【正文】 學(xué) 號(hào)： 2020202216 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的貨車智能稱重儀設(shè)計(jì) —— 硬件設(shè)計(jì) 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 08 級(jí)電子 2 班 學(xué)生姓名 果佳 指導(dǎo)教師 代光輝 2020 年 12 月 14 日 基于單片機(jī)的貨車智能稱重儀設(shè)計(jì) 1 目 錄 摘 要 ............................................................... 2 第一章 緒 論 ........................................................ 3 貨車智能稱重儀 設(shè)計(jì)的意義 ..................................... 3 國(guó)內(nèi)外 貨車智能 稱重技術(shù)現(xiàn)狀 ................................... 3 貨車智能稱重儀 的發(fā)展趨勢(shì) ..................................... 4 本課題研究的主要內(nèi)容 ......................................... 4 第二章 貨車智能稱重儀 的分析與設(shè)計(jì) .................................. 5 貨車智能稱重儀 的構(gòu)成與原理 ................................... 5 貨車智能稱重儀 的設(shè)計(jì)要求 ..................................... 5 貨車智能 稱重過(guò)程中的測(cè)量精度影響因素分析 ..................... 6 貨車智能稱重儀 的設(shè)計(jì)原則 ..................................... 6 第三章 貨車 智能 稱重儀的 總體方案 設(shè)計(jì) ................................ 7 貨車智能 稱重儀的系統(tǒng)總體框圖 ................................. 7 貨車智能 稱重儀的主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .............................. 7 貨車智能 稱重儀各模塊的方案選型 .............................. 8 第 四 章 貨車 智能 稱重儀 的 硬件結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì) ......................... 10 貨車智能稱重儀 的稱重平臺(tái)設(shè)計(jì) ................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 稱重傳感器的原理分析 ........................................ 10 傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) ...................................... 14 A/D 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì) ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 電源電路的設(shè)計(jì) .............................................. 21 顯示電路設(shè)計(jì) ................................................ 21 報(bào)警電路設(shè)計(jì) ................................................ 24 第五章 結(jié) 論 ....................................................... 25 參考文 獻(xiàn) ........................................................... 26 基于單片機(jī)的貨車智能稱重儀設(shè)計(jì) 2 摘 要 隨著交通檢查、超限治理和計(jì)重收費(fèi)工作的不斷深入， 貨車智能稱重儀 得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 貨車 稱重系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換和顯示的系統(tǒng)。當(dāng)貨車 行駛到稱重平臺(tái)上時(shí)，傳感器把感受到的壓力轉(zhuǎn)換并輸出電壓模擬信號(hào)，經(jīng)模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D變換）后就得到數(shù)字量的信號(hào)。但是，數(shù)字量的信號(hào)并不是重物的實(shí)際重量值，它需要由數(shù)字量在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理才能得到。不僅如此，稱重顯示器的整個(gè)工作過(guò)程也都是在單片機(jī)的控制下有條不紊地進(jìn)行。近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，單片機(jī)更加廣泛的應(yīng)用在各種 智能化表中。在 貨車 稱重系統(tǒng)中使用單片機(jī)可使系統(tǒng)的性能提高、成本降低，具有明的優(yōu)越性。 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的 貨車智能 稱重儀，它的硬件電路的設(shè)計(jì)包括放大電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、稱重傳感器、單片機(jī)最小系統(tǒng)、 LCD顯示電路、聲光報(bào)警電路等幾部分設(shè)計(jì)內(nèi)容 ， 出于人性化考慮 ,增加了聲光報(bào)警電路，并對(duì)超載的 貨車 進(jìn)行報(bào)警。 關(guān)鍵詞 ： 稱重傳感器 聲光報(bào)警電路 LCD 顯示電路 基于單片機(jī)的貨車智能稱重儀設(shè)計(jì) 3 第一章 緒 論 近幾年來(lái)，伴隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，貨車超限超載運(yùn)輸現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。超限超載造成了路面、橋梁等設(shè)施的破壞， 從而惡化了道路服務(wù)水平和行車安全狀況。為了有效治理超限超載，對(duì)貨車的重量進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重計(jì)量就顯得十分迫切和必要。 貨車智能稱重儀 設(shè)計(jì)的意義 多年來(lái)，公路貨車在運(yùn)輸貨物時(shí)，普遍存在著超限超載現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查，德國(guó)超限超載貨車達(dá) 50％、美國(guó) 40％的大型載貨貨車超限超載。近年來(lái)，我國(guó)道路運(yùn)輸貨車超限超載現(xiàn)象也極為普遍，在嚴(yán)重地區(qū)，幾乎所有的貨運(yùn)貨車都存在不同程度的超限超載行為。貨運(yùn)部門通過(guò)改裝車身、后橋和輪胎來(lái)大幅度提高貨車的裝載能力，使運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)效益得到很大的提高，但是超限超載卻帶來(lái)了一系列的重大危害 。要有效治理超限超載，就必須有對(duì)貨車是否超限超載進(jìn)行判斷，也就是說(shuō)必須進(jìn)行超限超載測(cè)量。如何實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確科學(xué)地衡量貨車的重量是治理超限超載運(yùn)輸和計(jì)重收費(fèi)中的關(guān)鍵問(wèn)題。目前對(duì)貨車的超限超載監(jiān)測(cè)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法：動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)雖能實(shí)現(xiàn)超載治理和不停車計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的完美結(jié)合，但是由于影響動(dòng)態(tài)稱重精度的因素較多，例如，貨車的振動(dòng)、路面的不平度、貨車的速度等等。這些因素勢(shì)必會(huì)使測(cè)量精度降低，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確、不具說(shuō)服力，為了提高動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的測(cè)量精度，國(guó)內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)和公司一直在致力于動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研究，但是一直以來(lái)并 沒(méi)有太大的突破。而國(guó)外的設(shè)備價(jià)格十分昂貴而且沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。相比靜態(tài)稱重，雖然需要貨車靜態(tài)稱量，但是其稱量精度高、穩(wěn)定且成本低，易于普及使用。 國(guó)內(nèi)外貨車 智能 稱重技術(shù)現(xiàn)狀 貨車稱重衡器分為：靜態(tài)稱重和動(dòng)態(tài)稱重。其稱架結(jié)構(gòu)包括機(jī)械式、電子式、機(jī)電結(jié)合式。傳感器原理采用：電阻應(yīng)變式、壓磁式等；稱重儀表可以是數(shù)字式、微機(jī)式和固定式便攜式。國(guó)內(nèi)從 20 世紀(jì) 60 年代中期開(kāi)始研制和生產(chǎn)電子秤 ,初期為模擬指針式， 20 世紀(jì) 80 年代中后期發(fā)展成數(shù)字式。 20 世紀(jì) 90 年代末至 21 世紀(jì)初已研制開(kāi)發(fā)出微機(jī)式產(chǎn)品 。目前國(guó)內(nèi)電子衡器的發(fā)展水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家 20 世紀(jì) 90 年代的水平。少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平 ,例如中船重工集團(tuán)第 707 研究所研制的 HW 2020 動(dòng)態(tài)貨車衡的幾項(xiàng)新技術(shù)。然而國(guó)內(nèi)貨車電子稱重傳感器品種少、功能不齊全、關(guān)鍵元器件的穩(wěn)定性和可靠性與進(jìn)口產(chǎn) 基于單片機(jī)的貨車智能稱重儀設(shè)計(jì) 4 品比較還有差距。發(fā)達(dá)國(guó)家在電子稱重方面 ,無(wú)論從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達(dá)到了較高水平 ,特別是在準(zhǔn)確度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性等方面都有了很大的提高。在穩(wěn)定性方面要求 1 年內(nèi)不允許超差；在可靠性方面稱重傳感器在正常使用條件下的壽命一般在 10年以上；儀表 的平均故障間隔時(shí)間都超過(guò) 2020h ,有些產(chǎn)品達(dá)到了 5000h。 貨車智能稱重儀 的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)幾十年的研究，現(xiàn)在的貨車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)已經(jīng)在逐漸取代靜態(tài)稱重，并取得了一定的成果。但是貨車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的研究應(yīng)用時(shí)間還很短，已有的動(dòng)態(tài)貨車稱重系統(tǒng)主要是從國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)，缺乏核心技術(shù)。同時(shí)，動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外都處于比較前沿的位置，技術(shù)都還沒(méi)有完全成熟，特別是測(cè)量的精度、貨車的通行速度、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三方面都需要很大的改進(jìn)。 (1)測(cè)量精度。目前動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)精確度低，主要是因?yàn)榧釉趥鞲衅髌脚_(tái)上的力 除了貨車的真實(shí)重量之外，還有由許多因素引起的干擾力，如車速、貨車自身諧振、路面激勵(lì)、輪胎驅(qū)動(dòng)力等，貨車的真實(shí)重量有可能淹沒(méi)在了各種干擾中，如何從外界隨機(jī)不確定的干擾力中獲取真實(shí)的車重，是動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)研制出的固定式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的軸重誤差通常為 (5％～ 10％ )，但是在有些場(chǎng)合還是不能滿足，提高精確度是動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的迫切需要。 (2)貨車的通行速度?，F(xiàn)在的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)允許貨車通行速度比較低為（ 550）km/h。但是隨著不停車收費(fèi)系統(tǒng)的普及，就要求在更高的貨車通行速度下準(zhǔn)確測(cè)量，目前現(xiàn)有應(yīng)用的動(dòng) 態(tài)稱重系統(tǒng)就不能符合要求。為了滿足未來(lái)交通的需要，美國(guó)紐約州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)研制出了在貨車時(shí)速高達(dá) 88km，路面應(yīng)力達(dá)10kg/cm2的情況下，其測(cè)量精度可保持在 2％以內(nèi)的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，但是造價(jià)過(guò)高，目前還不能推廣使用。所以國(guó)內(nèi)的科研人員也可以在引進(jìn)的技術(shù)中加以突破或者研制出具有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)。并且在一定的精度保證下，能降低價(jià)格，不斷提高貨車的通行速度。 (3)動(dòng)態(tài)