高效率、測量時間短、能流暢交通等主要特點就凸顯出來了。動態(tài)稱重的問世，不但使車輛的管理上有了很大的促進作用，而且還對我國的公路管理和維護起到了至關(guān)重要的作用。二系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能設計總體結(jié)構(gòu)是以51單片機為處理器的系統(tǒng)，如圖3.1所示。上位機鍵盤輸入A/D轉(zhuǎn)換器ADC08327RS232轉(zhuǎn)換器<AT89C51單片機放大器OP07V橋式稱重傳感器WPL110圖3.1本設計要求能判斷出車輛是否超載，如果車輛超載，本系統(tǒng)能夠提供該車輛的超載信息并發(fā)出警報。本設計采用ST

3、C89C52單片機作為系統(tǒng)的處理核心，利用橋式稱重傳感器采集到車輛重量并轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后通過放大電路將電壓信號進行放大處理后，傳送到A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過單片機處理、傳輸?shù)浇涌陔娐?，最后送到上位機，該數(shù)據(jù)可以與上位機里用鍵盤事先輸入設定的總重量作比較并判斷出該車輛是否超載，如果超載，則可通過顯示器、蜂鳴器作顯示超載信息并報警，當然，鍵盤的作用除了輸入設定值還可以解除和開啟警報。三動態(tài)稱重系統(tǒng)的組成動態(tài)稱重系統(tǒng)主要由車輛重量(含超載、偏載檢測)檢測子系統(tǒng)、貨車長、寬、高三維尺寸超限檢測子系統(tǒng)、自動觸發(fā)攝像拍照子系統(tǒng)、車輛類型自動判別子系統(tǒng)、系統(tǒng)配置及系統(tǒng)維護子系統(tǒng)、行駛車輛速度

4、測量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表處理子系統(tǒng)和單據(jù)輸出打印子系統(tǒng)這幾部分組成。該系統(tǒng)組成完善，部件考慮周全，能很好的完成稱重任務。四動態(tài)稱重系統(tǒng)的主要功能(1)動態(tài)檢測出通過車輛的軸數(shù)、軸重、軸距、輪數(shù)、車速等；(2)能自動檢測出車輛的高、寬、長等外圍尺寸是否超出最大標準，并能給出超出部位的具體位置和具體數(shù)據(jù)；(3)拍攝機器在車輛經(jīng)過時能自行對要被檢測的車輛進行拍照，該機器能對車牌、車輛種類進行識別，最終作為圖像證據(jù)；(4)可以將不合格車輛的處理記錄、超限情況進行打印，根據(jù)車輛超限的程度來計算罰款數(shù)額并打印收據(jù)或罰款單；(5)檢測到的數(shù)據(jù)全部存入數(shù)據(jù)庫中，并對被監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計。便于匯總上報

5、、日常管理和進行查詢。五單片機的選用本設計采用的是INTEL公司研究開發(fā)生產(chǎn)的STC89C52I片機，具部置有256字節(jié)的部數(shù)據(jù)存儲器、8位中央處理單元、8K片程序存儲器、3個16位定時/計數(shù)器、32個雙向I/O口和一個片時鐘振蕩電路，全雙工串行通信口，5個兩級中斷結(jié)構(gòu)。89C52的弓唧圖如圖4.1所示。XTAIL1PO0/AD0P01/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P05/AD5P0.6/AD6RSTP07/AD7P2.0/AQP2.1；A9PZ2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12FAP25/A13P26/A14PN77A15P1.0P3

6、.0/RXDP1I.1P3.VTXDP12P32八NT。P13P3.3/INT1P1.4P3.4/TOP1.5P3.5/T1P16P3P1.7P3.7/RD1918圖4.189C52引腳圖2347829393837353221至2324252627281012工17本設計使用的是單片機的最小系統(tǒng)，其中電路包括下載口電路、復位電路和晶振電路。復位電路中，電阻在下接地，電容在上接高電平，中間為RST復位電路工作原理是：通電時，由于電流很大，從而相當于電容被短路，這樣RST弓I腳上處于高電平，這時的單片機為禁止工作狀態(tài)。如果要使單片機正常工作，就要使RS礎電壓慢慢下降并到一定程度,也就是RST端為低

7、電平，這就需要通過電源對電容進行充電。復位電路復位的方式有手動復位、上電復位兩種。所謂上電復位，就是通電瞬間，由RST端就處于于電流很大，從而相當于電容被短路，這樣RST弓|腳上處于高電平，自動復位；相反，通過對改變電容電流，當電流很小的時候，我們就可以把電容當做開路狀態(tài),低電平，程序就能正常的運行。而手動復位要在上電復位的基礎上，按下復位按鍵，使VCC直接與RST相連，電容處于放電狀態(tài)，以高電平形成復位；松開復位按鍵，RST仍舊是高電平，這時充電電流作用于電阻上，VCC給電容進行充電，還是復位狀態(tài)，充電結(jié)束后，RST為低電平，能夠正常工作。A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸出的信號格式有并行A/

8、D和串行A/D兩種。ADC0832是一種具有雙圖4,6引腳排列表4ADC0832弓|腳說明接口說明CS片選使能，輸入低電平能使芯片工作CH1模擬的輸入通道1,或作為IN+/-使用CH0模擬的輸入通道0,或作為IN+/-使用GND接地DO轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)信號輸出DI選擇通道控制，數(shù)據(jù)信號輸入CLK芯片時鐘脈沖輸入Vcc/REF5V經(jīng)臼電壓軸入和電源軸入通道A/D轉(zhuǎn)換芯片和8位分辨率。它的優(yōu)點有體積小，兼容性強，性價比高，從而深受個人的歡迎和企業(yè)的認可，目前在世界上也已經(jīng)有了較高的使用率。ADC0832M有能夠進行雙通道A/D轉(zhuǎn)換，分辨率高達8位；當供電電源為5V時，輸入電壓能穩(wěn)定的保持在05V

9、之間；TTL/CMOSf輸出輸入電平兼容；功耗很低，只有15mW轉(zhuǎn)換工作時間只有32pS,也就是頻率僅有250KHz等特點。具引腳功能圖如圖4,6所示，芯片引腳接口說明如表4所示。一8Vcc/REF一7CLK6DO32n5diCSCH0CH1GND1234通常情況下的單片機和ADC0832勺接口的數(shù)據(jù)線應為4條，分別是CS、CLKDODI由于ADC0832勺數(shù)據(jù)信號輸入輸出口與單片機具有雙向接口通信，輸入輸出口也不同時使用，所以可以將數(shù)據(jù)信號輸入輸出口并聯(lián)后當一條數(shù)據(jù)線進行使用。它們的硬件接口電路ADC0832專換器和STC89C5笄片機連接起來，就與單片機連接的原理如圖4,7所示。最后將以上

10、的惠思登電橋、放大器、組成了系統(tǒng)的采集模塊Vcc圖4.7ADC0832與單片機的接口電路報警模塊本系統(tǒng)要實現(xiàn)一旦檢測到車輛超載超限，就會立刻鳴笛報警，通過操作人員的檢查處理后，解除報警。本設計選用蜂鳴器作為發(fā)聲裝置，蜂鳴器可利用三極管來進行放大驅(qū)動該接口電路如圖4.15所示：圖4.15報警接口電路5.系統(tǒng)的軟件設計5.1 主程序設計當系統(tǒng)上電復位后，系統(tǒng)開始初始化，包括端口等；初始化完畢后，調(diào)用用口輸出提示語，開始準備用口輸出電壓；準備完畢后，調(diào)用用口輸出電壓值，開始從串口輸出電壓值；輸出完畢后，調(diào)用用口輸出換行值；最后開始延時200ms根據(jù)系統(tǒng)方案，設計出本設計的主程序流程，可以用框圖表示。

11、開始串口初始化串口輸出提示語串口輸出電壓值串口輸出換行值延時200ms圖5.1主程序流程圖5.3 ADC0832軟件設計首先要將芯片開始使能，即CS使能端置于低電平，然后通過DI和DO的同一數(shù)據(jù)輸入端口，可實現(xiàn)通道功能的選擇，再調(diào)用通道初始化程序，初始化完畢后，在8個時鐘邊沿獲得正序和反序8位數(shù)據(jù)，最后返回數(shù)據(jù)。根據(jù)此方案，設計出本設計中A/D轉(zhuǎn)換程序流程，如圖5.2所示。當兩位數(shù)據(jù)都為0時，CH1作為負輸入端IN-,而CH0就作為正輸入端IN+來進行相關(guān)輸入。當此兩位數(shù)據(jù)都為1時，CH1進行單通道轉(zhuǎn)換而CHO¥轉(zhuǎn)換。當兩位數(shù)據(jù)分別為0和1時，CH1作為正輸入端IN+,CH0乍為負卒

12、&入端IN-來進行相關(guān)輸入。當兩位數(shù)據(jù)為分別為1和0時，CH0!行單通道轉(zhuǎn)換而CH1不轉(zhuǎn)換。ADC0832勺功能項如表7所示。圖5.2ADC0832轉(zhuǎn)換流程圖表7AD0832功能項MUXAddressChanne#SGL/DIFODD/SIGN0110+11+00+01+ADC083歿有工彳時，DO/DI和CLK的電平可高可低，但CS的輸入端口應必須顯示高電平，此時芯片處于禁用狀態(tài)。當A/D轉(zhuǎn)換進行時，CS端口必須處于低電平并且一直將低電平保持到轉(zhuǎn)換全部結(jié)束。當芯片轉(zhuǎn)換工作開始，芯片的CLK端口會接收到處理器傳送來的一時鐘脈沖，DO/DI并聯(lián)端口將使用數(shù)據(jù)輸入信號的DI端口第一個時鐘脈

13、沖的下沉出現(xiàn)之前，DI端口一定要是高電平，表示啟始信號的發(fā)出，在第二、三個脈沖的下沉出現(xiàn)之前，DI端口要輸入兩位數(shù)據(jù)來選擇通道。第三個脈沖出現(xiàn)下沉之后，DI端口就不再起任何作用，此后DO/DI并聯(lián)端口則是被DO端口占領進行讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。第四個下沉脈沖出現(xiàn)開始，DO端口輸出最高位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DATA7接下來每個脈沖下沉之后DO端口都會輸出下一位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。直到發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA。也就是由第十一個脈沖發(fā)出的數(shù)據(jù)之后，這樣一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出就完成了。再從第十一個脈沖下沉開始從DATD0F始輸出下一個相反數(shù)據(jù)字節(jié)。然后一直到第十九個脈沖完成數(shù)據(jù)的輸出，這樣一次A/D轉(zhuǎn)換才結(jié)束。最后，要想將轉(zhuǎn)換后的數(shù)

14、據(jù)進行相關(guān)處理就必須將芯片禁用，也就是將CS端口輸入高電平。5.4 LCD顯示程序設計首先設置顯示模式，設置第（x,y）個字符的DDRAM1地址，為15X2顯示，因為液品顯示為15列，所以x位置的圍是0到15,同理，因為顯示2行，所以y位置的圍是0到1。顯示程序如下：voidLcd_Pos(ucharyPos,ucharxPos)(uchartmp;xPos&=0x0f;yPos&=0x01;if(yPos=0)(tmp=xPos;)else/x位置圍是015,因為顯示15列/y位置圍是01,因為顯小2行tmp=xPos+0x40;/顯示第二行/顯示第一行)tmp|=0x80;

15、Write_(tmp);5.5 主函數(shù)軟件主要分成四個部分：串口配置，ADC0832的初始化，等待接受數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。程序如下：voidmain(void)(InitUART();/用口初始化Lcd_init();Write_String("Weight:",0,0);Write_String("H=",1,0);Write_String("L=",1,6);Beep=1;while(1)(Process10ms();DispVal(Wh,1,2);DispVal(Wl,1,8);CheckProcess();if(flagget10

16、s=1)(flagget10s=0;Get_temp(sum*100);ET0=1;TR0=1;Disp_Voltage();/采集電壓并發(fā)送參考文獻1周杏鵬，傳感器與檢測技術(shù)，清華大學，20102燕，傳感器原理及應用，大學，20093王幸之、鐘愛琴、王雷、王閃，AT89系列單片機原理與接口技術(shù)，航天大學，20044高玉芹，單片機原理與應用及C51編程技術(shù)，機械工業(yè)，20115毅剛、喜元、宇，單片機原理與應用，高等教育，20106小成、吳清、夏春明，單片機原理及C51應用，華東理工大學，20097國務院全國治理車輛超限超載領導工作小組，全國治理車輛超限超載工作簡報Z,2004(1)8勇、吳文兵

17、、竹生、雨，汽車輪重動態(tài)檢測中的單片機，汽車科技，2004(3)9積東，單片機51/98開發(fā)與應用，電子工業(yè)，199410周航慈，單片機程序設計基礎，航空航天大學，1997單片機系統(tǒng)部分硬件原理圖U.LU-'CITH1IlTTTT-HH用IVTfc|,1BjllEri-vrr-g。匚LTlfflit葉RlinC3-HLmk,T31niLZdulLidR'jniJ.lubIK!II-1(電UFFlDilWtFlITXDFi-lisn>P1JFT7F54-71F8，Tii?.'K.-JXBAL1KTALIifdATWSSXTaVPF一TF0J3PtUMlPflJF&#

18、171;4P3«HM單片機程序#include"reg52.h"#include"My_type.h"/數(shù)據(jù)類型頭文件#include<intrins.h>#definenop()_nop_()#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitLcd_rs=P2A0;sbitLcd_rw=P2A1；sbitLcd_en=P2A2;sbitkeyl=P3A5;sbitkey2=P3A6;sbitkey3=P3A7;sbitBeep=P2A7;sbitLed=P2A6;sbitCS=P1

19、A3;/使能sbitCLK=P1A1;/時鐘sbitDo=P1A2;/數(shù)據(jù)輸出sbitDi=P1A2;/數(shù)據(jù)輸入通道1通道2#definefirst_channel0x02/*使用11.0592M晶體*/波特率定義為9600*/#definesecond_channel0x03/ucharCH=first_channel;#defineFclk11059200UL#defineBitRate9600UL/*uint8Sending;/發(fā)送標志codeuint16AD_Tab41=512,2048,2970,3840,4659,5581,6349,7117,7782,8397,9165,9830

20、,10291,11162,11520,11981,12749,13210,13926,14490,15206,15821,16538,17357,17971,18842,19814,20838,21760,22477,23091,23603,23962,24371,24678,24883,25037,25190,25293,25395,25600);uint8temp_zheng;floattemp_xiao;uint8flag10ms=0;uint8flag50ms=0;uint8get10s=0;uint8flagget10s=0;uint8Alarmflag=1;uint16sum=0;

21、uint8count5ms=0;uint8Wh=40;uint8Wl=20;voidDelay_lcd1602(uintdly)(.uinti;for(;dly>0;dly-)for(i=0;i<100;i+);bitLcd_busy()(.bitresult;Lcd_rw=1;Lcd_rs=0;Lcd_en=1;nop();nop();nop();nop();result=(bit)(P0&0x80);Lcd_en=0;return(result);voidWrite_(uchar)忙等待忙等待(while(Lcd_busy();/LCDLcd_rs=0;Lcd_rw=0

22、;P0=;Delay_lcd1602(5);Lcd_en=1;Delay_lcd1602(5);Lcd_en=0;voidWrite_data(uchardate)(.while(Lcd_busy();/LCDLcd_rs=1;Lcd_rw=0;P0=date;Delay_lcd1602(5);Lcd_en=1;Delay_lcd1602(5);Lcd_en=0;voidLcd_init()Lcd_en=0;Write_(0x38);Delay_lcd1602(5);Write_(0x0c);Delay_lcd1602(5);Write_(0x04);Delay_lcd1602(5);Writ

23、e_(0x01);Delay_lcd1602(5);voidLcd_Pos(ucharyPos,ucharxPos)(.uchartmp;xPos&=0x0f;/xyPos&=0x01;if(yPos=0)/(tmp=xPos;else(tmp=xPos+0x40;/tmp|=0x80;Write_(tmp);/設置第(xPos,yPos)個字符的DDRAMfc址位置圍是015,因為顯示15列/y位置圍是01,因為顯小2行顯示第一行顯示第二行voidWrite_char(ucharc,ucharxPos,ucharyPos)/定義Whte_Char函數(shù)(一一Lcd_Pos(xP

24、os,yPos);Write_data(c);voidWrite_String(uchar*s,ucharxPos,ucharyPos)/定義Write_String函數(shù)(一一uchari=0;Lcd_Pos(xPos,yPos);while(*s)(Write_data(*(s+);voidInitUART(void)(EA=0;TMOD|=0x21;/定時器1工作在模式2SCON=0x50;/用口工作在模式1TCON=0x05;TH1=256-Fclk/(BitRate*12*16);TL1=256-Fclk/(BitRate*12*16);TH0=(65535-1000)/256;TL0

25、=(65535-1000)%256;ET0=1;TR0=1;PCON=0x80;/用口波特率加倍ES=1;/串行中斷允許TR1=1;/啟動定時器1REN=1;/允許接收EA=1;/允許中斷)voidUartISR(void)interrupt4(if(RI)/收到數(shù)據(jù)(RI=0;/清中斷請求)else/發(fā)送完一字節(jié)數(shù)據(jù)(TI=0;Sending=0;/清正在發(fā)送標志)voidPutChar_to_Uart(uint8d)(一一Sending=1;SBUF=d;while(Sending);)voidPrints(uint8*pd)(while(*pd)!='0')(PutCha

26、r_to_Uart(*pd);pd+;unsignedcharADconv(void)(unsignedchari;unsignedintdata_f=0,data_c=0;ET0=0;TR0=0;Di=1;CS=1;_nop_();CS=0;Di=1;/芯片使能之前的初始化。第一個下降沿CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;/確定通道模式、第2個下降沿_nop_();_nop_();CLK=1;Di=(bit)(0x02&CH);設定通道初始化_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();CLK=1;Di=(bit)(0x01&CH);/設定通

27、道初始化.第3個下降沿_nop_();_nop_();CLK=0;/AD轉(zhuǎn)化的初始化完成。Di=1;CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();CLK=1;for(i=8;i>0;i-)/得到一個正常排序的8位數(shù)據(jù)(data_f|=Do;data_f<<=1;CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();for(i=8;i>0;i-)/得到一個反序排列的8位數(shù)據(jù)(data_c<<=1;data_c|=Do;_nop_();CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();CLK=0;

28、_nop_();_nop_();CLK=1;_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();CLK=1;_nop_();CS=1;_nop_();_nop_();ET0=1;TR0=1;returndata_f;/*voiddelay_ms(unsignedintx)(unsignedinti,j;i=0;for(i=0;i<x;i+)(j=108;while(j-);)*/voidDispVal(uint8pdat,uint8x,uint8y)(/*PutChar_to_Uart(pdat/100+0x30);PutChar_to_Uart(pdat%100

29、/10+0x30);PutChar_to_Uart(pdat%100%10+0x30);*/Write_char(pdat/100+0x30,x,y);Write_char(pdat%100/10+0x30,x,y+1);Write_char(pdat%100%10+0x30,x,y+2);)voidProcess10ms(void)(if(flag10ms=1)(flag10ms=0;count5ms+;if(count5ms=5)(count5ms=0;flag50ms=1;)get10s+;sum=sum+ADconv();if(get10s=10)(get10s=0;ET0=0;TR0

30、=0;flagget10s=1;sum=sum/10;)if(key1=0)(while(!key1);Wh+;if(Wh>=51)(Wh=40;)if(key2=0)(while(!key2);Wl+;if(Wl>=Wh)(Wl=20;)if(key3=0)(while(!key3)Alarmflag=Alarmflag;)/*voidProcess50ms(void)(if(flag50ms=1)(flag50ms=0;Led=Led;)*/voidCheckProcess()uint16Wig,SetH,SetL;Wig=(uint16)temp_zheng*100+(uin

31、t16)(temp_xiao*100);SetH=(uint16)Wh*100;SetL=(uint16)Wl*100;if(Wig>SetH)&&(Alarmflag=1)(Beep=0;elseif(Wig<SetL)&&(Alarmflag=1)(Beep=0;elseif(Alarmflag=0)(Beep=1;else(Beep=1;/*ucharGet10sAD(void)(uchari;uintsum=0;for(i=0;i<10;i+)(sum=sum+ADconv();delay_ms(10);sum=sum/10;returnsum;*/voidGet_temp(uintad_temp)(一一uint8n=0;while(1)(if(ad_temp>=AD_Tabn)&&(ad_temp<=AD_Tabn+1)(-temp_zheng=n+10;temp_xiao=(1.0*(ad_temp-AD_Tabn)/(AD_Tabn+1-AD_Tabn);break;n+;if(n&g