【正文】 C0838 into digital signals and calculates the load。本設(shè)計采用AT89C51 單片機作為研究系 統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110將車輛載重量等量轉(zhuǎn)換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓信號調(diào)理后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計算出載重量； 所得的載重量將通過 RS485 接口電路送到上位機，上位機 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警。但 若車輛 作用 于路面 的實際 荷載超過 路面的 設(shè)計荷 載時 ，那么 ，公路 的使 用壽命 將大 大縮短 。 （ 3）嚴重影響公路交通安 全。 車輛 嚴重超 載時， 使車輛的 行駛穩(wěn) 定性、 剎車 性能、 輪胎承 荷能 力、轉(zhuǎn) 向可 靠度等 行駛狀 況大大降 低，一 旦，出 現(xiàn)問 題行駛 的車輛 將無 法駕馭 ，極 易引發(fā) 交通安 全事故。例如， 2020 年 9 月 110 國道與八達嶺高速公路上大量的超載車輛 8 導(dǎo)致八達嶺高速公路遭遇到歷史上最嚴重堵車，連續(xù) 7 天道路不暢， 上千輛載重貨車蝸行。養(yǎng)路 費和路 橋費 是道路 使用 者或受 益者對 利用道路 所支付 的一種 補償 ，所以 ，超載 的運 輸公司 或承 運者鉆 了國家 公路收費的政策的空子，而對于遵紀守法的人來說，無疑是不公平的。 （ 7）對橋梁的安全構(gòu)成重大 威脅。超限超載工作治理需要大量的檢測設(shè)備，然而，目前在 全國裝 有檢測 設(shè)備 的高等 級公路 匝道 或收費 站卻 不多， 車輛是 否超載主 要由交 警和路 政憑 經(jīng)驗判 斷，這 樣由 于缺乏 科學(xué) 性，給 管理部 門的嚴格執(zhí)法帶來了很大困難。 因此， 當(dāng)前的 汽車 稱重傳 感檢測 技術(shù) 還不能 充分 滿足工 業(yè)和實 際工程的 需要， 急需研 制出 響應(yīng)快 、抗干 擾能 力強、 準確 度高的 新型稱 重傳感器 ，這對 交通部 門有 效地實 施超限 管理 ，保證 行車 安全、 延長公 路的使用 壽命、 降低公 路養(yǎng) 護的成 本、減 少環(huán) 境污染 等方 面有著 顯著的 社會效益 和經(jīng)濟 效益。 動態(tài)稱 重系 統(tǒng)，提 供了一 種實 時連續(xù) ，對 所有汽 車無偏 差測量的 新技術(shù) 。利用 電子技 術(shù)判斷汽 車是否 超載的 基本 的原理 是：利 用傳 感器將 汽車 的載重 量轉(zhuǎn)化 為電壓信號，然后通過放大電路將這個微弱的 電壓信號按比例放大后送 A/D轉(zhuǎn)換芯 片轉(zhuǎn)換 為數(shù)字 信號 ，通過 接口電 路將 這個數(shù) 字信 號傳送 給計算 機進行處 理，計 算出汽 車的 載重量 并判斷 是否 超載， 如果 超載了 要顯示 超載的重量并報警。 超載行 駛造 成公路 嚴重損 壞， 引發(fā)許 多惡 性交通 事故。 1974 年，美國首次在車輛載荷研究中使用 WIM 系統(tǒng)。 特別是 隨著高 速不停車 收費系 統(tǒng)的發(fā) 展。 但是， 截止目 前為 止。 其有著 價格 優(yōu)勢大 、組裝 靈活和易 于維護 等特點 。 所以，在 過去幾 十年的 動態(tài) 稱重技 術(shù)研究 中， 在如何 保持 檢測精 度的穩(wěn) 定性和減少車輛通過速度對檢測的影響，一直是致力解決的問題。由上面所了解 到的許多關(guān)于車輛動態(tài) 稱重技術(shù) 的研究 方法， 這些 技術(shù)大 多數(shù)仍 停留 在理論 研究 的層次 ，真正 應(yīng)用于實踐的并不多，而沒有能在真正的系統(tǒng)運行環(huán)境以及以實踐中檢驗。 A) 車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)將融入ITS(Intellingent Transport Systems)，成為其組 成部分，因此作 為固定式的 WIM 系 統(tǒng)或裝置，設(shè)計時要考慮 這一背景，在數(shù)據(jù)處理、信 號傳輸、上下位機的關(guān)系 、硬件配備等方面 ，均要考慮 ，以便于其“嵌入 ”ITS。這給我國研 究和應(yīng)用 車輛動 態(tài)稱重 技術(shù) 帶來了 機遇和 挑戰(zhàn) 。以我國目前的道路運輸水平，對應(yīng) WIM 系統(tǒng)的允 許通過車速并不需要太高。 設(shè)計實現(xiàn)的主要功能： （ 1）該系統(tǒng)有 32 個傳感器 ，每個收費路口用 4 個傳感器組成一個稱，可同時檢測 8 個收費口； （ 2）計算機通過發(fā)送命令字 控制相應(yīng)的變送器進行校 正、故障診斷、數(shù)據(jù)采集等工作； （ 3）一臺計算機控制 32 個變送器工作，采用多點通訊形式； （ 4）具備掉電參數(shù)保護功能 ，上電后參數(shù)恢復(fù)功能（部分數(shù)據(jù)清零）； （ 5）能夠遵循 RS485 通訊 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，生成 標(biāo)準 MODBUS 通信數(shù)據(jù)包。傳感器的靈敏度、測量范圍、防止方式都會影響所測數(shù)據(jù)的準確性。鍵盤用來設(shè)定上限值和解除報警。 16 2 系 統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 系 統(tǒng)總 體結(jié) 構(gòu)及 其功 能 設(shè)計總體結(jié) 構(gòu)如圖 所示。 本檢測 系統(tǒng)主 要由 主控制 板、 顯示部 分、 鍵盤部 分、 采集部 分、串 17 行通信部分和報警部分構(gòu)成。 方案二 處理器基于 51 系列單片機的機動車超載檢測系統(tǒng)。 通用寄存器一共 32 個（ R0～ R31），前 16 個 寄存器（ R0～ R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。 它的 處理對 象不是 字或 字節(jié)而 是位 。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平 或低電平均可。 方 案的 確定 本次設(shè)計采用 51 系列 AT89C51 單片機， 選用它作為 核心控制新片，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 門限值檢測器，用于電源 故障報警、電池低電壓 檢測或＋ 5 V 以外的電源監(jiān) 控；低電平有效 的手動復(fù)位輸入； 8 引腳 DIP 封裝。量程是 10～ 50t ，綜合精度達 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。 4）顯示器的選擇：本設(shè)計采用 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 是一個多引出線 接口，這個接 口可以 有多個 驅(qū)動 器和接 受器， 而不 是限制 為兩 臺設(shè)備 。 綜上所述，我們本次設(shè)計采用 51 系列的 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)處 21 理的核心，利用橋式稱重傳感 器 WPL110將機 動車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號 ；然后通過放大電路將電壓信號放大后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯 片 TLC0838 轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號并計算出載重量；所得的載重量將通過 RS485 接口電路送到 上位機， 上位機 與設(shè)定 的載 重量作 比較并 判斷 是否超 載， 若超載 顯示超 載的重量并報警；參數(shù) 可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤還可解除聲光報警。同時 ，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件 可選的節(jié)電工作 模式。 采 集模 塊 惠斯登電橋 1 橋路形式 在應(yīng)變計的電測技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。當(dāng) 四臂 電阻 R1=R2=R3=R4=R 時， 稱為 等臂 電橋； 當(dāng)R1=R2=R,R3=R4=R39。 本設(shè)計采用全橋方式。輸出 電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達式為： (131) 對于等臂電橋 R1=R2=R3=R4=R ，當(dāng) R1 的電阻增 量Δ R1=Δ R 時，可得輸出電壓為： (132) 在實際使用中為了進一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個 被 測 信 號 接 成 兩 個 差 動 對 稱 的 全 橋 工 作 形 式 ， R1=R+Δ R,R2=RΔR,R3=R+Δ R,R4=RΔ R，將上述條件代入式 (131)得 (133) 25 由式 (133)看出， 由于充 分利用 了雙 差動 作用， 它的輸出電壓為單臂工作時的 4 倍，所以大大提高了測量的靈敏度。 彈性體 是一 個有特 殊形 狀的結(jié) 構(gòu)件。 因為全 橋式等 臂電 橋的靈 敏度 最高， 各臂 參數(shù)一 致， 各種干 擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。一般 來說，傳 感器的 量程越 接近 分配到 每個傳 感器 的載荷 ，其 稱量的 準確度 就越高。廠 家一般 會根據(jù)傳 感器的 受力情 況、 性能指 標(biāo)、安 裝形 式、結(jié) 構(gòu)型 式、彈 性體的 材質(zhì)等特點規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計價秤、 27 平臺秤 、案秤 等；鋼 式懸 臂梁傳 感器適 用于 料斗秤 、電 子皮帶 秤、分 選秤等； 鋼質(zhì)橋 式傳感 器適 用于軌 道衡、 汽車 衡、天 車秤 等；柱 式傳感 器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。 4 稱 重 傳 感器的基本應(yīng) 用 稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變成電信號的力 電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器 的關(guān)鍵 性部件 。稱重傳感器的準 確度等級分為 A/B/C/D 四個級別，不同的級別有不同的誤差范圍。 28 綜合考慮以上因素，本設(shè)計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 WPL110 量程 10～ 50t 綜合精度 0． 02(線性 +滯后 +重復(fù)性 ) 靈 敏 度 mV/V 零點溫度影響 177。 OP07同時具有輸入偏置電流低（ OP07A 為 177。 22V 的高電源電壓范圍。 31 的主要 特點 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。存全 8 位分辨率下，它答應(yīng)任意小的模擬電壓編碼間隔。在 實際運用中我們選用的是 TL0838I 型號，滿足了實際需要。 表 3 TLC0838 配置信息位的功能 控制位 選擇的模擬通道（ CH0CH7） Com Dif/Sgl Odd/Even Sel1 Sel0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 V+ V 0 0 0 1 V+ V 32 0 0 1 0 V+ V 0 0 1 1 V+ V 0 1 0 0 V+ V 0 1 0 1 V+ V 0 1 1 0 V+ V 0 1 1 1 V+ V 1 0 0 0 V+ V 1 0 0 1 V+ V 1 0 1 0 V+ V 1 0 1 1 V+ V 1 1 0 0 V+ V 1 1 0 1 V+ V 1 1 1 0 V+ V 1 1 1 1 V+ V 注： V+ —— 輸入電壓的正端， V—— 輸入 電壓的負端。在這里，模擬信號以單端方式輸進，參考電壓為 5V，即 A／ D 模 擬量的輸進范圍為 0～ 5V。在矩陣式 鍵盤中，每條水平線和垂 直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，當(dāng)按鍵沒有按 下時， 所有的 輸出 端都是 高電平 ，代 表無鍵 按下 。 行掃描 法行掃 描法 又稱為 逐行 (或列 )掃描 查詢 法，是 一種 最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤 ： 判斷鍵盤中有無鍵按下 ： 將 全部行線 PC7— PC4 置低電 平，然后檢測列線的 狀態(tài)。在 確定某 根行線 位置為低 電平后 ，再逐 行檢 測各列 線的電 平狀 態(tài)。若要顯示數(shù)字 0，應(yīng)使 g 段熄滅，其余段均點亮。把 要顯 示的數(shù) 字的 七段代 碼從 8255A輸出，就可點亮相應(yīng) 的段，顯示這個數(shù)字。通常 ，主控 PC 機和由單片機 構(gòu)成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相 距較遠， 近則幾 十米， 遠則 上百米 ，并且 數(shù)據(jù) 傳輸通 道環(huán) 境比較 惡劣， 經(jīng)常有大 容量的 電器（ 如電 動機， 電焊機 等） 啟動或 切斷 。在 RS485通信網(wǎng) 絡(luò) 中一 般采用 的是 主從通 信方式 ，即 一個 主機 帶 多個從 機。當(dāng)網(wǎng) 絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。 38 RS485 的優(yōu)點 我們可以用 RS232 接口連接兩臺計算機，但是，當(dāng)你需要在一個更長的距離上或者比 RS232 更快的速度 下進行傳輸?shù)臅r候， RS485 就是一個解決的辦法。利用高阻抗接受器，一個 RS485連接可以最多有 256 個接點。 5）抗干擾 :通 常， 485 通訊具有較高的抗干擾能力，但是在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣的場合，難免會受到不同 程度 的干擾，為此，一般可使用 120歐線路匹配電阻提高抗干擾能力。 驅(qū)動器具 有短路 電流限 制和 使用熱 關(guān)閉控 制電 路進行 超功 耗保護 。 MAX485 有很多特點，如低靜態(tài)電流、三態(tài)輸出、半雙工工作方式、工作電源為單一 +5V、總線可 接 32 個收發(fā) 器以及限流和熱敏控制電路 為驅(qū)動器提供過載保護等。 4 DI 驅(qū)動器輸入端。 MAX813L 芯片 1 芯片特點 MAX813L 監(jiān)控 電路 可用 于計 算機、 控制 器、 自動 化設(shè)備 、智能設(shè)備及 微處理器 監(jiān)控