機動車超載檢測系統(tǒng)的設計說明書

1、 .PAGE65 / NUMPAGES72摘 要本設計為機動車超載檢測系統(tǒng)的設計，要求能夠判斷機動車是否超載并且在超載時能夠提供報警和顯示超載的重量。本設計采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器WPL110將機動車載重量轉換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓信號調理后送到A/D轉換芯片TLC0838轉換成數(shù)字信號并計算出載重量；所得的載重量將通過RS485接口電路送到上位機，上位機與設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警。關鍵字：AT89C51單片機；超載檢測；稱重傳感器；A/D轉換；顯示；AbstractThe design for the mo

2、tor overload detection system design, requires to determine whether motoroverloads and when overloadsgives 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

3、 voltage signals; then the voltage signal via amplifier circuit and sent to A / D converter 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

4、 the overload, if overload shows the weight and gives an alarm.Keyword:AT89C51microcontroller；Overloading detector；Weighing sensor；A / D converter；Show；;畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研

5、究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳荨Ｗ髡吆灻?日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或

6、集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2

7、95467465摘 要 PAGEREF _Toc295467465 h IHYPERLINK l _Toc295467466Abstract PAGEREF _Toc295467466 h IIHYPERLINK l _Toc295467467第一章緒論 PAGEREF _Toc295467467 h 1HYPERLINK l _Toc2954674681.1選題背景 PAGEREF _Toc295467468 h 1HYPERLINK l _Toc2954674691.2主要設計（研究）容 PAGEREF _Toc295467469 h 2HYPERLINK l _Toc2954674701

8、.3系統(tǒng)主要技術指標 PAGEREF _Toc295467470 h 2HYPERLINK l _Toc2954674711.4解決的關鍵問題 PAGEREF _Toc295467471 h 2HYPERLINK l _Toc295467472第二章系統(tǒng)總體結構方案設計 PAGEREF _Toc295467472 h 3HYPERLINK l _Toc2954674732.1系統(tǒng)總體結構與其功能 PAGEREF _Toc295467473 h 3HYPERLINK l _Toc2954674742.2方案設計 PAGEREF _Toc295467474 h 3HYPERLINK l _Toc2

9、954674752.2.1方案一 PAGEREF _Toc295467475 h 3HYPERLINK l _Toc2954674762.2.2方案二 PAGEREF _Toc295467476 h 4HYPERLINK l _Toc2954674772.3方案的論證 PAGEREF _Toc295467477 h 4HYPERLINK l _Toc2954674782.3.1 AVR系列 PAGEREF _Toc295467478 h 4HYPERLINK l _Toc2954674792.3.2 51系列 PAGEREF _Toc295467479 h 5HYPERLINK l _Toc2

10、954674802.4方案的確定 PAGEREF _Toc295467480 h 5HYPERLINK l _Toc295467481第三章系統(tǒng)的硬件設計 PAGEREF _Toc295467481 h 7HYPERLINK l _Toc2954674823.1單片機 PAGEREF _Toc295467482 h 7HYPERLINK l _Toc2954674833.2采集模塊 PAGEREF _Toc295467483 h 8HYPERLINK l _Toc2954674843.2.1惠斯登電橋 PAGEREF _Toc295467484 h 8HYPERLINK l _Toc29546

11、74853.2.2稱重傳感器WPL110 PAGEREF _Toc295467485 h 9HYPERLINK l _Toc2954674863.2.3 Op07芯片 PAGEREF _Toc295467486 h 11HYPERLINK l _Toc2954674873.2.4 TLC0838芯片 PAGEREF _Toc295467487 h 13HYPERLINK l _Toc2954674883.2.5 小結 PAGEREF _Toc295467488 h 15HYPERLINK l _Toc2954674893.3鍵盤模塊 PAGEREF _Toc295467489 h 16HYPE

12、RLINK l _Toc2954674903.4顯示模塊 PAGEREF _Toc295467490 h 17HYPERLINK l _Toc2954674913.5通訊模塊 PAGEREF _Toc295467491 h 18HYPERLINK l _Toc2954674923.5.1 RS-485的優(yōu)點 PAGEREF _Toc295467492 h 18HYPERLINK l _Toc2954674933.5.2 MAX485芯片 PAGEREF _Toc295467493 h 19HYPERLINK l _Toc2954674943.6看門狗模塊 PAGEREF _Toc2954674

13、94 h 20HYPERLINK l _Toc2954674953.6.1 MAX813L芯片 PAGEREF _Toc295467495 h 20HYPERLINK l _Toc2954675143.6.2 24C02芯片 PAGEREF _Toc295467514 h 23HYPERLINK l _Toc2954675153.7報警模塊 PAGEREF _Toc295467515 h 24HYPERLINK l _Toc2954675163.8 電源模塊 PAGEREF _Toc295467516 h 24HYPERLINK l _Toc295467517第四章軟件設計 PAGEREF _

14、Toc295467517 h 26HYPERLINK l _Toc2954675184.1系統(tǒng)主程序的設計 PAGEREF _Toc295467518 h 26HYPERLINK l _Toc2954675194.1.1 設計思想 PAGEREF _Toc295467519 h 26HYPERLINK l _Toc2954675204.1.2 資源分配 PAGEREF _Toc295467520 h 26HYPERLINK l _Toc2954675214.1.3 主程序流程圖 PAGEREF _Toc295467521 h 26HYPERLINK l _Toc2954675224.2參數(shù)恢復

15、子程序的設計 PAGEREF _Toc295467522 h 27HYPERLINK l _Toc2954675234.2.1 設計思想 PAGEREF _Toc295467523 h 27HYPERLINK l _Toc2954675244.2.2 資源分配 PAGEREF _Toc295467524 h 28HYPERLINK l _Toc2954675254.2.3 參數(shù)恢復子程序流程圖 PAGEREF _Toc295467525 h 28HYPERLINK l _Toc2954675264.3看門狗中斷子程序的設計 PAGEREF _Toc295467526 h 30HYPERLINK

16、 l _Toc2954675274.3.1 設計思想 PAGEREF _Toc295467527 h 30HYPERLINK l _Toc2954675284.3.2 資源分配 PAGEREF _Toc295467528 h 30HYPERLINK l _Toc2954675294.3.3 看門狗中斷子程序流程圖 PAGEREF _Toc295467529 h 31HYPERLINK l _Toc2954675304.4通訊子程序的設計 PAGEREF _Toc295467530 h 32HYPERLINK l _Toc2954675314.4.1 設計思想 PAGEREF _Toc29546

17、7531 h 32HYPERLINK l _Toc2954675324.4.2 資源分配 PAGEREF _Toc295467532 h 33HYPERLINK l _Toc2954675334.4.3 通訊子程序流程圖 PAGEREF _Toc295467533 h 33HYPERLINK l _Toc2954675344.5鍵盤子程序的設計 PAGEREF _Toc295467534 h 34HYPERLINK l _Toc2954675354.5.1 設計思想 PAGEREF _Toc295467535 h 34HYPERLINK l _Toc2954675364.5.2 資源分配 PA

18、GEREF _Toc295467536 h 35HYPERLINK l _Toc2954675374.5.3 鍵盤子程序流程圖 PAGEREF _Toc295467537 h 35HYPERLINK l _Toc2954675384.6采集子程序的設計 PAGEREF _Toc295467538 h 36HYPERLINK l _Toc2954675394.6.1 設計思想 PAGEREF _Toc295467539 h 36HYPERLINK l _Toc2954675404.6.2 資源分配 PAGEREF _Toc295467540 h 36HYPERLINK l _Toc2954675

19、414.6.3 采集子程序流程圖 PAGEREF _Toc295467541 h 37HYPERLINK l _Toc2954675424.7顯示子程序的設計 PAGEREF _Toc295467542 h 38HYPERLINK l _Toc2954675434.7.1 設計思想 PAGEREF _Toc295467543 h 38HYPERLINK l _Toc2954675444.7.2 資源分配 PAGEREF _Toc295467544 h 38HYPERLINK l _Toc2954675454.7.3 顯示子程序流程圖 PAGEREF _Toc295467545 h 39HYPE

20、RLINK l _Toc295467546第五章總結 PAGEREF _Toc295467546 h 40HYPERLINK l _Toc2954675475.1系統(tǒng)先進性 PAGEREF _Toc295467547 h 40HYPERLINK l _Toc2954675485.2系統(tǒng)局限性 PAGEREF _Toc295467548 h 40HYPERLINK l _Toc295467549參考文獻 PAGEREF _Toc295467549 h 41HYPERLINK l _Toc295467550英文原文與翻譯 PAGEREF _Toc295467550 h 43HYPERLINK l

21、_Toc295467551原文 PAGEREF _Toc295467551 h 43HYPERLINK l _Toc295467552翻譯 PAGEREF _Toc295467552 h 49HYPERLINK l _Toc295467553致 PAGEREF _Toc295467553 h 53HYPERLINK l _Toc295467554附錄 PAGEREF _Toc295467554 h 54HYPERLINK l _Toc2954675551程序清單: PAGEREF _Toc295467555 h 54HYPERLINK l _Toc295467556(1)主程序： PAGERE

22、F _Toc295467556 h 54HYPERLINK l _Toc295467557(2)恢復參數(shù)子程序： PAGEREF _Toc295467557 h 55HYPERLINK l _Toc295467558(3)看門狗中斷子程序： PAGEREF _Toc295467558 h 58HYPERLINK l _Toc295467559(4)通訊子程序： PAGEREF _Toc295467559 h 58HYPERLINK l _Toc295467560(5)鍵盤子程序： PAGEREF _Toc295467560 h 59HYPERLINK l _Toc295467561(6)采集子

23、程序： PAGEREF _Toc295467561 h 60HYPERLINK l _Toc295467562(7)顯示子程序： PAGEREF _Toc295467562 h 63HYPERLINK l _Toc2954675632元器件清單: PAGEREF _Toc295467563 h 64第一章 緒 論1.1選題背景車輛超載是指運輸車輛所載的貨物質量超過了額定裝載質量的情況,車輛超載有著以下危害：車輛超載會增加車輛對路面的損害，按照國際上通用的計算方法，汽車軸載質量對公路路面的破壞關系服從“十六次方法則”，即汽車軸載質量每增加一倍，公路受損將增加16倍,全國公路每年因車輛超載造成的損

24、失超過300億元。2. 容易引發(fā)道路交通事故，汽車超載之后，車輛處于超負荷狀態(tài)行駛，會導致車輛的制動和操作性等安全性能迅速下降，表現(xiàn)為輪胎變形爆胎、剎車失靈、轉向器輕飄抖動、鋼板彈簧折斷、半軸斷裂等等。據(jù)統(tǒng)計載重貨車道路交通事故中有80%以上是由于超載運輸所造成的?？梢妼τ谌绾蜗拗破嚦d的研究對道路的保養(yǎng)和減少交通事故有極其重要的意義。目前，為有效治理機動車嚴重違章超載、超限運輸現(xiàn)象，預防道路交通事故，維護良好的道路交通秩序，許多交通管理部門專門成立了“治超”機構，“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確性，查堵中的不正之風時有發(fā)生。鑒于這種情況，在超載車必

25、經的道路下埋上檢測儀器，通過電腦自動識別是否超載就顯得尤為重要。本設計就是基于這種需求，設計一基于單片機的機車超載檢測系統(tǒng)，對過往機動車輛進行稱重，判斷是否超載，若超載顯示超載重量并進行報警。要判斷汽車是否超載首先要知道車輛所裝載的貨物質量，隨著傳感器技術和微處理器技術的發(fā)展，利用電子技術也可以測量出物體的質量進而實現(xiàn)對汽車超載的監(jiān)控，而且精度可以做的很高。利用電子技術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化為電壓信號，然后通過放大電路將這個微弱的電壓信號按比例放大后送A/D轉換芯片轉換為數(shù)字信號，通過接口電路將這個數(shù)字信號傳送給計算機進行處理，計算出汽車的載重量并判斷是否

26、超載，如果超載了要顯示超載的重量并報警。1.2主要設計（研究） 容本設計涉與一基于單片機設計的機車超載檢測系統(tǒng)，在高速公路收費口的路面上裝有固定連著傳感器的鋼板，當汽車經過時，車輛的重量就會被稱重傳感器測量出來，送到變送器處理后，再傳送到計算機，經過分析判斷，就會對超載車輛發(fā)出警報。設計實現(xiàn)的主要功能：（1）該系統(tǒng)有32個傳感器，每個收費路口用4個傳感器組成一個稱，可同時檢測8個收費口；（2）一臺計算機控制32個變送器工作，采用多點通訊形式；（3）計算機通過發(fā)送命令字控制相應的變送器進行校正、故障診斷、數(shù)據(jù)采集等工作，；（4）具備掉電參數(shù)保護功能，上電后參數(shù)恢復功能；（5）能夠遵循RS-485

27、通訊網絡協(xié)議，生成標準MODBUS通信數(shù)據(jù)包。1.3系統(tǒng)主要技術指標本系統(tǒng)所實現(xiàn)的主要技術指標如下:（1）參數(shù)測量誤差圍為不大于1%；（2）實時采集周期1次/1分鐘，發(fā)送周期1次/1小時；（3）監(jiān)控數(shù)量：32臺；（4）數(shù)據(jù)輸出：所有表格數(shù)據(jù)，查詢結果均可輸出為 Excel文件。1.4解決的關鍵問題本系統(tǒng)需要解決的關鍵問題如下：（1）尋找適合現(xiàn)場條件的稱重傳感器。傳感器的靈敏度、測量圍都會影響所測數(shù)據(jù)的準確性。（2）測量數(shù)據(jù)的處理。若測量數(shù)據(jù)處理不當，系統(tǒng)就會做出錯誤的判斷。（3）鍵盤輸入。鍵盤用來設定上限值和解除報警。（4）掉電保護。在一些測控系統(tǒng)中，存在電源開斷、瞬時電壓不穩(wěn)等不安全因素，將

28、會造成系統(tǒng)死機、信息丟失、運行不穩(wěn)定等故障，這就需要掉電保護。（5）與上位機的通信。第二章 系統(tǒng)總體結構方案設計2.1系統(tǒng)總體結構與其功能設計總體結構如圖2.1所示。圖2.1 以單片機為處理器的系統(tǒng)本設計為機動車超載檢測系統(tǒng)的設計，要求能夠判斷機動車是否超載并且在超載時能夠提供報警和顯示超載的重量。本設計采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器WPL110將機動車載重量轉換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓信號放大后送到A/D轉換芯片TLC0838轉換成數(shù)字信號并計算出載重量；所得的載重量將通過RS485接口電路送到上位機，上位機與設定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載

29、顯示超載的重量并報警；參數(shù)可通過鍵盤設定，鍵盤還可解除報警。2.2方案設計2.2.1方案一處理器基于AVR的機動車超載檢測系統(tǒng)。本檢測系統(tǒng)主要由主控制板、顯示部分、鍵盤部分、采集部分、串行通信部分和報警部分構成。主控制板主要由AVR單片機、CPLD、濾波電路、電平轉換電路等構成。AVR單片機主要實現(xiàn)控制功能，CPLD主要實現(xiàn)I/O口擴展、邏輯判斷等功能。系統(tǒng)經過初始化之后，先用鍵盤設定載重上限值，然后采集數(shù)據(jù)，由AVR單片機判斷是否超載，超載要發(fā)出報警。2.2.2方案二處理器基于51系列單片機的機動車超載檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件框圖如下所示:圖2.2 基于51系列單片機的系統(tǒng)硬件框圖本次設計采用51

30、系列的AT89C51單片機作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器WPL110將機動車載重量轉換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓調理后送到A/D轉換芯片TLC0838轉換成數(shù)字信號并計算出載重量；所得的載重量將通過RS485接口電路送到上位機，上位機與設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警；參數(shù)可通過鍵盤設定，鍵盤還可解除報警。2.3方案的論證2.3.1 AVR系列AVR單片機是Atmel公司推出的較為新穎的單片機，其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。 通用寄存器一共32個（R0R31），前16個寄存器（R0R15）都

31、不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。AVR系列沒有類似累加器A的結構，它主要是通過R16R31寄存器來實現(xiàn)A的功能。在AVR中，沒有像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16位的寄存器來完成數(shù)據(jù)指針的功能(相當于有三組DPTR)，而且還能作后增量或先減量等的運行。2.3.2 51系列51系列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。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。51系列在片RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的

32、地址區(qū)間，十六個字節(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。AVR系列單片機不能直接對RAM單元中的位進行操作，若想對RAM中的某位置位時，必須通過狀態(tài)寄存器SREG的T位進行中轉。51系列的I/O腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各I/O口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。低電平時，吸入電流可達20mA，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十A甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力。其原因是高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上

33、拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進行高電平驅動時，得利用外電路來實現(xiàn)，I/O腳不通，電流經R驅動LED發(fā)光；低電平時，I/O腳導通，電流由該腳入地，LED滅（I/O腳導通時對地的電壓降小于1V，LED的域值1.51.8V）。2.4方案的確定本次設計采用51系列AT89C51單片機，選用它作為核心控制新片，可使電路極簡化，而且程序的編寫與固化也相當方便、靈活。與系統(tǒng)相關的技術方案包括：看門狗的選擇、傳感器的選擇、A/D轉換轉換器的選擇、顯示器的選擇、通訊模塊的選擇與電源方案等?？撮T狗的選擇：看門狗芯片可以選擇X25045和MAX813L等。X25045部沒有故障檢測，而MAX813L部自帶

34、了看門狗躍遷檢測器，故選用MAX813L。它有加電、掉電以與供電電壓下降情況下的復位輸出，復位脈沖寬度典型值為200 ms；獨立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在16 s未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑?.25 V門限值檢測器，用于 HYPERLINK :/tech.ddvip /machine/power/index.html t _blank 電源故障報警、電池低電壓檢測或5 V以外的電源監(jiān)控；低電平有效的手動復位輸入；8引腳DIP封裝。 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，故本設計選擇WPL110。

35、它抗偏載，組合壓頭具有自動復位與調心功能。高精度、低功效、全密封，適用于各類惡劣環(huán)境。量程是1050t ，綜合精度達到002（線性+滯后+重復性），靈 敏 度是2.0mV/V ，工作溫度在-20+65，輸入阻抗是700 ，輸出阻抗是750 ，安全過載：150 F?S ，供橋電壓為12VDC 。A/D轉換轉換器的選擇：A/D轉換轉換器，根據(jù)輸出的信號格式，可分為并行AD和串行AD。并行方式一般在轉換后可直接讀取數(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。故本設計采用串行ADTLC0838。TLC0838是美國儀器公司生產的8位逐次逼近模數(shù)轉換器。具有輸進

36、可配置的多通道多路器和串形輸進輸出方式。它有8位分辨率；易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通8輸進通道；單5V供電，圍為05V：輸進和輸出與TTL、CMOS電平兼容；時鐘頻率為250kHz時，其轉換時間為32s；總調整誤差為1LSB。顯示器的選擇：本設計采用LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附著在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3149135.htm t _blank 正極，

37、使整個晶片被 HYPERLINK :/baike.baidu /view/59374.htm t _blank 環(huán)氧樹脂封裝起來。LED體積小，耗電相當?shù)?，直流驅動，超低功耗（單?.03-0.06瓦），電光功率轉換接近100%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；通訊模塊的選擇：本設計采用RS-485通訊網絡協(xié)議，RS-485驅動器和接收器價格便宜，并且只需要單一的一個+5V（或者更低）的電源來產生差動輸出需要的最小1.5V的壓差。RS-485是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅動器和接受器，而不是限制為兩臺設備。利用高阻抗接受器，一個RS-485連接

38、可以最多有256個接點，最長可以達到4000ft,比特率可以高達10Mbps。電源方案：本設計中的電源主要有兩種：、+5V和+12V。+5V為單片機、TLC0838、顯示、鍵盤、蜂鳴器、MAX813L與MAX485的模擬電源與數(shù)字電源； +12V的電源是供給運算放大器、傳感器和看門狗芯片的。綜上所述，我們本次設計采用51系列的AT89C51單片機作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器WPL110將機動車載重量轉換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓信號放大后送到A/D轉換芯片TLC0838轉換成數(shù)字信號并計算出載重量；所得的載重量將通過RS485接口電路送到上位機，上位機與設定的載重量作比較并判

39、斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報警；參數(shù)可通過鍵盤設定，鍵盤還可解除聲光報警。系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)主要由看門狗模塊、通訊模塊、鍵盤模塊、采集模塊和顯示模塊組成，硬件框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)硬件框圖下面將具體介紹各個主要組成部分的功能、選型以與具體連接方式。3.1單片機AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。芯片圖如圖3.2所示。3.2采集模塊3

40、.2.1惠斯登電橋1橋路形式在應變計的電測技術中，應用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量圍寬、電路結構簡單、精度高、容易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點，因此能很好地滿足應變測量的要求。 電橋根據(jù)電源的性質分直流電橋和交流電橋兩種，當Ui為直流時該電橋為直流電橋。電橋電路如圖3.3所示，它的四個橋臂由R1、R2、R3、R4組成。當四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋；當R1=R2=R,R3=R4=RR時，稱為輸出對稱電橋；當R1=R4=R，R2= R3=RR時，稱為電源對稱電橋，本設計采用等臂電橋。 圖3.3 電橋電路2工作方式：單臂工作：電橋中只有一個臂接入被測

41、量，其它三個臂采用固定電阻；雙臂工作：如果電橋兩個臂接入被測量，另兩個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：如果四個橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。本設計采用全橋方式。3.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)負載情況而定。本設計采用的是電壓輸出型，故只介紹電壓輸出型。當電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達式為： (1-3-1)對于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R ，當R1的電阻增量R1=R時，可得輸出電壓為： (1-3-2)在實際使用中為了進一

42、步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，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作用，它的輸出電壓為單臂工作時的4倍，所以大大提高了測量的靈敏度。本設計中用的傳感器是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，電橋的輸出電壓即電橋輸出電壓圍是01V.已知TLC0838的輸入電壓是05V，故需將電壓放大5倍。3.2.2稱重傳感器WPL1101電阻應變式稱重傳感器原理電阻應變式稱重傳感器是基于這

43、樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產生一個高品質的應變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉換任務。2檢測電路檢測電路的功能是把

44、電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，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稱重傳感器的選擇稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以與它的安全和使用壽命，乃至整個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、選用傳感器的個數(shù)、

45、秤體的自重、可能產生的最大偏載與動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，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、偏載與振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。根據(jù)經驗，一般應使傳感器工作在其30%70%量程，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時，一般要擴大其量程，使傳感器工作在其量程的20%30%之，使傳感器的稱量儲備量增大，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

46、，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構型式、彈性體的材質等特點規(guī)定傳感器的適用圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計價秤、平臺秤、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；鋼質橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(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。滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準確度選擇的時候，應使傳感器的準確度略高于理論計算值，因為理論往往受到客觀條件的限制，如秤體

47、的強度差一點，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確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經濟效益，確保達到目的。4稱重傳感器的基本應用稱重傳感器主要應用在各種電子衡器、工業(yè)控制領域、在線控制、安全過載報警、材料試驗機等領域如電子汽車衡、電子臺秤、電子叉車、動態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計價秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。綜合考慮以上因素，本設計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，組合壓頭具有自動復位與調心功能。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、軌道衡以與各類電子衡器等。WPL1

48、10的技術參數(shù)如表1所示：表1 WPL110的技術參數(shù)型號WPL110量程1050t綜合精度002(線性+滯后+重復性)靈 敏 度2.0mV/V零點溫度影響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安全過載150 F?S供橋電壓建議12VDC材 質合金鋼接線方式電源(+)紅線；電源(-)綠線；輸出(+)黃線；輸出(-)白線3.2.3 Op07芯片1.Op07簡介Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP07A最大為25V），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。O

49、P07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。2.OP07特點OP07有許多特點，如不超過150V的超低偏移；1.8nA的低輸入偏置電流；0.5V/的低失調電壓漂移；3V至22V的高電源電壓圍3.OP07芯片引腳功能說明：（引腳如圖3.4所示，說明如表2所示）圖3.4 OP07芯片引腳圖表2 OP07引腳說明OP07引腳說明OP07引腳說明1調零端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調零端4.OP07的接線方式 如圖3.5所示為

50、OP07的差分減法電路，根據(jù)“虛短”，“虛斷”，可得 （1-3-4）當R1= R2 ，R3= Rf時， （1-3-5）當R1= R2 ，R3= Rf時，U0=UI2- UI1 （1-3-6） 由于信號需放大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轉換轉換器，根據(jù)輸出的信號格式，可分為并行AD和串行AD。并行方式一般在轉換后可直接讀取數(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，但需要通過軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)，故本設計采用TLC0838。1.TLC0838的主要

51、特點TLC0838是美國儀器公司生產的8位逐次逼近模數(shù)轉換器。具有輸進可配置的多通道多路器和串形輸進輸出方式。這些接口在與微控制器連接時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，也可以配置為偽差分輸進。另外，其輸進基準電壓大小可以調整。存全8位分辨率下，它答應任意小的模擬電壓編碼間隔。由于TLC0838采用的是串行輸進結構，因此封裝體積小，可節(jié)省51系列單片機IO資源，價格也較適中。其種類有貿易級別，工作環(huán)境為0+70，_T業(yè)級別，工作環(huán)境為40+85。更高的可達40+125。在實際運用中我們選用的是TL0838I型號，滿足了實際需要。TLc0838具有8位分辨率；易于和微處

52、理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通8輸進通道；單5V供電，圍為05V：輸進和輸出與TTL、CMOS電平兼容；時鐘頻率為250kHz時，其轉換時間為32s；總調整誤差為1LSB。2.工作特點：TLC0838可通過和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來傳送控制命令，在使用前需要對通道進行選擇和輸進端進行配置，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/SglOdd/EvenSel1Sel0012345670000V+V-0001V+V-0010V+V-0011V+V-0100V+V-0101V+V-0110V+V-0

53、111V+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-輸入電壓的負端。被轉換的電壓為V= V+ V-.3.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為模擬輸進端；Cs為片選端；DI為串行數(shù)據(jù)輸進，該端僅在多路器尋址時(MUX Settling Time)才被檢測；DO為AD轉換結果的三態(tài)串行輸出端；CLK為時鐘；SARS為轉換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時，表示轉換正在進行，為低電平則表示轉換完成；REF為參考電壓輸進端；VCC為電源；D

54、GTLGND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，該端為高電平時，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)線上，該端為低電平時，數(shù)據(jù)輸出。4.與單片機的接口電路設計圖3.7 TLC0838與AT89C51單片機的硬件接口電路TLC0838與AT89C51單片機的硬件接口電路的電路原理如圖3.7所示。圖中，單片機的P2.0接TLC0838的片選信號，P1.1用于產生AD轉換的時鐘，P1.0為一個雙向IO口，可用于對模擬輸進進行配置與輸出轉換所得的數(shù)據(jù)。在這里，模擬信號以單端方式輸進，參考電壓為5V，即AD模擬量的輸進圍為05V。3.2.5 小結將惠斯登電橋、放大器、TLC0838與單片機

55、連接起來，就組成了本系統(tǒng)的采集模塊。四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，測得的信號經計算輸出圍是0-1V,而TLC0838的輸入電壓圍是0-5V，故信號需放大5倍。整體接口電路如圖3.8所示：圖3.8 采集模塊整體硬件接口電路3.3鍵盤模塊矩陣式鍵盤的結構與工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖3.9所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口(如P1口)就可以構成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成20鍵的鍵

56、盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。圖3.9 矩陣式鍵盤電路圖由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電源，行線所接的8255 PC口（PC7PC4）作為輸出端，列線所接的8255 PC口（PC3PC0）作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。具體的識別如下所述。介紹一種確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下的方法 “行掃描法”。行掃描法行掃描法又稱為逐行(或列)掃描

57、查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤：判斷鍵盤中有無鍵按下：將全部行線PC7PC4置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置：在確認有鍵按下后，依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。3.4顯示模塊 如圖3.10是一種由8255A接口芯片、驅動器和共陰極 LED顯示器構成的數(shù)字顯示電路。

58、圖3.10 顯示電路 由圖可見，先從PB口選通要點亮的的數(shù)碼管代碼，然后CPU送來的二進制數(shù)字代碼從8255A的 A口輸出，并經7407驅動后與 LED相連。若要顯示數(shù)字0，應使g段熄滅，其余段均點亮。為此，可編程使PA6輸出高電平(經反相后輸出低電平)，其余位輸出低電平(經反相后輸出高電平)，即數(shù)字0的編 碼為01000000B40H，其中PA7未派用處，我們也將它置為0。同樣，可求出 l的編碼為79H，2的編碼為24H等等。將數(shù)字0F(也可以是09)所對應的七段代碼組成一個表，進行查表，就可求得各數(shù)字對應的七段代碼值。把要顯示的數(shù)字的七段代碼從8255A輸出，就可點亮相應的段，顯示這個數(shù)字

59、。依次循環(huán)點亮4個數(shù)碼管。3.5通訊模塊在電參數(shù)儀的設計中，數(shù)據(jù)采集由單片機AT89C51負責，上位PC機主要負責通信（包括與單片機之間的串行通信和數(shù)據(jù)的遠程通信），以與數(shù)據(jù)處理等工作。在工作中，單片機需要定時向上位PC機傳送大批量的采樣數(shù)據(jù)。通常，主控PC機和由單片機構成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相距較遠，近則幾十米，遠則上百米，并且數(shù)據(jù)傳輸通道環(huán)境比較惡劣，經常有大容量的電器（如電動機，電焊機等）啟動或切斷。為了保證下位機的數(shù)據(jù)能高速與時、安全地傳送至上位PC機，單片機和PC機之間采用RS485協(xié)議的串行通信方式較為合理。3.5.1 RS-485的優(yōu)點我們可以用RS-232接口連接兩臺計算機，但是

60、，當你需要在一個更長的距離上或者比RS-232更快的速度下進行傳輸?shù)臅r候，RS-485就是一個解決的辦法。RS-485與RS-232相比有很多優(yōu)點：1)成本低:驅動器和接收器價格便宜，并且只需要單一的一個+5V（或者更低）的電源來產生差動輸出需要的最小1.5V的壓差。與之相對應，RS-232的最小+5V與-5V輸出需要雙電源或者一個價格昂貴的接口芯片，這個接口芯片可以生成這些電源。2)網絡能力:RS-485是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅動器和接受器，而不是限制為兩臺設備。利用高阻抗接受器，一個RS-485連接可以最多有256個接點。3)長距離連接:一個RS-485連接最長可以達到40