【正文】 8 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；所得的載重量與鍵盤設(shè)定值作比較，判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。下位機(jī)與上位機(jī)的通訊遵循 MODBUS 通訊協(xié)議，生成標(biāo)準(zhǔn)通信數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包通過 MBUS 總線送入上位機(jī)。2. 容易引發(fā)道路交通事故，汽車超載之后，車輛處于超負(fù)荷狀態(tài)行駛，會(huì)導(dǎo)致車輛的制動(dòng)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(zhuǎn)向器輕飄抖動(dòng)、鋼板彈簧折斷、半軸斷裂等等。鑒于這種情況，在超載車必經(jīng)的道路下埋上檢測(cè)儀器，通過電腦自動(dòng)識(shí)別是否超載就顯得尤為重要。 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi) 容本設(shè)計(jì)涉及一基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)車超載檢測(cè)系統(tǒng)，在高速公路收費(fèi)口的路面上裝有固定連著傳感器的鋼板，當(dāng)汽車經(jīng)過時(shí)，車輛的重量就會(huì)被稱重傳感器測(cè)量出來，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1送到變送器處理后，再傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過分析判斷，就會(huì)對(duì)超載車輛發(fā)出警報(bào)。傳感器的靈敏度、測(cè)量范圍都會(huì)影響所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。鍵盤用來設(shè)定上限值和解除報(bào)警。在一些測(cè)控系統(tǒng)中，存在電源開斷、瞬時(shí)電壓不穩(wěn)等不安全因素，將會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)、信息丟失、運(yùn)行不穩(wěn)定等故障，這就需要掉電保護(hù)。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動(dòng)車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過放大電路將電壓信號(hào)調(diào)理后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量；所得的載重量與鍵盤設(shè)定值作比較，判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。主控制板主要由 AVR 單片機(jī)、CPLD、濾波電路、電平轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。系統(tǒng)硬件框圖如下所示:蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3圖 基于 51 系列單片機(jī)的系統(tǒng)硬件框圖本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動(dòng)車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過放大電路將電壓調(diào)理后送到A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量； 所得的載重量將通過 RS485接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)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(bào)警；參數(shù)可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤還可解除報(bào)警。AVR 系列沒有類似累加器 A 的結(jié)構(gòu)，它主要是通過 R16～R31 寄存器來實(shí)現(xiàn) A 的功能。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電平均可。 方案的確定本次設(shè)計(jì)采用 51 系列 AT89C51 單片機(jī)，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大地簡化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。它有加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為 200 ms；獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 1．6 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑?V門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或＋5 V 以外的電源監(jiān)控；低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入；8 引腳 DIP 封裝。量程是 10～50t ，綜合精度達(dá)到 0．02（線性+ 滯后+重復(fù)性），靈 敏 度是 　mV/V ，工作溫度在20℃ ～+65℃ ，輸入阻抗是 700Ω ，輸出阻抗是 750　Ω ，安全過載：150％ F?S ，供橋電壓為 12VDC 。TLC0838 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。d) 顯示器的選擇：本設(shè)計(jì)采用 LED（ Light Emitting Diode） ， 發(fā) 光 二 極 管 ，它 是 一 種 固 態(tài) 的 半 導(dǎo) 體 器 件 ， 它 可 以 直 接 把 電 轉(zhuǎn) 化 為 光 。RS485 是一個(gè)多引出線接口，這個(gè)接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接受器，而不是限制為兩臺(tái)設(shè)備。綜上所述，我們本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動(dòng)車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過放大電路將電壓信號(hào)放大后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量； 所得的載重量將通過 RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)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(bào)警；參數(shù)可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤還可解除聲光報(bào)警。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造。測(cè)量電橋由于具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿足應(yīng)變測(cè)量的要求。≠R 時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋；當(dāng) R1=R4=R，R2= R3=R39。電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負(fù)載情況而定。本設(shè)計(jì)中用的傳感器是 WPL110，它輸入阻抗是 770Ω，輸出阻抗是 700Ω，即蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書8ΔR=70Ω，輸入電壓 U=12V，代入公式 133 可知，電橋的輸出電壓 ??即電橋輸出電壓范圍是 0— TLC0838 的輸入電壓是 0—5V，故需將電壓放大 5 倍。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（區(qū)） ，使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。3 稱重傳感器的選擇稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。但在實(shí)際使用時(shí)，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、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。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。綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)采用橋式稱重傳感器 WPL110。 WPL110 的技術(shù)參數(shù)如表 1 所示：表 1 WPL110 的技術(shù)參數(shù)型號(hào) WPL110量程 10～50t綜合精度 0．02( 線性+滯后 +重復(fù)性)靈 敏 度 　mV/V零點(diǎn)溫度影響 177。OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A 為177。22V 的高電源電壓范圍 芯片引腳功能說明：（引腳如圖 所示，說明如表 2 所示）圖 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(diào)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(diào)零端 的接線方式 如圖 所示為 OP07 的差分減法電路，根據(jù)“虛短” ， “虛斷” ，可得 （134）))(113230 URUIfIf ????當(dāng) R1= R2 ，R 3= Rf時(shí)， （135）)(10If蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書11當(dāng) R1= R2= R3= Rf時(shí)，U0=UI2 UI1 （136） 由于信號(hào)需放大 5 倍，取 R1=R2=10KΩ，R 3=Rf=50KΩ,正好滿足要求。具有輸進(jìn)可配置的多通道多路器和串形輸進(jìn)輸出方式。由于 TLC0838 采用的是串行輸進(jìn)結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省 51 系列單片機(jī)I／O 資源，價(jià)格也較適中。TLc0838 具有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通 8 輸進(jìn)通道；單 5V 供電，范圍為 0～5V：輸進(jìn)和輸出與TTL、 CMOS 電平兼容；時(shí)鐘頻率為 250kHz 時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μs ；總調(diào)整誤差為177。被轉(zhuǎn)換的電壓為 V= V++ V.圖 引腳排列TLC0838 的引腳排列如圖 所示，其中 CH0～CH7 為模擬輸進(jìn)端；Cs 為片選蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書13端；DI 為串行數(shù)據(jù)輸進(jìn)，該端僅在多路器尋址時(shí)(MUX Settling Time)才被檢測(cè)；DO為 A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；CLK 為時(shí)鐘；SARS 為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成；REF 為參考電壓輸進(jìn)端；VCC 為電源； DGTLGND 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(shí)，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)線上，該端為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出。 小結(jié) 將惠斯登電橋、放大器、TLC0838 與單片機(jī)連接起來，就組成了本系統(tǒng)的采集模塊。這樣，一個(gè)端口(如 P1 口)就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)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(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9 鍵)。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)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。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(gè)按鍵之中。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。為此，可編程使 PA6 輸出高電平(經(jīng)反相后輸出低電平)，其余位輸出低電平(經(jīng)反相后輸出高電平)，即數(shù)字 0 的編 碼為 01000000B＝40H，其中 PA7 未派用處，我們也將它置為 0。依次循環(huán)點(diǎn)亮 4 個(gè)數(shù)碼管。為了保證下位機(jī)的數(shù)據(jù)能高速及時(shí)、安全地傳送至上位 PC 機(jī)，單片機(jī)和 PC 機(jī)之間采用 RS485 協(xié)議的串行通信方式較為合理。2)網(wǎng)絡(luò)能力:RS485 是一個(gè)多引出線接口，這個(gè)接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接受器，而不是限制為兩臺(tái)設(shè)備。電纜長度和比特率是有關(guān)的，較低的比特率允許較長的電纜。收發(fā)器的工作電流在120—500uA 之間，只需一個(gè)+5V 的電源。MAX485 是為半雙工應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。當(dāng) 為低時(shí) RO 有效，為高時(shí) RO 為高阻狀態(tài) 3 DE 驅(qū)動(dòng)器輸出使能端。為解決這些問題，可利用 MAX813L 芯片，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)系統(tǒng)的看門狗電路、電源故障監(jiān)視電路和手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位電路，可有效地解決程序運(yùn)行中出現(xiàn)的“死機(jī)”現(xiàn)象和電源故障帶來的不利影響。究其原因是 CPU 在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。若程序發(fā)生“死機(jī)” ，則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。在單片機(jī)系統(tǒng)中可借助于一定的外部附加電路監(jiān)測(cè)電源電壓，并在電源發(fā)生故障時(shí)及時(shí)通知單片機(jī)（如通過引發(fā)中斷來實(shí)現(xiàn)）快速保存重要數(shù)據(jù)，且斷開外圍設(shè)備用電電源，使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最少。圖 MAX813L 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路圖本電路巧妙地利用了 MAX813L 的手動(dòng)復(fù)位輸入端。圖 中 R1 的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。2 20C02 的引腳及功能　24C02 芯片引腳排列見圖 ，引腳功能如表 6蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書21圖 24C02 芯片引腳表 6 24C02 芯片引腳功能引腳名稱 功能A0、AA2 器件地址選擇SDA 串行數(shù)據(jù)/地址SCL 串行時(shí)鐘WP 寫保護(hù)VCC —6V 工作電壓GND 地3 24C02 與單片機(jī)的接口電路圖 給出了 24C02 與單片機(jī)的接口電路。蜂鳴器用三極管放大驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，電源本身也會(huì)產(chǎn)生干擾，對(duì)本設(shè)計(jì)有較大影響的是電網(wǎng)干擾和電源干擾，因此，為了減少干擾因素，需要在設(shè)計(jì)時(shí)采用一系列抗干擾的措施，這里主要包括電源接地和電源濾波技術(shù)。電源濾波的主要目的是抑制在電源線上的傳導(dǎo)高頻干擾。直流端的濾波主要是抑制整流電路和開關(guān)電路所產(chǎn)生的高頻干擾，通常用電容濾波就足夠了。當(dāng)檢測(cè)到超載時(shí)，報(bào)警并顯示超載量。對(duì)參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)，就是把保存在24C02中的數(shù)據(jù)取出來存到單片機(jī)中。當(dāng)需要結(jié)束讀操作時(shí)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后在需要應(yīng)答的時(shí)刻發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)，接著再發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)即可。若超過1．6 s 該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部看門狗定時(shí)器溢出，8 號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?。為了做到這一點(diǎn)，必須把中斷優(yōu)先級(jí)（PX0）設(shè)為最高，特別是系統(tǒng)中還有其它中斷時(shí)，更應(yīng)如此。所以基于上述分析，必須選用跳變觸發(fā)方式。往 24C02 中保存數(shù)據(jù)時(shí)，采用頁寫入方式，單片機(jī)先發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，接著發(fā)送 1個(gè)字節(jié)的控制字 ，再發(fā)送 1 個(gè)字節(jié)的起始地址，上述各字節(jié)均得到應(yīng)答后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，并順序放在以指定起始地址開始的相繼單元中。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書30圖 看門狗中斷主程序流程圖 通訊子程序的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思想 利用串行口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)的半雙工通信。AT89C51 單片機(jī)的奇偶校驗(yàn)位 P 是當(dāng)累加器 A 中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí) P=1，為偶數(shù)時(shí) P= P 的值放入 ASCII 碼的最高位。接收數(shù)據(jù)時(shí)，先將要接收的數(shù)據(jù)讀入接收緩沖區(qū)，并校驗(yàn)是否正確，若正確，刪去校驗(yàn)位后存入接收緩沖區(qū)，修改接收緩沖區(qū)指針，然后清接收中斷后返回。列線通過上拉電阻接到+5V 上。（2）消除抖動(dòng)。 資源分配表 15 鍵盤子程序寄存器說明寄存器名 說明 寄存器名 說明R0 行掃描號(hào) R1 列掃描號(hào)R2 延時(shí)程序首次循環(huán)值 R3 延時(shí)程序二次循環(huán)值 鍵盤子程序流程圖圖 鍵盤子程序流程圖 開始時(shí)，先掃描第 0 行，行輸出值為 1110B，第 0 行為“0” ，其余 3 行為“1” （通常，把行輸出值為 0 的行稱為當(dāng)前行） ，然后讀入列信號(hào)，判斷是否為全“1” 。TLC0838 的數(shù)字借口部分采用4 線同步方式，控制信號(hào)包括低電平有效的芯片工作使能信號(hào)/CS、同步時(shí)鐘輸入信號(hào)CLK、同步數(shù)據(jù)輸入端 DI 和同步數(shù)據(jù)輸出端 DO。 資源分配表 16 采集子程序寄存器說明寄存器名 說明 寄存器名 說明R0 循環(huán)次數(shù) R1 通道 0 號(hào)碼R2 移位次數(shù) R3 解除報(bào)警鍵表 17 采集子程序存儲(chǔ)器器說明存儲(chǔ)器地址 說明 存儲(chǔ)器地址 說明30H 鍵盤或上位機(jī)設(shè)定的限值 31H 通道 0 的超載量