【正文】 determine whether motor overloads and when overloads gives an alarm and displays the weight of design uses AT89C51 microcontroller as the core system processing, the use of a bridge load weighing sensor WPL110 changed motor weight into voltage signals。本設(shè)計采用 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(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警。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書III畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書IV學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。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，會導(dǎo)致車輛的制動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、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)的道路下埋上檢測儀器，通過電腦自動識別是否超載就顯得尤為重要。 主要設(shè)計（研究）內(nèi) 容本設(shè)計涉及一基于單片機(jī)設(shè)計的機(jī)車超載檢測系統(tǒng)，在高速公路收費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，車輛的重量就會被稱重傳感器測量出來，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書2送到變送器處理后，再傳送到計算機(jī)，經(jīng)過分析判斷，就會對超載車輛發(fā)出警報。 解決的關(guān)鍵問題本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題如下：（1）尋找適合現(xiàn)場條件的稱重傳感器。（3）鍵盤輸入。（5）與上位機(jī)的通信。 方案設(shè)計 方案一處理器基于 AVR 的機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過初始化之后，先用鍵盤設(shè)定載重上限值，然后采集數(shù)據(jù)，由 AVR 單片機(jī)判斷是否超載，超載要發(fā)出報警。它取消機(jī)器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。 51 系列51 系列內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。AVR 系列單片機(jī)不能直接對 RAM 單元中的位進(jìn)行操作，若想對 RAM 中的某位置位時，必須通過狀態(tài)寄存器 SREG 的 T 位進(jìn)行中轉(zhuǎn)。其原因是高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。a) 看門狗的選擇：看門狗芯片可以選擇 X25045 和 MAX813L 等。它抗偏載，組合壓頭具有自動復(fù)位與調(diào)心功能。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小。它有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨立使用；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；時鐘頻率為 250kHz 時，其轉(zhuǎn)換時間為 32μs；總調(diào)整誤差為177。 LED 體積小，耗電相當(dāng)?shù)停绷黩?qū)動，超低功耗（單管 瓦） ，電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%。f) 電源方案：本設(shè)計中的電源主要有兩種：、+5V 和+12V。圖 系統(tǒng)硬件框圖下面將具體介紹各個主要組成部分的功能、選型以及具體連接方式。芯片圖如圖 所示。電橋電路如圖 所示，它的四個橋臂由 RRRR4 組成。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書8 圖 電橋電路2 工作方式：單臂工作：電橋中只有一個臂接入被測量，其它三個臂采用固定電阻；雙臂工作：如果電橋兩個臂接入被測量，另兩個為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式；全橋方式：如果四個橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。當(dāng)電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。因為惠斯登電橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。傳感器型式的選擇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；另一方面，要考慮廠家的建議。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準(zhǔn)確度選擇的時候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計算值，因為理論往往受到客觀條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。高精度、低功效、全密封適用于各類惡劣環(huán)境?！?％F?S/10℃工作溫度 20℃ ～ +65℃輸入阻抗 770　Ω輸出阻抗 700　Ω安全過載 150％ F?S供橋電壓建議 12VDC材 質(zhì) 合金鋼蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書11接線方式 電源(+)紅線；電源()綠線； 輸出(+) 黃線；輸出() 白線 Op07 芯片 簡介Op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運算放大器集成電路。 特點OP07 有許多特點，如不超過 150μV 的超低偏移； 的低輸入偏置電流；℃的低失調(diào)電壓漂移；177。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小，但需要通過軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)，故本設(shè)計采用 TLC0838。另外，其輸進(jìn)基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。更高的可達(dá)－40℃～+125 ℃。：TLC0838 可通過和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來傳送控制命令，在使用前需要蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書13對通道進(jìn)行選擇和輸進(jìn)端進(jìn)行配置，其控制邏輯表如表 3 所列。圖中，單片機(jī)的 接 TLC0838 的片選信號， 用于產(chǎn)生 A／D 轉(zhuǎn)換的時鐘， 為一個雙向 I／ O 口，可用于對模擬輸進(jìn)進(jìn)行配置及輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。整體接口電路如圖 所示：蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書15圖 采集模塊整體硬件接口電路 鍵盤模塊矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 所示。矩陣式結(jié)構(gòu)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書16的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電源，行線所接的 8255 PC 口（PC7—PC4）作為輸出端，列線所接的 8255 PC 口（PC3—PC0）作為輸入。介紹一種確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下的方法—— “行掃描法” 。判斷閉合鍵所在的位置：在確認(rèn)有鍵按下后，依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。圖 顯示電路 由圖可見，先從 PB 口選通要點亮的的數(shù)碼管代碼，然后 CPU 送來的二進(jìn)制數(shù)字代碼從 8255A 的 A 口輸出，并經(jīng) 7407 驅(qū)動后與 LED 相連。將蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書17數(shù)字 0～F(也可以是 0～9)所對應(yīng)的七段代碼組成一個表，進(jìn)行查表，就可求得各數(shù)字對應(yīng)的七段代碼值。在工作中，單片機(jī)需要定時向上位 PC 機(jī)傳送大批量的采樣數(shù)據(jù)。RS485 與RS232 相比有很多優(yōu)點：1)成本低:驅(qū)動器和接收器價格便宜，并且只需要單一的一個+5V（或者更低）的電源來產(chǎn)生差動輸出需要的最小 的壓差。3)長距離連接:一個 RS485 連接最長可以達(dá)到 4000ft,而 RS232 的典型距離限制為50 到 100ft。 MAX485 芯片MAX485 是用于 RS—485 通信的小功率收發(fā)器，含有一個驅(qū)動器和一個接收器。在超過功耗時，熱關(guān)閉電路將驅(qū)動器的輸出端置于高阻狀態(tài)。 芯片引腳及功能MAX485 芯片引腳圖如圖 所示，引腳說明如表 4 所示 圖 MAX485 芯片表 4 MAX485 引腳說明MAX485 引腳 名稱 功能 1 RO 接收器輸出端。 5 GND 地 6 A 同向接收器輸入和同向驅(qū)動器輸出端 7 B 反向接收器輸入和反向驅(qū)動器輸出端 8 VCC 正電源輸入端：— 的接口電路MAX485 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路如圖 所示：圖 MAX485 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路圖蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書19 看門狗模塊 隨著計算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以智能芯片為核心的單片機(jī)系統(tǒng)集成化和小型化程度的日益提高，使系統(tǒng)具備了完全的自診斷、自檢測等性能。 2 MAX813L 的引腳及功能　　 MAX813L 芯片引腳排列見圖 ，引腳功能如表 5表 5 MAX813L 引腳功能引腳名稱 引腳功能/MR 當(dāng)該段輸入低電平保持 140ms 以上，MAX813 就輸出復(fù)位信號，該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效的消除開關(guān)的抖動VCC 工作電源，接+5V 電壓GND 電源接地端PFI 當(dāng)該輸入端電壓小于 時，/PFO 引腳的輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖?PFO 電源正常時，輸出高電平，當(dāng)電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖絎DI 程序正常運行時，必須在 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)出一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。為使這種 “跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”的程序自動恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術(shù)。若設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機(jī)快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會最大限度地減少損失。(2)硬件實現(xiàn)電路圖圖 給出了 MAX813L 在單片機(jī)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用線路圖。同時使看門狗定時器清 0 和使 引腳變成高電平。當(dāng)電源發(fā)生故障，PFI 輸入端的電平低于 1．25 V 時，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機(jī)中斷，CPU 響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開外部用電電路等。圖 24C02 與單片機(jī)的接口電路 報警模塊系統(tǒng)要求一旦監(jiān)測到機(jī)動車超載，就要立即報警，等待工作人員來檢查，并解除報警。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書23圖 報警接口電路 電源模塊設(shè)計中的電源主要有 2 種：+5V 和+12V,采用傳統(tǒng)的單片集成穩(wěn)壓電源，接線圖如319 所示：圖 電源電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最重要且危害最嚴(yán)重的干擾來源于電源的污染。b) 分別建立交流、直流和數(shù)字信號的接地通路。單片機(jī)系統(tǒng)的電源濾波通常包括交流端的濾波和直流端的濾波。第四章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序的設(shè)計 設(shè)計思想主程序分五個模塊，包括看門狗模塊、通訊模塊、鍵盤模塊、采集模塊、顯示模塊。初始化完畢后，調(diào)用鍵盤子程序，檢查設(shè)定值；檢查完后，調(diào)用采集子程序，采集數(shù)據(jù)，若超載則調(diào)用顯示子程序，顯示超載量。單片機(jī)接收到8位數(shù)據(jù)后應(yīng)作出應(yīng)答。先關(guān)中斷，發(fā)送標(biāo)志碼，測試響應(yīng)信號，響應(yīng)后發(fā)送 24C02 單元首地址代碼，然后發(fā)送讀控制字，開始讀數(shù)據(jù)，讀完后將所讀蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書27數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)，發(fā)送結(jié)束信號，開中斷，通知單片機(jī)清掉電標(biāo)志。同時使看門狗定時器清 0 和使WDO引腳變成高電平。 　　至于中斷源的觸發(fā)方式。設(shè)計好中斷服務(wù)程序?qū)τ谙到y(tǒng)的連續(xù)可靠運行具有重要意義。 資源分配表 11 看門狗中斷子程序寄存器說明寄存器名 說明 寄存器名 說明R0 緩沖區(qū)首址 R1 數(shù)據(jù)位數(shù)R2 發(fā)送計數(shù)器 DPTR 待寫單元首地址指針蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書30表 12 看門狗中斷子程序存儲器器說明存儲器地址 說明 存儲器地址 說明30H 鍵盤設(shè)定的重量值 31H 通道 0 超載量保存值32H 通道 1 超載量保存值 33H 通道 2 超載量保存值34H 通道 3 超載量保存值 35H 通道 4 超載量保存值36H 通道 5 超載量保存值 37H 通道 6 超載量保存值38H 通道 7 超載量保存值 39H 通道 0 實際重量保存值3AH 通道 1 實際重量保存值 3BH 通道 2 實際重量保存值3CH 通道 3 實際重量保存值 3DH 通道 4 實際重量保存值3EH 通道 5 實際重量保存值 3FH 通道 6 實際重量保存值40H 通道 7 實際重量保存值 0000H 24C02 頁面單元首地址 看門狗中斷子程序流程圖當(dāng) MAX813L 檢測到故障，會通知單片機(jī)保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存在 24C02 中。發(fā)送緩沖區(qū)的首址為WEIGH，接收緩沖區(qū)首址為 LIMIT，時鐘頻率為 6MHz。通過查表確定 X=F3H。發(fā)送完畢后，清中斷標(biāo)志后返