基于單片機的汽車載重測試儀

1、大學(xué)生科研作品立項項目成果項目名稱：基于單片機的汽車載重測試儀項目負責人：周懷亮 項目合作者：魏顏，吳鎮(zhèn)華，肖永健，許麗娜所在學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)年級：2007級山東大學(xué)威海分校大學(xué)生科技創(chuàng)新中心目錄前言摘要：本文介紹一種基于89C51單片機的一種汽車載重測試儀,該電路采用ICL7135高精度、雙積分A/D轉(zhuǎn)換電路，測量范圍直流0-±2000伏，使用LCD液晶模塊顯示，可以與PC機進行串行通信。正文主要說明軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了雙積分電路的原理,ICL7135的功能和應(yīng)用，LCD1602的功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計新穎、功能強大、可擴展性強。關(guān)鍵詞：電壓測量，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器

2、，單片機，LCD1602液晶模塊數(shù)顯測量電路，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式測量儀器功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字測量電路，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字化測量儀器，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。本章重點介紹單片A/D 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片

3、機的數(shù)據(jù)采集和數(shù)字測量儀器的工作原理。一 、研究意義（1）研究背景：中華人民共和國道路交通安全法第四十九條規(guī)定：機動車載人不得超過核定的人數(shù)，客運機動車不得違反規(guī)定載貨。中華人民共和國道路運輸條例第三十五條規(guī)定：道路運輸車輛運輸旅客的，不得超過核定的人數(shù)，不得違反規(guī)定載貨。我們研究的是一種用于汽車等交通工具的壓力測試儀，意義在于當司機不太清楚自己裝的東西到底多重時，我們通過壓力傳感器、單片機等器件使在顯示器上可以顯示出此時的載重量，最終達到對車輛損害小，減少事故發(fā)生率的目的。（2）學(xué)術(shù)價值：超載不僅對車輛使用壽命危害極大，而且還會嚴重危及行車安全；同時超載還會嚴重影響車輛的轉(zhuǎn)向性能、制動效能，

4、易因轉(zhuǎn)向失控、制動失效而導(dǎo)致車輛事故；嚴重超載會因輪胎負荷過大、變形過大而爆胎，從而引起車輛突然偏駛造成事故。很多司機意識不到這樣的問題的嚴重性，等真出了事故，后悔莫及。而一些測量器車載重量的儀器大多十分笨重，且不易移動。在公路上，交警對司機超載的情況作出大致的估計時，一般檢測后會發(fā)現(xiàn)超載很多，交警也對此十分無奈。當問及司機這些問題時，司機會有些摸不到頭腦，因為他們也不知道什么算是超重，為什么超重算是違法，對裝的東西或是乘客的重量不是很明白，原因沒有一個量化的標準。（3）應(yīng)用價值：現(xiàn)在很多測量汽車司機或是交警檢測車輛是否超重都是通過檢測整個車輛的重量，檢測的測試儀器俗稱地秤，而地秤大都不能移動

5、，且十分笨重，用起來十分麻煩。而我們發(fā)現(xiàn)隨著汽車載重量的不同，汽車的弓子板會有不同的彎曲度，針對不同型號的汽車彎曲度的不同，壓力傳感器有不同的輸出量，通過AD轉(zhuǎn)換器、單片機輸出不同的數(shù)值。使產(chǎn)品輕巧實用。（4）可行性分析：1、現(xiàn)在壓力傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)已日趨成熟，并且此種產(chǎn)品對司機提供了方便，我們相信這種產(chǎn)品一定會受到歡迎的。2、與笨重的地秤相比較我們制作的產(chǎn)品輕便實用,有些已經(jīng)研制出的便攜汽車載重測量儀沒有用到單片機或者不是通過測量弓子板的彎曲度來測量的3、使用時要注意不同的汽車載重量和彎曲度都會有差別，因不同的汽車而異。4、小組各人員都很敬業(yè)，指導(dǎo)老師是我們自己的專業(yè)老師，交流協(xié)調(diào)都比

6、較方便。經(jīng)總體分析，該項目切實可行。二、 研究的基本內(nèi)容與擬解決的關(guān)鍵問題（1）基本內(nèi)容：各部分功能實現(xiàn)如下面項目流程圖：（2）關(guān)鍵問題：了解弓子板的機械特性，對弓子板受到壓力與產(chǎn)生形變的關(guān)系進行了解。關(guān)于弓子板方面的資料網(wǎng)上都不全，很難查到，這對我們的科研立項造成了很大的障礙。數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)的線性放大和保真。三 、具體的研究方案以及功能的實現(xiàn)3.1弓子板機械特性分析對鋼板彈簧施加外力時，鋼板彈簧前端固定住，在中部逐漸增加力，直到鋼板趨于平直為止。1、 由于鋼板彈簧在運動過程中片與片之間產(chǎn)生摩擦力，為使計算準確，對摩擦力采取分段施加模擬。2、 通常片間摩擦因數(shù)取0.20.3，動摩擦因數(shù)

7、取0.150.2，不同鋼板摩擦因數(shù)不同。載荷位移曲線 線性擬合位移曲線某輕型車的設(shè)計參數(shù)：滿載軸荷/KG 2400空載軸荷/KG 1593非懸架質(zhì)量/KG 289鋼板彈簧作用長度/mm 1200空載偏頻/HZ 2.12.5滿載偏頻/HZ 1.72.03.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測量電路性能。本設(shè)計采用雙積A/D 轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是工作速度較低。在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合如電壓測量有廣泛的應(yīng)用。本項目采用ICL7135，它是一種四位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，具

8、有精度高（精度相當于14位二進制數(shù)）、價格低廉、抗干擾能力強等優(yōu)點。本文介紹用單片機并行方式采集ICL7135的數(shù)據(jù)以實現(xiàn)基于單片機的測量電路雙積A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理圖.1雙積A/D 轉(zhuǎn)換器如圖所示：對輸入模擬電壓和基準電壓進行兩次積分，先對輸入模擬電壓進行積分，將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時間間隔 T1，再利用計數(shù)器測出此時間間隔，則計數(shù)器所計的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對基準電壓進行同樣的處理。圖.2雙積A/D 轉(zhuǎn)換器的波形圖3.2.1 7135的應(yīng)用ICL7135是采用CMOS工藝制作的單片4位半A/D轉(zhuǎn)換器，其所轉(zhuǎn)換的數(shù)字值以多工掃描的方式輸出，只要附加譯碼器，數(shù)碼顯示

9、器，驅(qū)動器及電阻電容等元件，就可組成一個滿量程為2V的數(shù)字測量電路。主要介紹引腳的使用：圖.3 ICL7135引腳圖R/H（25腳）當R/H=“1”（該端懸空時為“1”）時，7135處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，每40002個時鐘周期完成一次A/D轉(zhuǎn)換。若R/H由“1”變“0”，則7135在完成本次A/D轉(zhuǎn)換后進入保持狀態(tài)，此時輸出為最后一次轉(zhuǎn)換結(jié)果，不受輸入電壓變化的影響。因此利用R/H端的功能可以使數(shù)據(jù)有保持功能。若把R/H端用作啟動功能時，只要在該端輸入一個正脈沖（寬度300ns），轉(zhuǎn)換器就從AZ階段開始進行A/D轉(zhuǎn)換。/ST（26腳）每次A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后，ST端都輸出5個負脈沖，其輸出時間對應(yīng)

10、在每個周期開始時的5個位選信號正脈沖的中間，ST負脈沖寬度等于1/2時鐘周期。需要注意的是，若上一周期為保持狀態(tài)（R/H=“0”）則ST無脈沖信號輸出。ST信號主要用來控制將轉(zhuǎn)換結(jié)果向外部鎖存器、UARTs或微處理器進行傳送。BUSY（21腳）在雙積分階段（INT+DE），BUSY為高電平，其余時為低電平。因此利用BUSY功能，可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的遠距離雙線傳送，其還原方法是將BUSY和CLK“與”后來計數(shù)器，再減去10001就可得到原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。OR（27腳）當輸入電壓超出量程范圍（20000），OR將會變高。該信號在BUSY信號結(jié)束時變高。在DE階段開始時變低。圖.2 ICL7135

11、的波形圖UR（28腳）當輸入電壓等于或低于滿量程的9%（讀數(shù)為1800），則一當BUST信號結(jié)束，UR將會變高。該信號在INT階段開始時變低。POL（23腳）該信號用來指示輸入電壓的極性。當輸入電壓為正，則POL等于“1”，反之則等于“0”。該信號DE階段開始時變化，并維持一個A/D轉(zhuǎn)換調(diào)期。位驅(qū)動信號D5、D4、D3、D2、D1（12、17、18、19、20腳）每一位驅(qū)動信號分別輸出一個正脈沖信號，脈沖寬度為200個時鐘周期，其中D5對應(yīng)萬位選通，以下依次為千、百、十、個位。在正常輸入情況下，D5-D1輸出連續(xù)脈沖。當輸入電壓過量程時，D5-D1在AZ階段開始時只分別輸出一個脈沖，然后都處于

12、低電平，直至DE階段開始時才輸出連續(xù)脈沖。利用這個特性，可使得顯示器件在過程時產(chǎn)生一亮一暗的直觀現(xiàn)象。B8、B4、B2、B1（16、15、14、13腳）該四端為轉(zhuǎn)換結(jié)果BCD碼輸出，采用動態(tài)掃描輸出方式，即當位選信號D5=“1”時，該四端的信號為萬位數(shù)的內(nèi)容，D4=“1”時為千位數(shù)內(nèi)容，其余依次類推。在個、十、百、千四位數(shù)的內(nèi)容輸出時，BCD碼范圍為0000-1001，對于萬位數(shù)只有0和1兩種狀態(tài)，所以其輸出的BCD碼為“0000”和“0001”。在ICL7135與單片機系統(tǒng)進行連接時，使用并行采集方式，要連接BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，可以將ICL7135的/STB信號接至單片機的P3.2（INT0

13、）。 ICL7135需要外部的時鐘信號，本設(shè)計采用CD4060來對4M信號進行32分頻得到125KHz的時鐘信號。CD4060計數(shù)為級進制計數(shù)器，在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。圖3.2.1.3 ICL7135與系統(tǒng)的連接3.3單片機部分圖 .1 89C51引腳圖單片機選用的是ATMEL公司新推出的AT89C51，如圖 .1所示。該芯片具有低功耗、高性能的特點，是采用CMOS工藝的8位單片機，與AT89C51完全兼容。AT89C51還有以下主要特點：    采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存儲器（

14、NV-SRAM）技術(shù)；    其片內(nèi)具有256字節(jié)RAM，8KB的可在線編程（ISP）FLASH存儲器；    有2種低功耗節(jié)電工作方式：空閑模式和掉電模式    片內(nèi)含有一個看門狗定時器（WDT），WDT包含一個14位計數(shù)器和看門狗定時器復(fù)位寄存器(WDTRST)，只要對WDTRST按順序先寫入01EH，后寫入0E1H，WDT便啟動，當CPU由于擾動而使程序陷入死循環(huán)或“跑飛”狀態(tài)時，WDT即可有效地使系統(tǒng)復(fù)位，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。3.4液晶顯示部分顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。

15、本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊，采用一個16×1的字符型液晶顯示模塊。 點陣圖形式液晶由 M 行×N 列個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有64行，每行有 128列，每 8列對應(yīng) 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 16×8=128個點組成，屏上 64×16 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。一個字符由 6×8 或 8×8點陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為1，其它的為0，為1的點亮，為0的點暗

16、，這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。3.4.1 1602使用說明圖.1 1602引腳圖表.2 LCD1602液晶模塊的引腳引腳符號功能說明1GND接地2Vcc5V3VL驅(qū)動LCD，一般將此腳接地4RS寄存器選擇 0：指令寄存器（WRITE）Busy flag,位址計數(shù)器（READ） 1：數(shù)據(jù)寄存器（WRITE,READ）5R/WREAD/WRITE選擇 1：READ 0：WTITE6E讀寫使能（下降沿使能）7DB

17、0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線續(xù)表.1 LCD1602液晶模塊的引腳8DB19DB210DB311DB4高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線另外DB7也是一個Busy flag12DB513DB614DB7表.3 LCD1602 16×1 顯示字的地址1234567891011121314151600010203040506074041424344454647LCD各地址列舉如下表：表.4 LCD1602 16×1 顯示字的外部地址16×1 16字1行 123456789101112131415168081828384858687C0C1C2C3C4C5C6C7表.5 LCD16

18、02 的指令指 令說 明設(shè)置碼RS R/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示幕000000000*光標回到原點000000001*進入模式設(shè)定00000001I/DS顯示幕ON/OFF0000001DCB移位000001S/CR/L*功能設(shè)定00001DLNF*字發(fā)生器地址設(shè)定0001AGC設(shè)置顯示地址0001ADD忙碌標志位BF001BF顯示數(shù)據(jù)10寫入數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)11讀取數(shù)據(jù)I/D I/D=1 表示加1， I/D=0 表示減1S S=1 表示顯示幕ON S=0表示OFFD D=1 表示顯示屏幕ON D=0表示顯示屏幕OFFC C=1 表示光標ON C=0表示光標OFFB B=1 表示

19、閃爍ON B=0表示顯示閃爍OFFS/C S/C=1表示顯示屏幕移位 S/C=0光標移位R/L R/L=1表示右移 R/L=0表示左移DL DL=1表示8位 DL=0表示4位F F=1表示5×10點矩陣 F=0表示5×7點矩陣N N=1表示2行顯示行 N=0表示1行顯示行BF BF=1:內(nèi)部正在動作 BF=0:可接收指令或數(shù)據(jù)碼 液晶顯示部分與89C51的接口.1 液晶與89C51的接口如圖所示：用89C51的P2口作為數(shù)據(jù)線，用P0.1、P0.2、P0.3分別作為LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設(shè)計要點如

20、下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，字型為5×7點陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標和字體閃爍,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。3.5 通訊模塊89C51內(nèi)部已集成通信接口URT，只需擴展一片MAX232芯片將輸出信號轉(zhuǎn)換成RS-232協(xié)議規(guī)定的電平標準,  MAX2

21、32 是 一 種 雙 組 驅(qū) 動 器 / 接 收器 ，每個接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V  TTL/CMOS電平。 每個驅(qū)動器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換 為 EIA/TIA-232-E電平。即EIA接口，就是把5V轉(zhuǎn)換為-8V到-15V電位0V轉(zhuǎn)換為8V到15V再經(jīng)RXD輸出，接收時由RXD輸入，把-8V到-15V電位轉(zhuǎn)換為5V，8V到15V轉(zhuǎn)換為0V。MAX232的工作電壓只需5V，內(nèi)部有振蕩電路產(chǎn)生正負9V電位。3.6單片機開發(fā)板的綜合設(shè)計3.7軟件程序塊#include <reg52.h> /52系列頭文件#define Disd

22、ata P1 /液晶數(shù)據(jù)端口#define uchar unsigned char /無符號字符8位#define uint unsigned int /無符號整數(shù)8位uint data dis4=0x00,0x00,0x00,0x00;/4個數(shù)據(jù)單元和一個uchar code table="weight:+ . %" /定義初始上電液晶默認顯示狀態(tài)uchar code table1="my name is :"uchar code table3="zaizhongceshiyi"uchar code table2="SCO

23、PE: 0-5.00V"uchar code table4="not reversed! "sbit lcden=P35;/定義液晶使能端sbit lcdrs=P30;/定義液晶RS端sbit rw=P31;/定義液晶RW端sbit ALE=P23; /定義鎖存地址控制位sbit cs_ad=P01;/片選段，低電平有效sbit dout=P02;/數(shù)據(jù)輸出端sbit clk=P03; /轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位sbit speak=P00;/蜂鳴器sbit bijiao=P36;/接反檢測信號data int result;/測量變量暫存地址void jiefan();/

24、接反子函數(shù)uchar num,num1,num2,num3,num4,num5;uchar shii,gei;/*延時函數(shù)*void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) 此處需要循環(huán)體； for(y=110;y>0;y-) 此處需要循環(huán)體； /*void write_com(uchar com) /液晶寫命令函數(shù) lcdrs=0; P1=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void write_data(uchar date) /液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù) lcdrs=1; P1=date; dela

25、y(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; void write_sg(uchar add,uchar date) /寫整數(shù)位和小數(shù)位函數(shù) 注意：這里data是字符型的，如可參與運算：date/10date%10 uchar shi,ge; shi=date/10; /分解出一個2位數(shù)的十位 ge=date%10; write_com(0x80+add); /設(shè)置顯示位置 write_data(0x30+shi); /送去液晶顯示十位 write_data(0x30+ge); /送去液晶顯示個位void init() rw=0; lcden=0; shii=0;gei=

26、0; write_com(0x38); /初始化1602液晶 write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); /設(shè)置顯示初始坐標 for(num2=0;num2<13;num2+)/table1="my name is:"這是個字符，為何這塊是小于應(yīng)該是吧！ write_data(table1num2); delay(5); write_com(0x80+40); for(num3;num3<16;num3+) /table3="SCOPE: 0-5.00V&quo

27、t;這是5個字符，為何這塊是小于6應(yīng)該是5吧！ write_data(table3num3); delay(5); delay(3000); /*void scan1() write_com(0x80); /設(shè)置顯示初始坐標 for(num=0;num<16;num+) / table字符就個字符，所以這塊是num<15 (從到就是個字符了） write_data(tablenum); delay(5); write_sg(9,shii); /顯示在第一行第九個位置 這個weight:+ . %是不是要顯示在第二行，因為開始初始化的時候已經(jīng)有：my name is:zaizhong

28、ceshiyi了，這些字符是顯示在第一行的吧，難道你所指的是my name is:zaizhongceshiyi顯示在第行？還有shii和gei都分別代表什么？沒有說清楚？我不太明白？ 記住變量名最好是見名知意！ write_sg(12,gei); /顯示在第一行第十二個位置 write_com(0x80+40); for(num1;num1<16;num1+) write_data(table2num1); delay(5); write_sg(9,shii); write_sg(12,gei); /*TLC1549轉(zhuǎn)換處理子函數(shù)*void test() data uchar i;/這里的變量i是什么類型的，是data類型，還是uchar類型？若看下邊對變量i的應(yīng)用，應(yīng)該定義成int類型的。 cs_ad=1; /禁止i/o clock cs_ad=0; /開啟控制電路，使能data out和i/o clock result=0; /清轉(zhuǎn)換變量for(i=0;i&