基于單片機(jī)的智能汽車衡稱重的實(shí)現(xiàn)摘要伴隨著公路運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，近年來我國的交通運(yùn)輸車輛超載現(xiàn)象極為的普遍，甚至幾乎所有大型運(yùn)輸車輛都有著不同程度的超載行為，由于超載的涉及面太廣，治理難度很大，加上利益上的驅(qū)動，使得超載現(xiàn)象愈發(fā)的嚴(yán)重。因此汽車衡的準(zhǔn)確使用對于國家的運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展非常的重要。本文綜述了51單片機(jī)基本原理及單片機(jī)控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)智能汽車衡稱重的實(shí)現(xiàn)方法，針對稱重過程，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和數(shù)據(jù)傳輸及攝像頭自動識別車牌，數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，A/D轉(zhuǎn)換部分主要由AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0832組成；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用4*4矩陣鍵盤和數(shù)碼顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)和進(jìn)行置零、累加等相關(guān)操作，最終實(shí)現(xiàn)無人值守，智能的控制。本設(shè)計首先介紹了有關(guān)衡器的基礎(chǔ)知識，系統(tǒng)的硬件應(yīng)用，隨后說明了汽車衡的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及硬件電路的設(shè)計最終完成了一套數(shù)字式電子汽車衡稱重系統(tǒng)的硬件的任務(wù)。設(shè)備的精度、可靠性、強(qiáng)度性、和防作弊性能有了很大的提高。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；汽車衡；智能動態(tài)檢測；稱重系統(tǒng)目錄摘要 21、前言 61.1研究背景 61.2研究意義 61.3本課題研究的內(nèi)容 72、自動衡儀表的總體方案設(shè)計 82.1自動衡儀表的基本工作原理 82.2自動衡儀表的系統(tǒng)總體框圖 82.3自動衡儀表的主控制系統(tǒng)設(shè)計 92.3.1自動衡儀表的主控制系統(tǒng)介紹 92.3.2自動衡儀表的主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 102.4自動衡儀表各模塊的方案選型 102.4.1電源模塊方案選型 102.4.2數(shù)據(jù)采集模塊方案選型 102.4.3主控制器模塊方案選型 112.4.4數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型 113、車輛自動衡儀表的硬件設(shè)計 123.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 123.1.1單片機(jī)選型 123.1.2復(fù)位電路 133.1.3時鐘脈沖 143.1.4單片機(jī)晶振電路 143.2系統(tǒng)操作顯示電路設(shè)計 153.2.1輸入鍵盤 153.2.2顯示部分的設(shè)計 163.3承重單位模塊 163.3.1承重原理 173.3.2稱重傳感器 173.4信號調(diào)節(jié)電路設(shè)計 183.4.1放大電路的設(shè)計 183.4.2濾波電路的設(shè)計 193.5數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計 193.5.1數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路 193.5.2測量算法 203.5.3光電門車輪檢測電路 213.6通信部分電路設(shè)計 223.6.1RS-232串行通信電路 223.6.2CAN總線通訊 23總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26附錄 291、前言1.1研究背景物資計量數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)化、智能化，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的前提,在用汽車衡對進(jìn)、出單位的大宗貨物進(jìn)行貿(mào)易運(yùn)輸時，各種問題也隨之出現(xiàn)。加強(qiáng)對這些電子汽車衡的日常管理，是交通運(yùn)輸部門管理層及相關(guān)用戶的急迫要求。隨著自動化測試技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、性價比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對微小質(zhì)量的測量方面更顯得力不從心。筆者采用以AT89S51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合高敏度的電阻式應(yīng)變式壓力傳感器和高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計稱重系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及軟件、硬件。實(shí)現(xiàn)物體質(zhì)量、控制及顯示報告的電氣化與智能化。當(dāng)汽車開到電子汽車衡前面時，電腦檢測到射頻卡，打開擋車器欄桿，讓汽車通過，同時將RFID卡內(nèi)的數(shù)據(jù)讀入到電腦，當(dāng)磅秤上的重量穩(wěn)定后，自動記錄下該重量，然后打開出口擋車器欄桿讓放行。全部稱重過程實(shí)現(xiàn)無人管理。整個過程非常方便快捷。新的汽車衡計量管理系統(tǒng)將是一套全新的系統(tǒng)，在軟件平臺方面、程序結(jié)構(gòu)方面、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面、系統(tǒng)功能方面、數(shù)據(jù)接口方面等等，利用當(dāng)前最新的計算機(jī)及軟件技術(shù)，進(jìn)行全面的、全新的設(shè)計。1.2研究意義近年來,我國道路運(yùn)輸車輛超限超載現(xiàn)象極為普遍,在嚴(yán)重的地區(qū),幾乎所有的貨運(yùn)車輛都存在不同程度的超限超載行為。2000年以來,有關(guān)部門和地方先后開展了一系列治理工作,取得了一定成效,但由于超限超載涉及面廣,治理難度大,加之利益驅(qū)動,特別是源頭問題沒有得到有效解決,使超限超載成為一個“頑癥”,有“愈演愈烈”之勢。本方案的設(shè)計，旨在建立一套高性能的電子地磅監(jiān)控系統(tǒng)，使其成為一個集計算機(jī)管理和通信網(wǎng)絡(luò)、圖像自動識別處理、自動控制于一體的智能化安全系統(tǒng)。它除了具有傳統(tǒng)的監(jiān)視功能外，還可以利用單一的通訊線路實(shí)現(xiàn)對各種監(jiān)控設(shè)備、各類監(jiān)控點(diǎn)的使用和控制以及對過磅車輛車牌的識別。從而為用戶的使用方提供高效、舒適、便利、安全的環(huán)境。交通運(yùn)輸公司根據(jù)用戶需求及我們多年的工程經(jīng)驗，將先進(jìn)的安全防范系統(tǒng)設(shè)備推薦給貴方，務(wù)求使用戶電子地磅監(jiān)控工程成為盡善盡美的典范。1.3本課題研究的內(nèi)容我國衡器行業(yè)使用面最廣、產(chǎn)銷量最大的計量產(chǎn)品是非自動衡器。國際法制計量組織76號國際建議OIMLR76-非自動衡器(它是目前國際上唯一的非自動衡器通用國際標(biāo)準(zhǔn))中,明確規(guī)定非自動衡器按大類分為非自動天平與非自動秤。目前我國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中列入的十大類衡器已實(shí)現(xiàn)了電子化。本設(shè)計是高速公路自動衡儀表是基于單片機(jī)的稱重儀，它的硬件電路設(shè)計包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、稱重傳感器、LED顯示電路、±5V穩(wěn)壓電源電路等幾部分設(shè)計內(nèi)容。地磅電子計價秤具在商業(yè)貿(mào)易中的使相當(dāng)普遍,但應(yīng)用場所受到制約。電子秤產(chǎn)品的應(yīng)用性能趨向上更綜合性和組合性。在車輛稱重計量過程中,不少稱重計量系統(tǒng)還要求具有可組合性,即測量范圍等可以任意設(shè)定；硬件功能向軟件方向發(fā)展；軟件能按一定的程序進(jìn)行修改和擴(kuò)展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可以使用不同的語言和條形碼,并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行通信。2、自動衡儀表的總體方案設(shè)計2.1自動衡儀表的基本工作原理電子秤的工作原理以電子元件:稱重傳感器，放大電路,AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，顯示電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等電路組成。當(dāng)車輛行駛到秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使用激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號輸出到CPU運(yùn)算控制。CPU根據(jù)程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器，直至顯示這種結(jié)果，電路原理圖如圖2-1所示。圖2.1電路原理圖2.2自動衡儀表的系統(tǒng)總體框圖按照本設(shè)計功能的要求，系統(tǒng)由4個部分組成：控制器部分、信號采集部分、數(shù)據(jù)顯示部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計總體方案框圖如圖2.2所示。中央處理單元中央處理單元稱重傳感器多功能接口電路鍵盤LED顯示信號放大處理單元A/D轉(zhuǎn)換器電源電路圖2.2總系統(tǒng)體框圖信號采集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜訟/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴(kuò)展I/O的控制，對鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。電路電源部分主要是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉(zhuǎn)換成所需的±5伏電壓。2.3自動衡儀表的主控制系統(tǒng)設(shè)計2.3.1自動衡儀表的主控制系統(tǒng)介紹該系統(tǒng)選用AT89S51單片機(jī)為主控制器，主要是先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集由前級放大器把壓力傳感器獲取的電壓信號放大的模擬信號，在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號。此信號在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理及各種運(yùn)算把所感知的二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并送進(jìn)顯示模塊顯示出來。2.3.2自動衡儀表的主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）主控制系統(tǒng)具備的功能該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，主要目的在于稱重之后的數(shù)字化顯示和實(shí)現(xiàn)精確的測量，故系統(tǒng)應(yīng)該具有單片機(jī)工作所需的穩(wěn)定的+5V直流電源，又考慮到數(shù)字化顯示所用到的數(shù)碼管中會出現(xiàn)某段被損壞而不被點(diǎn)亮的情況，系統(tǒng)應(yīng)該具有開機(jī)自檢功能，就是開機(jī)后自動逐個掃描每一個晶體管，用來檢查數(shù)碼管各段是否完好，可以依靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示：測量放大信號A/D模塊控制模塊顯示模塊測量放大信號A/D模塊控制模塊顯示模塊圖2.3單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4自動衡儀表各模塊的方案選型整個硬件系統(tǒng)由四大模塊組成，下面以控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為依據(jù)就針對各模塊做具體的方案設(shè)計。2.4.1電源模塊方案選型為了使高速公路車輛稱重儀的供電方便，這里把電源設(shè)計成用220V的交流電經(jīng)過變壓器后輸出±9的電壓，經(jīng)整流濾波電路后，通過LM7805和LM7905進(jìn)行DC/DC變換得到±5V供壓力傳感器器和系統(tǒng)的其他芯片使用。2.4.2數(shù)據(jù)采集模塊方案選型數(shù)據(jù)采集模塊分為3個部分：稱重傳感器、前級放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。（1）稱重傳感器首先這里傳感器選用FJ21型壓力傳感器，為雙孔懸臂梁形式，是電子計價秤的專用產(chǎn)品。這里說下傳感器的選型方法，可具體參考以下步驟：計算并確定轉(zhuǎn)換系數(shù)(f)，轉(zhuǎn)換系數(shù)(f)是表明每一個檢定分度值(V)中有多少個示值單位，是用于把全部示值單位轉(zhuǎn)換為“V”的，它是由初始公稱試驗溫度20℃時，進(jìn)程負(fù)荷試臉下試臉效據(jù)平均值確定的。計算參比示值，所謂“參比值”即是“理論示值”或“理想示值”。計算各試驗點(diǎn)EL。各試驗點(diǎn)誤差與最后一列最大允許誤差相比較。將計算結(jié)果與系統(tǒng)對傳感器的要求做出比較，以確定選型是否成功。（2）前級放大器采用專用儀表放大器，如：INA126，INA121等。此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單，且放大器的增益是可以改變的。基于以上分析，我們決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器INA126（3）A/D轉(zhuǎn)換器然后按設(shè)計要求：電子稱最大稱重為30噸，重量誤差不能大于1%。我們的理解是滿刻度時，只能有±5g的誤差，精度要求較高。同樣也有以下幾種方案采用方案一：采用V/F變換芯片LM331該方案是使用壓頻變換器件，把電壓信號轉(zhuǎn)化為頻率信號，單片機(jī)通過計數(shù)獲得重物的重量，此方案，可不用A/D，但需要比較復(fù)雜的小信號放大、調(diào)理電路，并且LM331外圍電路較繁瑣，參數(shù)配置相對嚴(yán)格，故未采用。方案二：選用12位逐次比較式ADC，此方案經(jīng)小信號放大、調(diào)理電路，可直接連接單片機(jī)，也可以可滿足精度要求，故采用此方案。2.4.3主控制器模塊方案選型根據(jù)本設(shè)計與主控制系統(tǒng)的功能要求，以及性價比的最大化這里選用51單片機(jī)。而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計，可以容易地將計算機(jī)技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。2.4.4數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型本設(shè)計只需要顯示出所稱車輛的實(shí)際重量，由于LED高亮、使用壽命長、成本低、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，再加上驅(qū)動簡單，容易利用單片機(jī)對其進(jìn)行控制和編程等特點(diǎn)選用LED顯示。3、車輛自動衡儀表的硬件設(shè)計3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1單片機(jī)選型AT89C51單片機(jī)作為主控制器的微處理器，是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位有4K字節(jié)的閃存微控制器是可擦寫只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機(jī)存取取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）中，裝置采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令，8-芯片，通用的中央處理單元（CPU）和閃存單元兼容。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。每次復(fù)位后，單片機(jī)的程序都會從第一條開始從新執(zhí)行。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖3.1所示。目前的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，卻沒有給用戶提供一個通用的最小系統(tǒng)。由設(shè)計的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.2AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路原理圖3.1.2復(fù)位電路89S51的復(fù)位引腳（Reset）連接高電平超過兩個機(jī)器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位的動作。以12MHz的始終脈沖為例，每個時鐘脈沖為1/12μs，2個機(jī)器周期為2μs。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。因此，可在單片機(jī)復(fù)位引腳上連接一個可讓該引腳上產(chǎn)生一個2μs以上的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位的工作，如圖3.3所示。其中電容兩端并接的按鈕開關(guān)的作用是手動強(qiáng)制復(fù)位。本設(shè)計中復(fù)位方式采用上電∕按鍵手動復(fù)位方式，時鐘采用內(nèi)部時鐘。如下圖3.3所示。圖3.3復(fù)位電路隨時間的增加，電容上面的電壓值慢慢增大，而RST引腳上的電壓值逐漸降低，當(dāng)RST引腳的電壓值降低至低電平時，89S51單片機(jī)恢復(fù)到正常狀態(tài)，稱為上電復(fù)位。3.1.3時鐘脈沖89S51單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)具備振蕩電路，只要在GND引腳上方的兩個引腳（即18、19引腳）連接簡單的石英振蕩晶體（Crystal）即可。在本設(shè)計中采用的是內(nèi)部時鐘電路。在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時鐘脈沖部分電路如圖3.4所示。圖3.4時鐘脈沖電路設(shè)計3.1.4單片機(jī)晶振電路眾所周知，單片機(jī)的正常運(yùn)行離不開時鐘元件產(chǎn)生的時鐘頻率。而常用的時鐘元件為晶體振蕩器，其產(chǎn)生的晶振是單片機(jī)所有指令正常執(zhí)行的前提。這時的時鐘電路需要外界的定時原件來加以輔助，外部原件可通過XT2的進(jìn)出兩個端口與電路連接，從而產(chǎn)生自激振蕩。這個外部原件一般都是一個并聯(lián)諧振電路，其中包含石英晶振和瓷片電容。其電路圖如下3.5所示。圖3.5單片機(jī)晶振電路3.2系統(tǒng)操作顯示電路設(shè)計3.2.1輸入鍵盤本設(shè)計采用單片機(jī)控制器處理，按鍵是采用行列式鍵盤。鍵盤是最常見的人機(jī)接口設(shè)備，微機(jī)控制器通過鍵盤可以輸入各種操作指令和數(shù)據(jù)，單片機(jī)控制器捕捉關(guān)鍵信息，與單片機(jī)控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。鍵盤在系統(tǒng)作用手動設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖所示。圖3.6獨(dú)立式按鍵電路獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤，單片機(jī)的I/O口數(shù)可以滿足該鍵盤，并且可以完成題目中的所要求的設(shè)定時間、緊急情況控制功能。3.2.2顯示部分的設(shè)計該系統(tǒng)要求完成倒計時，本文考慮了兩種方案：方案一：完全采用點(diǎn)陣式LCD顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但是編程復(fù)雜。方案二：采用七段數(shù)碼管顯示。這種方案顯示數(shù)碼字符，可以完成題目要求。以八段共陽管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示sP，即點(diǎn))，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖3.7所示。這樣，一個LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。為方便起見，這里共陽八段LED數(shù)碼顯示管。用220V交流電驅(qū)動交通燈，這樣就滿足了在陽光下或者在霧天也可以看清楚稱重信號。圖3.7共陽數(shù)碼管原理圖LED8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對2為顯示器。四個方位上總共用8個LED接在單片機(jī)的IO口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的IO口是對稱的。如圖3.8所示，其中A，B分別是P0，P1的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。圖3.8數(shù)碼管連接圖3.3承重單位模塊3.3.1承重原理稱重式車輛地磅是根據(jù)車輛的不同重量來進(jìn)行車輛稱重的。車輛重量信號先由壓力傳感器測量，然后送入單片機(jī)測控電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終實(shí)現(xiàn)承載控制。所以，壓力傳感器是決定整個測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。車輛行駛到磅盤測量范圍內(nèi)，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗和激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬信號，該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號通過天平自帶的RS232串口輸出到工控機(jī)，AT89C51觸發(fā)工控機(jī)采樣，并對采樣結(jié)果進(jìn)行分析處理，得出過路車輛重量值及分組信號，工控機(jī)將分組信號傳送給AT89C51。3.3.2稱重傳感器傳感器是能感受規(guī)定被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。這里我們選擇型號為FJ21型的傳感器。圖3.9電橋電路上圖是直流供電的測量電橋原理圖，其中第一橋臂是電阻應(yīng)變片，由應(yīng)變引起的電阻變化為△R1，當(dāng)R1=R2，R3=R4時，電橋的靈敏度Su最大，此時有：(3-1)當(dāng)應(yīng)變很少時，(3-2)(3-3)由（3-1）式可知，電橋的輸出電壓是非線性的，式（3-2）是假定應(yīng)變很小時得到的結(jié)論，此時是線性的，實(shí)際的非線性特性曲線與理想的線性特性曲線的偏差稱之為非線性誤差。采用差動電橋可以消除非線性誤差，故本設(shè)計電阻應(yīng)變式稱重傳感器選用直流供電應(yīng)變?nèi)珮?，該電橋的電壓靈敏度比單一工作應(yīng)變片的電壓靈敏度提高了4倍，且具有溫度補(bǔ)償作用。3.4信號調(diào)節(jié)電路設(shè)計3.4.1放大電路的設(shè)計在對傳感器輸出信號進(jìn)行預(yù)處理的過程中，往往要把微弱的信號進(jìn)行放大。本系統(tǒng)中使用的壓敏式壓力傳感器的輸出信號僅為幾十毫伏的電壓，必須在系統(tǒng)中加放大器對電壓信號放大?？紤]到FJ21型傳感器其輸出只有1.0-4.0mv，顯然這樣的輸出電壓太小單片機(jī)系統(tǒng)無法進(jìn)行處理，因此需要在傳感器之后加一個放大環(huán)節(jié)，對傳感器的輸出信號進(jìn)行1000倍的放大，達(dá)到單片機(jī)所允許的電壓（0-5V）后，才能使單片機(jī)進(jìn)行判斷和處理。放大電路圖3.10如下：圖3.10比例放大電路其中：輸入信號為壓力傳感器送出的電壓信號，輸出信號送往A/D轉(zhuǎn)換器后輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。其放大的電壓增益是電阻R1和R2的比值。即：Av=Vo/Vi=-R1/R2.=100kΩ/100Ω=1000.其中R1，R2為小型繞線電位器，型號為WX1，放大器型號為LM324。3.4.2濾波電路的設(shè)計最簡單的低通濾波器由電阻和電容元件構(gòu)成，如圖3.11（a），實(shí)際上這是一個最簡單的RC低通濾波電路，一般稱為無源低通濾波器。該濾波器的缺點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)低，同時帶負(fù)載能力差，若在輸出端并聯(lián)一個負(fù)載電阻，除了使電壓放大倍數(shù)降低以外，還將影響通帶截止頻率的值。利用集成運(yùn)放與RC低通電路一起，可以組成有源濾波器，以提高通帶電壓放大倍數(shù)和帶負(fù)載能力。根據(jù)系統(tǒng)的需要，采用一階低通濾波電路，如圖3.11(b)所示。（a）(b)圖3.11濾波放大電路3.5數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計3.5.1數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，芯片的幾個重要管腳功能如下：ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，通過DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換參與運(yùn)算。調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速是根據(jù)所選算法，逐漸逼近抓取物體，既要結(jié)合計數(shù)和分揀信號。采用計算機(jī)作為控制器核心的自動控制系統(tǒng)是由計算機(jī)通過A/D數(shù)據(jù)采集卡采樣反饋?zhàn)兞浚⒂嬎阏`差和控制量，以電壓信號的形式送給A/D卡，實(shí)現(xiàn)位置反饋。系統(tǒng)中位移傳感器用于自動衡儀表傳送的實(shí)際稱重數(shù)據(jù)，過快周期計數(shù)器檢測到主程序運(yùn)行了200個快周期之后，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)AT89C51輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。由于本設(shè)計中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其內(nèi)部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部單片機(jī)AT89C51的ALE端口提供。系統(tǒng)單片機(jī)AT89C51與ADC0809接口電路如圖3.12所示。圖3.12單片機(jī)AT89C51與ADC0809接口電路當(dāng)單片機(jī)AT89C51的ALE端口不訪問外部存儲器時，單片機(jī)AT89C51的ALE端以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，故晶振設(shè)定12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機(jī)AT89C51即可向ADC0809輸出500KHz的時鐘信號。3.5.2測量算法A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D與被測量x存在以下關(guān)系：（3-4）式中：S——傳感器及其測量電路的靈敏度（即被測量X轉(zhuǎn)換成電壓U的轉(zhuǎn)換系數(shù)）K——放大器的放大倍數(shù)Um——A/D轉(zhuǎn)換器滿量程輸入電壓Dfs——A/D轉(zhuǎn)換器滿量程輸出數(shù)字而被測量X總是以其測量數(shù)字N和測量單位x1表示X=x1N（3-5）將式（3-10）代入（3-9）得（3-6）由上式可見只要滿足以下條件（3-7）就可以使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D與被測量x的數(shù)值N相等，即D=N，在這種情況下將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果作為被測量的數(shù)值傳送到顯示器顯示出來。3.5.3光電門車輪檢測電路該電路由電壓比較器LM393跟光電門組成，光電門由發(fā)光二極管跟光敏電阻組成，無車經(jīng)過車的情況下二極管發(fā)光照在光敏電阻上，光敏電阻阻減小，即光敏電阻兩端電壓非常小，趨近于0，Lm393反相端電壓為0，同相端電壓大于反相端，比較器輸出為1，當(dāng)有車經(jīng)過時，光電門二極管發(fā)出的光被遮住，光敏電阻阻值阻值極大，此時LM393反相端電壓大于同相端，放大器輸出為0。LM393的輸出端口接單片機(jī)的p3.2口。通過檢測LM393的輸出，判斷是否有車軸壓過秤臺，也可用來檢測車軸數(shù)目。圖3.13光電門電路3.6通信部分電路設(shè)計3.6.1RS-232串行通信電路本文選用基于RS-232的數(shù)據(jù)傳輸模式。串行通信接口一般指RS232通信接口，它幾乎是所有通用機(jī)和專用機(jī)必備的通信接口。RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。異步通信的特點(diǎn)：對收發(fā)雙方的時鐘一致要求不嚴(yán)格，容易實(shí)現(xiàn)，但傳輸速率不高，一般應(yīng)用于50bit19200bit之間的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)串行通信接口選用了最常用的9針RS-232接口。由于串口線上電平較高，容易易損壞開發(fā)板接口電路芯片，為了達(dá)到異步串口通信接口的電氣通信兼容，將5V邏輯與一個RS-232端口連接時需要電平轉(zhuǎn)換，來實(shí)現(xiàn)與TTL電路的連接。下面是串口電路結(jié)構(gòu)，如圖3.14所示：圖3.14串口電路結(jié)構(gòu)圖3.6.2CAN總線通訊現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。CAN總線硬件包括控制器和收發(fā)器，控制器用來進(jìn)行信息的控制、仲裁等；收發(fā)器用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在本液位系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)CAN通信節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計，可以有多種選擇，既可以選擇獨(dú)立的CAN控制器又可以選擇內(nèi)部集成CAN控制器的微處理器?？偩€報文采用短消息形式，且每幀有效字節(jié)數(shù)為8，并采用了節(jié)點(diǎn)出錯自動關(guān)閉功能，從而增強(qiáng)了抗干擾能力，提高了通信的可靠性。在數(shù)據(jù)傳送過程中，發(fā)出報文單元稱為該報文的發(fā)送器，該單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器。本系統(tǒng)選用了CTM1050作為CAN收發(fā)器，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件。120ΩVCC120ΩVCC圖3.15CTM1050接口電路系統(tǒng)中通過CAN總線可將多個交流傳動系統(tǒng)系統(tǒng)連到PC機(jī)上形成局域網(wǎng)，便于遠(yuǎn)距離操作和監(jiān)控，更加有利于管理和生產(chǎn)，也符合工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。本系統(tǒng)中采用的單片機(jī)微處理器920T內(nèi)置CAN模塊，包括CAN內(nèi)核、存放報文的RAM、報文處理器、控制寄存器及模塊接口，如圖3.16所示。圖3.16CAN模塊結(jié)構(gòu)圖總結(jié)此次設(shè)計電子汽車衡設(shè)計是一次重要的理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐活動。在實(shí)踐過程中學(xué)會了如何進(jìn)行設(shè)計、如何將書本知識和實(shí)際生活聯(lián)系在一起并且還要了解當(dāng)前這個學(xué)科發(fā)展的概況。本次課設(shè)的主要任務(wù)是設(shè)計一個以單片機(jī)為核心的電