汽車超載自動(dòng)檢測(cè)裝置說(shuō)明書

1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) -目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263847381 第1章 緒論 PAGEREF _Toc263847381 h 1 HYPERLINK l _Toc263847382 第1.1節(jié) 引言 PAGEREF _Toc263847382 h 1 HYPERLINK l _Toc263847383 第1.2節(jié) 電子稱重技術(shù)的地位及作用 PAGEREF _Toc263847383 h 2 HYPERLINK l _Toc263847384 第1.3節(jié) 國(guó)內(nèi)電子稱重的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc263847384 h 2 HYPERLINK

2、 l _Toc263847385 第1.4節(jié) 本課題研究的內(nèi)容和意義 PAGEREF _Toc263847385 h 3 HYPERLINK l _Toc263847386 第2章 稱重系統(tǒng)整體概述 PAGEREF _Toc263847386 h 4 HYPERLINK l _Toc263847387 第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263847387 h 5 HYPERLINK l _Toc263847388 第3.1節(jié) 傳感器 PAGEREF _Toc263847388 h 5 HYPERLINK l _Toc263847389 第3.2節(jié) 傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) PAGER

3、EF _Toc263847389 h 13 HYPERLINK l _Toc263847390 第3.3節(jié) AD轉(zhuǎn)換器電路 PAGEREF _Toc263847390 h 16 HYPERLINK l _Toc263847391 第3.4節(jié) 微處理器 PAGEREF _Toc263847391 h 23 HYPERLINK l _Toc263847392 第3.5節(jié) 顯示器電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263847392 h 25 HYPERLINK l _Toc263847393 第3.6節(jié) 汽車執(zhí)行鎖定電路 PAGEREF _Toc263847393 h 29 HYPERLINK l

4、_Toc263847394 第3.7節(jié) 電源電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263847394 h 31 HYPERLINK l _Toc263847395 第3.8節(jié) 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263847395 h 32 HYPERLINK l _Toc263847396 第4章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263847396 h 34 HYPERLINK l _Toc263847397 第4.1節(jié) 主程序 PAGEREF _Toc263847397 h 34 HYPERLINK l _Toc263847398 第4.2節(jié) 數(shù)據(jù)采集程序 PAGEREF _T

5、oc263847398 h 35 HYPERLINK l _Toc263847399 第4.3節(jié) A/D轉(zhuǎn)換程序 PAGEREF _Toc263847399 h 38 HYPERLINK l _Toc263847400 第4.4節(jié) 數(shù)據(jù)處理程序 PAGEREF _Toc263847400 h 39 HYPERLINK l _Toc263847401 第5章 誤差分析 PAGEREF _Toc263847401 h 43 HYPERLINK l _Toc263847402 第5.1節(jié) 稱重傳感器的誤差 PAGEREF _Toc263847402 h 43 HYPERLINK l _Toc2638

6、47403 第5.2節(jié) 稱重儀表和信號(hào)傳輸系統(tǒng)的誤差 PAGEREF _Toc263847403 h 43 HYPERLINK l _Toc263847404 第5.3節(jié) 機(jī)械承重系統(tǒng)的誤差 PAGEREF _Toc263847404 h 44 HYPERLINK l _Toc263847405 第6章 總結(jié) PAGEREF _Toc263847405 h 46 HYPERLINK l _Toc263847406 第6.1節(jié) 工作總結(jié) PAGEREF _Toc263847406 h 46 HYPERLINK l _Toc263847407 第6.2節(jié) 研究展望 PAGEREF _Toc2638

7、47407 h 46 HYPERLINK l _Toc263847408 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc263847408 h 47 HYPERLINK l _Toc263847409 附 錄 PAGEREF _Toc263847409 h 50 HYPERLINK l _Toc263847410 英文原文 PAGEREF _Toc263847410 h 58 HYPERLINK l _Toc263847411 中文譯文 PAGEREF _Toc263847411 h 66 HYPERLINK l _Toc263847412 致 謝 PAGEREF _Toc263847412 h 74中國(guó)

8、礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論目前公路運(yùn)輸業(yè)和商業(yè)貿(mào)易不斷得到發(fā)展，重型運(yùn)輸車輛在公路運(yùn)輸中所占比例不斷增加。汽車超載超限運(yùn)輸和超重型車輛擅自在公路上行駛的情況越來(lái)越嚴(yán)重,直接影響了公路使用壽命和運(yùn)輸安全。車輛超限超載運(yùn)輸造成交通事故增加,路面早期被破壞,導(dǎo)致補(bǔ)救和維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用急劇增加。目前治超主要采用經(jīng)濟(jì)手段,不能從根本上解決問(wèn)題。本文分析探討采用技術(shù)手段在車輛上實(shí)現(xiàn)超限超載的檢測(cè)和控制方法,制止違法超限超載運(yùn)輸?！?】第1.1節(jié) 引言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的交通事業(yè)也取得了巨大的進(jìn)步，公路里程在不斷的增加，但不容忽視的是越來(lái)越多的超限車輛對(duì)公路和橋梁造成了極大的破壞。根據(jù)世界各國(guó)

9、公路建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，如果不盡快采取相應(yīng)的手段，遏制這種情況的蔓延，將會(huì)導(dǎo)致公路和橋梁的使用壽命大大縮短，造成大量的投資浪費(fèi)。超限運(yùn)輸不僅危害個(gè)人安全，也危害著國(guó)家和集體的利益，成為了一個(gè)當(dāng)前急需解決的問(wèn)題，受到了國(guó)家的高度重視，中華人民共和國(guó)交通部于2000年4月1號(hào)頒布了超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定。在規(guī)定中指出單車、半掛列車、全掛列車車貨總質(zhì)量40000千克以上；集裝箱半掛列車車貨總質(zhì)量46000千克以上的上路汽車即為超限運(yùn)輸車輛。并規(guī)定超限運(yùn)輸車輛行駛公路的管理工作實(shí)行“統(tǒng)一管理、分級(jí)負(fù)責(zé)、方便運(yùn)輸、保障暢通”的原則。所以如何使用準(zhǔn)確、完備和實(shí)用的稱重系統(tǒng)，以滿足交通管理者的實(shí)際需要，提高我

10、國(guó)的公路管理水平，成為一個(gè)重要的課題。第1.2節(jié) 電子稱重技術(shù)的地位及作用 電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了自動(dòng)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。物料計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)，稱重裝置或衡量器是不可缺少的計(jì)量工具。自六十年代以來(lái)，由于傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子稱重技術(shù)日趨成熟，并逐步取代機(jī)械秤。尤其是七十年代初期，微處理機(jī)的出現(xiàn)使電子稱重技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展?？焖佟?zhǔn)確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面已成為現(xiàn)代稱重技術(shù)的主要特點(diǎn)?！?】稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的

11、現(xiàn)代化，稱重裝置應(yīng)用己遍及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，我國(guó)在這方面的產(chǎn)品少且功能不齊全，所以改善現(xiàn)有稱重裝置、開發(fā)研究功能齊全的自動(dòng)稱重系統(tǒng)是勢(shì)在必行的。第1.3節(jié) 國(guó)內(nèi)電子稱重的現(xiàn)狀我國(guó)從六十年代中期開始研制和生產(chǎn)電子秤，初期為模擬指針式，后來(lái)發(fā)展成數(shù)字式。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，產(chǎn)品準(zhǔn)確度低、可靠性差，適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力差，故障率和損壞率一直都很高。自八十年代初以來(lái)，開展了與國(guó)外技術(shù)交流和合作，引進(jìn)了一批樣機(jī)、生產(chǎn)技術(shù)和加工測(cè)試設(shè)備，通過(guò)消化、吸收和改造，使電子稱重裝置的綜合水平有了很大的提高。產(chǎn)品品種發(fā)展到幾十種，包括電子計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤、電子吊秤、電子汽車衡、電子皮

12、帶秤、電子軌道秤、電子包裝秤、電子配料秤以及各種專用電子秤。這些產(chǎn)品中作為商用靜態(tài)秤都已能滿足國(guó)際法制計(jì)量組織(0、I、M、L)級(jí)秤3000N的要求。靜態(tài)使用的工藝秤也都能達(dá)到0.1-0.3%的準(zhǔn)確度。動(dòng)態(tài)計(jì)量用的皮帶秤能做到0.25-0.5%，動(dòng)態(tài)軌道衡能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的0.5級(jí)的要求，個(gè)別的產(chǎn)品也可達(dá)到0.2級(jí)。在產(chǎn)品規(guī)格上，電子汽車衡已能做到I00t。個(gè)別的達(dá)到300t，專用的電子軌道衡已做到600t。電子吊鉤秤最大規(guī)格為30t，在功能上也比較齊全?？偟膩?lái)說(shuō)我國(guó)電子稱重裝置的水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家八十年代中期水平。這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是有少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國(guó)際先進(jìn)水平，例如自動(dòng)軌道衡開發(fā)的幾項(xiàng)新技術(shù)

13、:無(wú)開關(guān)判別車輛、前基坑整體秤臺(tái)和無(wú)基坑結(jié)構(gòu)、以及曲線段安裝軌道衡。這表明我國(guó)在引進(jìn)消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，走上了自行開發(fā)的道路。 第1.4節(jié) 本課題研究的內(nèi)容和意義本文主要是研究汽車在裝貨中未上路時(shí)載重量大小的問(wèn)題，用安裝在汽車減振鋼板與車輪軸間的傳感器檢測(cè)貨車載重量的壓力信號(hào)，并經(jīng)過(guò)放大電路的放大與A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，輸入到微處理器進(jìn)行計(jì)算、比較，若計(jì)算出的結(jié)果超過(guò)預(yù)定值，則切斷汽車的電子點(diǎn)火系統(tǒng)，使汽車不能發(fā)動(dòng)；若結(jié)果未超過(guò)預(yù)定值，則汽車正常啟動(dòng)。本文設(shè)計(jì)的汽車超載自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，攜帶方便，實(shí)用性好，且可以從根本上解決超載汽車上路問(wèn)題。第2章 稱重系統(tǒng)整體概述稱重系統(tǒng)一般由傳感器

14、、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)分析采集系統(tǒng)、結(jié)果顯示等幾個(gè)部分所構(gòu)成。本課題將采用由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、AD轉(zhuǎn)換器、微處理器，LED數(shù)碼管所組成的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車的超載檢測(cè)。 (1)進(jìn)行稱重研究的硬件部分的建設(shè)，這一部分包括稱重傳感器的選擇，信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集卡的選擇等等工作。這一部分是課題進(jìn)行的中間環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵部分。因?yàn)椋布糠譀Q定了整個(gè)的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。因此，硬件部分的建設(shè)應(yīng)該十分仔細(xì)，建立高精度的硬件系統(tǒng)。 (2)在建立傳感器與硬件的工作完成之后需要選擇編制測(cè)試軟件。計(jì)算機(jī)在完成一項(xiàng)工作時(shí)，必須按順序執(zhí)行各種操作，這些操作是事先編制好的計(jì)算機(jī)程序，由計(jì)算機(jī)去執(zhí)行。編程時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的存

15、放、寄存器和工作單元的使用等要由設(shè)計(jì)者安排；而高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)時(shí)，這些工作是由計(jì)算機(jī)軟件完成的。 (3)上述的工作完成之后進(jìn)行誤差分析。本系統(tǒng)的誤差來(lái)源總體來(lái)說(shuō)可以分為三個(gè)，即稱重傳感器的誤差、稱重儀表和信號(hào)傳輸系統(tǒng)的誤差和機(jī)械承重系統(tǒng)的誤差?？梢圆捎枚鄠€(gè)稱重傳感器的并聯(lián)，選用性能良好的電子器件以及注意接地和屏蔽問(wèn)題等方法來(lái)減小誤差。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)電器部分主要由傳感器、信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)及顯示器組成見圖3.1。傳感器是測(cè)量系統(tǒng)的輸入端，它與被測(cè)的重力相連接，并給出一個(gè)毫伏級(jí)的輸出信號(hào)。信號(hào)放大器則將傳感器輸出的毫伏級(jí)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，以便成為適宜進(jìn)一步處理的0-10伏電壓

16、信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器則對(duì)放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行線性化及數(shù)字編碼以便使信號(hào)成為微機(jī)可以處理的形式。圖3.1 車輛稱重系統(tǒng)的構(gòu)成第3.1節(jié) 傳感器3.1.1 傳感器作用傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 圖3.2 各種傳感器示例 3.1.2 傳感器的分類按照其用途，傳感器可分類為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅鳌⒛芎膫鞲?/p>

17、器、速度傳感器、HYPERLINK /view/479290.htm加速度傳感器、射線輻射傳感器和熱敏傳感器。按照其原理，傳感器可分類為：HYPERLINK /view/1388779.htm振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器和生物傳感器等。按照其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：模擬傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)字傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。膺數(shù)字傳感器將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。開關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。

18、3.1.3 稱重傳感器的選擇 測(cè)量重量的傳感器有很多種，按工作原理分有彈性力平衡式壓力傳感器、感應(yīng)式傳感器、應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、霍爾式壓力傳感器、電容式、光纖式、數(shù)字式傳感器等。 選擇傳感器要考慮以下幾點(diǎn): （1）數(shù)量的選擇 根據(jù)電子稱重系統(tǒng)的用途、秤體需要支撐點(diǎn)數(shù)而定，一般地來(lái)說(shuō)秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選擇幾個(gè)傳感器，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。 （2）量程的選擇量程選擇原則是既要獲得滿意的準(zhǔn)確度，又要具有足夠的稱量靈敏度和過(guò)載保護(hù)性能，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)知道按式3.1進(jìn)行量程選擇完全可以滿足上述要求。(3.1)式中：傳感器個(gè)數(shù) 作用在傳感器上的空載載荷 作用在傳感器上的最大稱重載荷 動(dòng)載系數(shù)載系

19、數(shù)（3）準(zhǔn)確度的選擇稱重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇，以滿足稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求為準(zhǔn)，切不可片面追求高的準(zhǔn)確度等級(jí)。若在同一稱重系統(tǒng)內(nèi)使用了n只并聯(lián)使用的結(jié)構(gòu)相同、型式相同、額定負(fù)荷相同的稱重傳感器，則由誤差傳遞公式可得，其綜合誤差r為: (3.2)式中:單個(gè)稱重傳感器的綜合誤差；n稱重傳感器的個(gè)數(shù)；因此，由式可以看出，n個(gè)稱重傳感器并聯(lián)后，其總的綜合誤差r是單個(gè)稱重傳感器綜合誤差的1/n倍。即總的綜合誤差反而小了。這是由于單個(gè)稱重傳感器的誤差可看作是服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，它有大、有小、有正、有負(fù)。在并聯(lián)后，其誤差相互抵消一部分，所以總的綜合誤差反而小了。 （4）傳感器型號(hào)傳感器型號(hào)的選擇要考慮各種類型傳

20、感器的適用范圍。這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?？傊纫獜母鞣矫嫣岣咭?，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到高性價(jià)比。從上述幾點(diǎn)綜合考慮，本文選用常用的電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器的特點(diǎn)如下:精度高，測(cè)量范圍廣；使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定可靠；可在高低溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、潮濕等惡劣環(huán)境正常工作；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕；價(jià)格便宜，品種多樣，便于選擇和大量使用；頻率響應(yīng)較好，即可用于靜態(tài)測(cè)量又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。電阻應(yīng)變式稱重傳感器的基本工作原理是：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，

21、電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），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?；菟沟请姌虻墓δ苁前央娮钁?yīng)變計(jì)的電阻變化量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。一般將粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)變計(jì)連接成差動(dòng)式惠斯登電橋，如圖3.3所示。圖3.3 惠斯登電橋 （3.3）式中: 彈性體的相對(duì)變形； 彈性體的長(zhǎng)度及變化量； 重量； 彈性體的彈性模量； 彈性體的橫截面積。如圖3.3假設(shè)此時(shí)和受壓，和受拉，則和相對(duì)電阻的變化為:（3.4）這時(shí)和相對(duì)電阻的變化為:（3.5）式中：電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù) 彈性材料的泊松系數(shù)在有供橋電源時(shí)，稱重傳感器的電橋輸出電壓為:

22、（3.6）忽略分母中含有的項(xiàng)，則近似為: （3.7）也即：（3.8）式中：傳感器的靈敏度， 本設(shè)計(jì)采用RS-Y10應(yīng)變式壓力傳感器，其主要技術(shù)參數(shù)如下:輸出靈敏度0.50.8mv/v;基本誤差0.2%F.S;，重復(fù)性0.2%F.S;溫度補(bǔ)償范圍-10+60;絕緣電阻1000，輸出阻抗50Q+10Q;工作溫度10+60;激勵(lì)電壓:512V。3.1.4 通過(guò)測(cè)量安裝在汽車的輪軸與減振鋼板之間的壓力傳感器的應(yīng)變電阻值的變化量,并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的重量值,求出汽車的載荷G。壓力傳感器的輸出U是其應(yīng)變電阻值的變化量的函數(shù),而應(yīng)變電阻的變化量與汽車的載荷成線性關(guān)系。因此傳感器的輸出與汽車的載荷成線性關(guān)系。（

23、3.9）式中: 傳感器的載荷,Kg; 應(yīng)變電阻的變化值，。（3.10） 圖3.4 壓力傳感器示意圖 3.1.5壓力傳感器的安裝位置應(yīng)選擇能正確反映汽車載荷、易于安裝與測(cè)量的位置,因此從汽車的底盤結(jié)構(gòu)上分析,汽車的承載輪軸與減振鋼板的連接點(diǎn)能夠反映汽車的載荷,所以我們將壓力傳感器的安裝位置選擇在該連接點(diǎn)上,壓力傳感器的數(shù)量設(shè)定為2個(gè)。圖3.5 壓力傳感器安裝示意圖平面圖3.6 壓力傳感器安裝三維示意圖第3.2節(jié) 傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 稱重傳感器的輸出信號(hào)通常比較小，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中非常容易受到干擾，因此必須對(duì)傳感器檢測(cè)到的輪重信號(hào)進(jìn)行放大處理。由于傳感器信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的精度有很重要的影響

24、，因此我們需要合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。盡量選用高增益、高輸入電阻、低失調(diào)和高共模抑制比的儀表放大器。在傳感器信號(hào)放大電路中采用OP07運(yùn)算放大器。OP07是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器。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O(shè)P07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）和開環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mv）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(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。管腳圖如圖3.7所示，其主要特性如下:圖3.7 OP07管腳圖 供電電源范圍:士3v士18v

25、; 最大供電電流:2.8mA; 最大輸入失調(diào)電壓:75uv; 最大輸入失調(diào)電壓漂移:l.3uv/; 最大輸入偏置電流:5.6nA; 最小共模抑制比:106dB(G=10); 由于稱重系統(tǒng)中傳感器輸出2路模擬信號(hào)，為了對(duì)每路信號(hào)分別進(jìn)行放大和濾波，在設(shè)計(jì)電路時(shí)設(shè)置了2路相同的放大電路，下面以其中1路為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明(濾波電路也是2路，文中取其中1路為例詳細(xì)說(shuō)明，下面將不再重復(fù)指出)。由于稱重傳感器中的應(yīng)變片被做成橋式電路，力傳感器的放大電路一般都采用差動(dòng)放大器進(jìn)行放大。為了使放大電路的放大倍數(shù)可變，實(shí)際調(diào)試時(shí)簡(jiǎn)單易操作，本文采用三級(jí)連放來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大電路，第一級(jí)放大電路為差動(dòng)放大電路，如圖37所

26、示:取, 根據(jù)差動(dòng)放大電路放大規(guī)律可知： （3.11）圖3.8 第一級(jí)放大電路圖3.9 第二級(jí)放大電路如令, ，則該放大電路的放大倍數(shù)為1-30倍。第二級(jí)放大電路和第三級(jí)放大電路相同，如圖3.8所示:VR1為可變電阻，在第二級(jí)和第三級(jí)電路中設(shè)置此電阻，是為了在測(cè)試過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此電路放大公式為: （3.12）整體放大電路如圖3.10所示。由該圖中電阻取值可知，第一級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為1-33.3，第二級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為10-60倍，第三級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為1- 20倍，因此整個(gè)放大電路的放大倍數(shù)為333- 39960倍。圖3.10 整體放大電路第3.3節(jié) AD

27、轉(zhuǎn)換器電路 采集上來(lái)的模擬信號(hào)要進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理前，需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。綜合考慮系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度的要求,本文選擇雙積分轉(zhuǎn)換器ICL7109。ICL7109是美國(guó)Intersil公司生產(chǎn)的一種高精度、低噪聲、低漂移、價(jià)格低廉的雙積分式12位A/D轉(zhuǎn)換器。由于目前逐次比較式的高速12位A/D轉(zhuǎn)換器一般價(jià)格都很高，在要求速度不太高的場(chǎng)合，如用于稱重，測(cè)壓力等各種高精度測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，可以采用廉價(jià)的雙積分式高精度A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109。ICL7109最大的特點(diǎn)是其數(shù)據(jù)輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，并配有較強(qiáng)的接口功能，能方便的與各種微處理器相連。其主要功能特性如下：雙積分變換技術(shù)；雙電源供電；片內(nèi)含

28、有時(shí)鐘發(fā)生器和基準(zhǔn)電壓源；輸入阻抗為；功耗為20mW；轉(zhuǎn)換速度為。3.3.1 ICL7109引腳功能 ICL7109的內(nèi)部電路有模擬電路和數(shù)字電路部分組成。模擬電路部分由模擬信號(hào)輸入振蕩電路、積分、比較電路以及基準(zhǔn)電壓源電路組成。部分引腳功能如下：GND：數(shù)字地，0VSTATUS：狀態(tài)輸出，ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該引腳發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。POL：極性輸出，高電平表示ICL7109的輸出信號(hào)為正。B1B12：三態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出，B12為最高位，B1為最低位TEST：此引腳僅適用于測(cè)試芯片，接高電平時(shí)為正常操作，接低電平時(shí)則強(qiáng)迫所有位B1B12輸出為高電平。LBEN：低電平使能端。當(dāng)MODE和CE

29、/LOAD均為低電平時(shí)，此信號(hào)將作為低位字節(jié)（B1B8）輸出選通信號(hào)；當(dāng)MODE位高電平時(shí)，此信號(hào)將作為低位字節(jié)輸出。 HBEN：高字節(jié)使能端。當(dāng)MODE和CE/LOAD均為高電平時(shí)，此信號(hào)將作為高位字節(jié)（B8B12）以及POL，OR輸出的輔助選通信號(hào)；當(dāng)MODE位高電平時(shí)，此信號(hào)將作為高位字節(jié)輸出而用于信號(hào)交換方式。 CE/LOAD：片選端。當(dāng)MODE為低電平時(shí)，它是數(shù)據(jù)輸出的主選通信號(hào)，當(dāng)管腳為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)正常輸出；當(dāng)本腳為高電平時(shí)，則所有數(shù)據(jù)輸出端（B1B12，POL，OR）均處于高阻狀態(tài)。MODE：方式選擇。當(dāng)輸出低電平信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)換器為直接輸出方式。此時(shí)，可在片選和數(shù)據(jù)使能的控制下直

30、接讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)輸出高電平脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)換器處于UART方式，并在輸出兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，返回到直接輸出方式。當(dāng)輸入高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器將在信號(hào)交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。OSC IN： 振蕩器輸入OSCOUT：振蕩器輸出OSCSEL： 振蕩器選擇。輸出高電平時(shí)，采用RC振蕩器；輸入低電平時(shí)采用晶體振蕩器。 圖3.11 ICL7109管腳圖 3.3.2 ICL7109的外部電路連接 ICL7109的外部電路連接如圖3.11所示，對(duì)其外部電路的應(yīng)用特征說(shuō)明如下： A.電源供給 ICL7109位雙電源5V，引入V+，V-（40，28腳），1端GND為公共接地端。 B.基準(zhǔn)電壓供給 ICL7109有一

31、個(gè)良好的片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源，由REFOUT端輸出（29端），可以使用電阻分壓以獲得一個(gè)合適的基準(zhǔn)電壓。 C.模擬信號(hào)輸入 模擬信號(hào)可差分輸入，分別接入差分輸入高端INHI（35腳）和差 分輸入低端 INLO（34腳）。模擬信號(hào)公共端為COMMON（33腳）。 D.時(shí)鐘電路 ICL7109片內(nèi)有振動(dòng)器及時(shí)鐘電路。片內(nèi)提供的多功能時(shí)鐘振動(dòng) 器既可用作RC振蕩器，也可作為晶體振蕩器。 E.接口方式 ICL7109內(nèi)部有一個(gè)14位（12位數(shù)據(jù)和一個(gè)極性，一位溢出）的 鎖存器和一個(gè)14位的三態(tài)輸出寄存器，可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無(wú)須外部加額外的鎖存器。 圖3.12 ICL7109的外部連接電路

32、圖 3.3.3 ICL7109與89C51的接口接口電路如圖3.13所示圖3.13 ICL7109與89C51的接口電路 該芯片為直接輸出工作方式，MODE接地。另外RUN/HOLD（）引腳接+5V，使A/D轉(zhuǎn)換連續(xù)進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，STATUS引腳輸出高電平，STATUS引腳降為低電平時(shí)，由P2.6輸出低電平信號(hào)到ICL7109的HBEN，讀高4位數(shù)據(jù)、極性和溢出位；由P2.7輸出低電平信號(hào)到LBEN，讀低8位數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中盡管CE/LOAD接地，RUN/HOLD接+5V，A/D轉(zhuǎn)換連續(xù)進(jìn)行，然而如果89C51不查詢P1.0腳，那么就不會(huì)給出HBEN、LBEN信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果

33、不會(huì)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線D0-D7上。不需要采集數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)影響89C51的工作，因此這種方法可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省硬件和軟件。ICL7109每完成一次變換所需時(shí)間為8192個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)采用6MH晶振時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 (3.13)即轉(zhuǎn)換速率為12.63次/s.當(dāng)采用3.58MH晶振時(shí)，完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間為 (3.14)即轉(zhuǎn)換速率為7.5次/s.ICL7109為連續(xù)轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換結(jié)果由中斷服務(wù)程序讀入到以R0間址的片內(nèi)RAM緩存區(qū)。中斷服務(wù)程序編制如下： ORG 0003H LIMP INT0 ORG 1000HINT0: PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL PUSH B MOV B,

34、R0 MOV R0,#20H ;緩存區(qū)首地址 MOV DPTR,#0200H ;P2.0=0,P2.1=1 MOVX A,DPTR MOV R0,A INC R0 MOV DPTR,0100H ;P2.0=1,P2.1=0 MOVX A,DPTR MOV R0,A MOV R0,B POP BPOP DPL POP DPH POP ACC RETI第3.4節(jié) 微處理器 單片機(jī)是數(shù)據(jù)采集器的控制單元，控制著數(shù)據(jù)采集器各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。本文選擇了89X51單片機(jī)，此系列單片機(jī)低功耗、高性能，且硬件資源豐富，特別是其每部的閃速可電改寫的存儲(chǔ)器FlashROM給單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)了很大的方便。管腳

35、圖如圖3.14所示。 特點(diǎn)： 80C51 中心處理單元 片內(nèi)FLASH 程序存儲(chǔ)器 速度可達(dá)33MH 全靜態(tài)操作 RAM可擴(kuò)展到64字節(jié) 4級(jí)中斷 6個(gè)中斷源 4個(gè)位I/O 口 電源控制模式時(shí)鐘的到恢復(fù)和停止 掉電模式圖3.14 89C51管腳圖3.4.1部分管腳功能：XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。要檢查89C51的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2是否有脈沖信號(hào)輸出。XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。RST:R

36、ST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。ALE:地址鎖存允許信號(hào)端，當(dāng)89C51上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。PSEN:程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端，可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。EA/VPP:外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)輸入信號(hào)EA引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片內(nèi)Flash POM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令；但當(dāng)PC的值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA引腳接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片外ROM并執(zhí)行片外存儲(chǔ)器內(nèi)的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。3.4.2 振蕩器特

37、性配置為使用內(nèi)部振蕩器時(shí)XTAL1和XTAL2可分別作為一個(gè)反向放大器的輸入和輸出，要使用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件時(shí)XTAL2 可以不連接而由XTAL1 驅(qū)動(dòng)。外部時(shí)鐘信號(hào)無(wú)占空比的要求因?yàn)闀r(shí)鐘通過(guò)觸發(fā)器二分頻輸入到內(nèi)部時(shí)鐘電路。 3.4.3 復(fù)位 復(fù)位是單片機(jī)的初始操作。其主要功能是將程序計(jì)數(shù)器PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元執(zhí)行程序。在運(yùn)行中，外界干擾等因素可使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或跑飛，為擺脫困境，可將單片機(jī)復(fù)位，以重新啟動(dòng)，復(fù)位也使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效。其有效周期應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上。復(fù)位操作有上電自

38、動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式，只要電源的上電時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以完成自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源時(shí)就完成了復(fù)位操作。 在本系統(tǒng)中，89C51的P00P07接A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109的B1B12端，用以接受轉(zhuǎn)換器的12位數(shù)據(jù)輸出；17腳接轉(zhuǎn)換器的20腳用以控制外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通；12腳接STATUS以實(shí)現(xiàn)外部中斷。21腳接轉(zhuǎn)換器的18腳以接收低8位輸出選通；22腳接19腳以接收高4位溢出位選通。第3.5節(jié) 顯示器電路設(shè)計(jì) 顯示器接口是單片機(jī)系統(tǒng)中的主要人機(jī)接口之一，常用的顯示器有:發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED(Light Emiting Diode)；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD(Liquid C

39、rysta1 Display)；熒光顯示器。近年來(lái)也開始使用簡(jiǎn)易的CRT接口，顯示一些漢字及圖形。發(fā)光二極管又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽(yáng)極和共陰極之分等。三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示，必須有外光源?？紤]到本系統(tǒng)中只用來(lái)簡(jiǎn)單的顯示重量數(shù)據(jù)，所以選用發(fā)光二極管顯示器LED。LED與其它顯示器件相比，具有工作電壓低、多色、壽命長(zhǎng)、發(fā)光控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本文采用共陰極LED段顯示器。這種LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極位高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。我們用五片共陽(yáng)極發(fā)光二極管(LE

40、D)顯示器來(lái)顯示汽車重量，其中三位整數(shù)、兩位小數(shù)。 LED顯示可分為兩種顯示方式:靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示方式下，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制哪一位接收字段碼。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過(guò)程中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時(shí)刻只有一位顯示，其他各位熄滅。利用顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象(不超過(guò)0.4秒)，只要每一位的顯示時(shí)間足夠短(五位數(shù)碼管輪流顯示一周的時(shí)間小于0.4秒)，而人看到的好象是五位數(shù)碼管同時(shí)顯示。在本文中采用動(dòng)態(tài)顯示。 在本文中選用8位LED驅(qū)動(dòng)器ICM7218B。該芯片可以驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管，不需要外加限流電阻和時(shí)鐘，編程容易，與微處理器接口

41、簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于各種測(cè)控儀表中。ICM7218B內(nèi)含位和段驅(qū)動(dòng)電路及動(dòng)態(tài)掃描控制電路，以及十六進(jìn)制顯示碼和十進(jìn)制顯示碼譯碼電路。該電路采用單一+5V電源供電，數(shù)據(jù)在電壓降至2V時(shí)仍可保持不丟失，并具有降低功耗的功能。如圖3.15為ICM7218B管腳圖： 圖3.15 ICM7218B管腳圖 SEGaSEGg:分別為L(zhǎng)ED第a段到第g段驅(qū)動(dòng)輸出。DIGIT1DIGIT8；分別為第1位到第8位LED驅(qū)動(dòng)輸出。WRITE：為寫操作輸入信號(hào)，低電平有效。MODEE為方式控制輸入信號(hào)，當(dāng)其為高電平時(shí)，寫入控制字；其為低電平時(shí)，寫入數(shù)據(jù)。 MODE: 高電平，輸人控制字;低電平，輸人數(shù)據(jù)。 ID4: 為

42、SHUTDOWN信號(hào)，低電平將關(guān)閉晶振、譯碼器和顯示，高電平則正常工作。 ID5 :譯碼/不譯碼信號(hào)，高電平，不譯碼，應(yīng)由軟件譯碼;低電平，由ICM7218B內(nèi)部譯碼器進(jìn)行硬件譯碼，有全十六進(jìn)制譯碼和B碼譯碼兩種方式。軟件譯碼時(shí)，輸人的8位數(shù)據(jù)直接控制8個(gè)段的顯示，格式如下: ID7 ID6 ID5 ID4 ID3 ID2 IDI IDO D.P a b c e g f d某位置為1，則相應(yīng)此位的段被點(diǎn)亮，但D.P不同，當(dāng)此位置0時(shí)，D.P 即小數(shù)點(diǎn)被點(diǎn)亮。 ID6 :決定硬件譯碼方式，高電平時(shí)，進(jìn)行十六進(jìn)制譯碼;低電平時(shí)，進(jìn)行十進(jìn)制(B碼) ID7 :為 高電平，表示后面輸人數(shù)據(jù);低電平，表

43、示后面不輸人數(shù)據(jù)。 ICM7218B工作原理：ICM7218B有兩根數(shù)據(jù)控制線：WRITE和MODE.輸入數(shù)據(jù)線有8根（ID7ID0），其中高四位是復(fù)用位，用于輸入命令字和顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)MODE為高電平，WRITE為低電平時(shí)，由數(shù)據(jù)線ID7ID0寫入命令字。其中，ID7ID4有意義，低四位可取任意值。當(dāng)MODE為低電平，WRITE為低電平時(shí)，由數(shù)據(jù)線ID7ID0寫入的是顯示數(shù)據(jù)。顯示數(shù)據(jù)又分為非譯碼和譯碼兩種狀態(tài)。ICM7218B是采用數(shù)據(jù)串操作方式，即在寫顯示數(shù)據(jù)跟隨命令（ID7=1）后，用連續(xù)的WRITE脈沖把顯示數(shù)據(jù)寫入ICM7218B。對(duì)5個(gè)LED數(shù)碼顯示管的顯示數(shù)據(jù)寫完以后，WRITE

44、脈沖將不再起作用，知道另一個(gè)新的命令字寫入為止。要想單獨(dú)改變某一個(gè)LED數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，也必須對(duì)其他數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)刷新。也就是說(shuō)，寫入命令字后，緊接著連續(xù)寫入5個(gè)LED數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)，寫入的順序?yàn)镈IGIT1,DIGIT2,DIGIT3.,DIGIT5.當(dāng)5個(gè)數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)寫完之后，ICM7218B才驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼顯示。在沒(méi)有寫夠5組顯示數(shù)據(jù)時(shí)，LED全滅。在數(shù)碼管上顯示“1,2,38”8個(gè)數(shù)字的程序編制如下：DISPLAY: SETB P1.7 ;MODE=1,寫入命令字 MOV A,#90H ；命令字為“后跟顯示數(shù)據(jù)”、 ；譯碼、譯碼方式、正常工作 MOVX DPTR,A ；寫入命

45、令字 MOV A,#01H ；第1位顯示1 CLR P1.7 ；MODE=0 LOOP: MOVX DPTR,A ；寫入顯示數(shù)據(jù) INC A CJNE A,#09H,LOOP RET將單片機(jī)30H37H單元的8位數(shù)據(jù)（低4位為BCD碼）送到ICM7218B顯示的程序如下：SHOW: SETB P1.7 MOV A,#90H MOVX DPTR,A CLR P1.7 MOV R0,#30H MOVX DPTR,A INC R0 CJNE R0,#38H,LOOP RET第3.6節(jié) 汽車執(zhí)行鎖定電路為了防止司機(jī)超載上路，危害他人及自己的安全，同時(shí)避免道路受損，特別設(shè)計(jì)了汽車執(zhí)行鎖定電路，傳感器將車

46、輛的承載信息進(jìn)行采集,計(jì)算出汽車的載荷，然后判斷車輛是否超載，如超載時(shí)顯示超重信息,同時(shí)切斷車輛啟動(dòng)電路的電源使車輛無(wú)法啟動(dòng)，只有車輛載荷符合規(guī)定值時(shí)方能啟動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)外汽車上使用的電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要分為有觸點(diǎn)式電子點(diǎn)火系統(tǒng)和無(wú)觸點(diǎn)式電子點(diǎn)火系統(tǒng)兩大類，無(wú)論是哪一類電子點(diǎn)火系統(tǒng)，都是利用電子元件（晶體三極管）作為開關(guān)來(lái)接通或斷開點(diǎn)火系統(tǒng)的一次電路，通過(guò)點(diǎn)火線圈來(lái)產(chǎn)生高壓電。本文以有觸電式電子點(diǎn)火系統(tǒng)為例介紹汽車執(zhí)行鎖定裝置。有觸電式電子點(diǎn)火系統(tǒng)用減小觸電電流的方法，減小觸電火花，改善點(diǎn)火性能。它是一種半導(dǎo)體輔助點(diǎn)火裝置，除了與傳統(tǒng)點(diǎn)火裝置一樣具有電源、點(diǎn)火開關(guān)、分電器、點(diǎn)火線圈、火花塞之外，它還

47、在點(diǎn)火線圈一次繞組的電路中增加了由三極管VT和電阻、電容等組成的點(diǎn)火控制電路，斷電器的觸點(diǎn)串聯(lián)在三極管的基極電路中，控制三極管的導(dǎo)通與截止。接通點(diǎn)火開關(guān)S，當(dāng)斷電器觸電閉合時(shí)，三極管的基極電路被接通，使三極管飽和導(dǎo)通，接通了點(diǎn)火線圈的一次電路。當(dāng)斷電器的觸電分開時(shí)，三極管的基極電路被切斷，三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，切斷了點(diǎn)火線圈一次繞組的電路，一次電流迅速下降到零，在點(diǎn)火線圈二次繞組中產(chǎn)生高壓電，擊穿火花塞間隙，點(diǎn)燃混合氣。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，斷電器觸電不斷的閉合、斷開，控制三極管的導(dǎo)通與截止和一次電路的通斷，控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作。 圖3.16 有觸點(diǎn)式電子點(diǎn)火系統(tǒng)的電路原理對(duì)汽車的鎖定電路中繼電器選用J

48、RX13F型12V直流常閉繼電器，其常閉觸頭接在汽車的點(diǎn)火回路中。當(dāng)打開啟動(dòng)開關(guān)(即點(diǎn)火開關(guān))時(shí)，由于P2.5口處于低電平，所以繼電器不動(dòng)作，對(duì)汽車正常工作沒(méi)有影響。當(dāng)貨物重量超過(guò)預(yù)設(shè)值，即超載時(shí),單片機(jī)系統(tǒng)向P2.5送高電平,繼電器動(dòng)作，其常閉觸頭斷開，使點(diǎn)火開關(guān)S不能吸合，切斷汽車的點(diǎn)火回路,駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)貨物重量在預(yù)設(shè)值以下時(shí)時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)再次送低電平到P2.5，繼電器動(dòng)作，其常閉觸頭閉合，汽車又恢復(fù)正常的啟動(dòng)，從而有效地限制了汽車的超載行為。第3.7節(jié) 電源電路的設(shè)計(jì) 對(duì)于電源的設(shè)計(jì)有一些總的規(guī)則，但是在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)實(shí)際要求靈活的選擇電源方案。本設(shè)計(jì)用到的電源5

49、V主要為集成芯片提供電源。另外，由于車載電源一般為12V，因此我們需要采用穩(wěn)壓電源將12V轉(zhuǎn)換為5V為系統(tǒng)供電。傳感器的輸出與供電電源的精確程度密切相關(guān)，為了更準(zhǔn)確、穩(wěn)定地輸出傳感器電壓信號(hào)，我們采用給傳感器單獨(dú)供電，以減少外界的干擾。根據(jù)傳感器需要，采用5V穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源如圖3.17所示：圖3.17 穩(wěn)壓電源第3.8節(jié) 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 盡管單片機(jī)在智能化儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越深入和廣泛，有效地提高了生產(chǎn)效率，改善了工作條件，大大提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。但是，通常系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個(gè)非常突出的問(wèn)題。干擾會(huì)導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)

50、失靈，甚至造成巨大的損失。影響系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。這些因素對(duì)測(cè)控系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集誤差加大、控制狀態(tài)失靈、數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化、程序運(yùn)行失常等幾個(gè)方面。（1）CPU的抗干擾設(shè)計(jì)CPU的抗干擾設(shè)計(jì)主要是用專門的看門狗復(fù)位電路，保證CPU系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，從而保證整個(gè)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的可靠性。（2）PCB抗干擾設(shè)計(jì) 在PCB設(shè)計(jì)中采取的抗干擾措施如下：電源、地線設(shè)計(jì)在PCB上把模擬電路和數(shù)字電路分開布置，數(shù)字地和模擬地最后在一點(diǎn)連接。對(duì)傳感器采用單獨(dú)的精密的穩(wěn)壓電源供電，以防止數(shù)字電

51、路噪聲對(duì)模擬電路的干擾。電源布線設(shè)計(jì)盡可能使電源線布在地線上(下)層或近旁。這有利于將電源線中的噪聲回送到地線上，有利于減少噪聲的輻射環(huán)路區(qū)域。去耦設(shè)計(jì) 數(shù)字系統(tǒng)中最主要的數(shù)字噪聲是數(shù)字集成電路運(yùn)行的電源電流瞬變?cè)肼?。因此，首先要解決電源去耦設(shè)計(jì)。如果不采取去耦措施，即在電源和地端并接去耦電容來(lái)吸收這個(gè)尖峰瞬變電流，就會(huì)對(duì)系統(tǒng)形成電磁干擾。通常加去耦電容，其容值為0.luFO布線設(shè)計(jì)為了防止信號(hào)線間的干擾，應(yīng)按相互垂直布線;電源線和地線應(yīng)盡量粗些。畫好電源、地線、器件位置及去藕電容后無(wú)論是多層板還是雙層板，相鄰層的信號(hào)線所有未使用空間都設(shè)計(jì)成地線平面，以減少地線阻抗。 （3）傳感器信號(hào)噪聲干擾

52、抑制 為了降低干擾，傳感器輸入信號(hào)線采用四芯屏蔽線，同時(shí)屏蔽地線與秤臺(tái)底部相連。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中非常必要，可有效保證傳感器的信號(hào)不被其它信號(hào)干擾。 第4章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要包括:主程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)程序采集、數(shù)據(jù)處理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)融合顯示程序通信程序等。第4.1節(jié) 主程序上面已經(jīng)介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整個(gè)硬件電路的實(shí)現(xiàn)，要使得整個(gè)系統(tǒng)能夠按照要求很好地運(yùn)行，軟件的設(shè)計(jì)也是很重要的工作。匯編語(yǔ)言是用助記符、符號(hào)和數(shù)字等來(lái)表示指令的程序語(yǔ)言，容易理解和記憶。匯編語(yǔ)言不像高級(jí)語(yǔ)言那樣通用性強(qiáng)，二十屬于沒(méi)腫計(jì)算機(jī)所獨(dú)有的，與計(jì)算機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。主程序主

53、要完成可編程芯片的初始化和重量數(shù)據(jù)采集及按需要調(diào)用各模塊。程序流程圖如圖4.1。 開始開始調(diào)AD程序調(diào)AD程序讀取稱重?cái)?shù)據(jù)讀取稱重?cái)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)融合調(diào)通信程序調(diào)通信程序調(diào)顯示程序調(diào)顯示程序圖4.1 主程序程序流程圖第4.2節(jié) 數(shù)據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)采集就是把稱重傳感器的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣轉(zhuǎn)換為采樣信號(hào), 然后再進(jìn)行量化和編碼處理得到離散的數(shù)字信號(hào)，最后把送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。采樣周期決定了采樣信號(hào)的質(zhì)量與數(shù)量，太小，會(huì)使采樣信號(hào)的數(shù)量劇增，占用大量的內(nèi)存單元；太大，會(huì)使模擬信號(hào)的某些信息丟失，這樣一來(lái)就會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，影響數(shù)據(jù)處理的精度。因此必須根據(jù)采樣定理來(lái)選擇以確保不失真。根據(jù)采樣定理可知

54、，對(duì)截止頻率為天的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，其采樣周期必須滿足時(shí)，才能唯一確定不會(huì)出現(xiàn)失真。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知汽車的垂直振動(dòng)在時(shí)己不明顯，因此取比較合適，所以.，一個(gè)采樣周期包括硬件延遲時(shí)間、A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和程序執(zhí)行時(shí)間。在本課題中取硬件延遲為100微秒，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間35微秒，程序執(zhí)行時(shí)間15微秒，由此可知微秒滿足采樣定理。 開始開始啟動(dòng)AD啟動(dòng)AD讀AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)讀AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié) 果轉(zhuǎn)換結(jié) 果延時(shí)取轉(zhuǎn)換結(jié)果延時(shí)取轉(zhuǎn)換結(jié)果保存結(jié)果大于值 是保存結(jié)果大于值 前一個(gè)值大于值前一個(gè)值大于值返回返回圖4.2 數(shù)據(jù)采集程序流程圖第4.3節(jié) A/D轉(zhuǎn)換程序 該模塊的功能是：設(shè)置數(shù)據(jù)的采集頻率和轉(zhuǎn)換的格式，將采集

55、到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)主程序調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序時(shí)，首先須對(duì)A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣頻率和采樣精度進(jìn)行設(shè)置，再等待傳感器檢測(cè)信號(hào)的輸入，如有前端數(shù)據(jù)輸入，則對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采集、調(diào)整頻率和幅值，最后輸出數(shù)字信號(hào)。其具體流程如圖4.3所示。開始 開始設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣頻率和精度設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣頻率和精度傳感器檢測(cè)傳感器檢測(cè)對(duì)輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理采集、調(diào)整頻率和幅值采集、調(diào)整頻率和幅值輸出數(shù)字信號(hào)輸出數(shù)字信號(hào)圖4.3 第4.4節(jié) 數(shù)據(jù)處理程序這一部分是該系統(tǒng)的重點(diǎn)。在這一部分我們要完成多種功能，不僅完成對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)，濾波，還要對(duì)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單進(jìn)行

56、處理。因?yàn)檐嚿系呢?fù)載不是隨時(shí)都在變化，而是某個(gè)時(shí)間發(fā)生一下變化，然后趨于穩(wěn)定，為了節(jié)省存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間，沒(méi)有必要在每個(gè)采樣時(shí)間內(nèi)都對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，因此需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。4.4.1 多傳感器測(cè)試?yán)碚?通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知將各個(gè)稱重傳感器的輸出信號(hào)相加，即得到車載負(fù)荷值。這里有兩種方法，一是將各個(gè)稱重傳感器輸出的模擬量信號(hào)相加后，再進(jìn)行信號(hào)放大、采集和處理，變換為數(shù)字量載荷值顯示，即“模擬量求和”;另一種是對(duì)每個(gè)傳感器的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，再將數(shù)字化的每個(gè)傳感器的輸出電壓值由單片機(jī)運(yùn)算相加，即“數(shù)字量求和”。用“模擬量求和”方式及“數(shù)字量求和”方式均可實(shí)現(xiàn)多個(gè)力傳感器

57、共同測(cè)試。二者相比較，各有特點(diǎn): （1）在“模擬量求和”方式下，只需對(duì)所有傳感器輸出電壓信號(hào)之和進(jìn)行一次信號(hào)處理，采集系統(tǒng)的制作費(fèi)用較低;但每個(gè)傳感器需要單獨(dú)的電源，每個(gè)傳感器的輸出特性之間的差異不宜過(guò)大，對(duì)各個(gè)傳感器的電壓信號(hào)求和后的數(shù)據(jù)處理要求較高，無(wú)法對(duì)傳感器輸出信號(hào)的非線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 （2）在“數(shù)字量求和”方式下，各個(gè)傳感器可以共用一個(gè)電源，各個(gè)傳感器輸出特性之間的差異對(duì)測(cè)試精度沒(méi)有影響，對(duì)每個(gè)傳感器輸出信號(hào)的處理較為簡(jiǎn)單，并可進(jìn)行非線性誤差補(bǔ)償;必須用微處理器才能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，對(duì)每個(gè)傳感器的輸出電壓信號(hào)都需進(jìn)行單獨(dú)的信號(hào)處理，采集系統(tǒng)的制作費(fèi)用稍高。綜合考慮之下，在這里

58、我們選用的是第二種方式“數(shù)字量求和”。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單求和后，把數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)暫存區(qū)，然后從數(shù)據(jù)暫存區(qū)取出30個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，得出最后結(jié)果，并存至真正數(shù)據(jù)區(qū)。濾波思想為去除最大值和最小值，其余28個(gè)值的累加和求平均值。這樣，就基本能夠避免干擾，得到更有效的采樣值。圖4.4 數(shù)字量求和原理示意圖在這種測(cè)試方法下，每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)都是獨(dú)立采入微機(jī)的。在微機(jī)的數(shù)據(jù)處理程序中，需要針對(duì)每一個(gè)傳感器都建立一個(gè)專用的“輸出信號(hào)-力負(fù)荷”數(shù)學(xué)模型。在“數(shù)字量求和”方式下，傳感器輸出特性之間的差異對(duì)共同測(cè)試的結(jié)果毫無(wú)影響。并且，由于采用微機(jī)對(duì)每個(gè)傳感器輸出信號(hào)單獨(dú)進(jìn)行處理，就可以運(yùn)用非線性誤差補(bǔ)償方法，明顯

59、減小誤差。4.4.2 算術(shù)平均值算法所謂算術(shù)平均，即對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行多次快速數(shù)據(jù)采集，然后取算術(shù)平均值作為測(cè)試結(jié)果，以期濾除隨機(jī)誤差。該測(cè)試系統(tǒng)基于高速A/D轉(zhuǎn)換器與單片微型機(jī)數(shù)據(jù)采集處理功能。當(dāng)車輪通過(guò)秤臺(tái)時(shí)，單片機(jī)在稱重時(shí)間區(qū)段內(nèi)通過(guò)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)快速采集，并將多次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和存儲(chǔ)，然后取算術(shù)平均，其結(jié)果認(rèn)為是在動(dòng)態(tài)下測(cè)出的軸重。 算術(shù)平均濾波法就是連續(xù)取，N次采樣值進(jìn)行算術(shù)平均,其數(shù)學(xué)表達(dá)式是：（4.1）式中：N個(gè)采樣值的算術(shù)平均值；第個(gè)采樣值。設(shè)8次采樣值依次存放在地址DATA開始的連續(xù)單元中，濾波結(jié)果保留在累加器A中，程序如下：FILT3：CLR

60、 A；清累加和MOV R2.A；MOV R3.A；MOV R0.#DATA；指向第一個(gè)累加值MOV R7,#08H；FILT31：MOV A.R0;；取一個(gè)采樣值A(chǔ)DD A.R3；累加到R2，R3中MOV R3.A；INC R0；DJNZ R7,FILT31；累加8次FILT32：SWAP A; (R2,R3)/8；RL A；XCH A,R3；SWAP A；RL A；ADD A,#80H；四舍五入ANL A,#1FH；ADDC A,R3；RET算術(shù)平均濾波法適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波。這種信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值附近上下波動(dòng) 算術(shù)平均濾波法對(duì)信號(hào)的平滑程度完全取決于