【正文】 是一 種用于 傳感器 的實(shí)用性 結(jié)構(gòu)部 件。 2 檢測(cè)電路 檢測(cè)電 路的功 能是 把電阻 應(yīng)變 片的電 阻變 化轉(zhuǎn)變 為電 壓輸出 。 電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng) Ui 為直流時(shí)該電橋?yàn)橹绷麟姌颉?LED 體積小，耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（單管 瓦），電光 功率轉(zhuǎn)換接近 100%。 1）看門(mén)狗的選擇：看門(mén)狗芯片可以選擇 X25045 和 MAX813L 等。 方 案的 論證 AVR 系列 AVR 單片機(jī)是 Atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著 的特點(diǎn)為高性能 、高速 度、低 功耗 。若測(cè)量數(shù)據(jù)處理不 當(dāng)，系統(tǒng)就會(huì)做出錯(cuò)誤的判斷，在數(shù)據(jù)處理不當(dāng)?shù)臅r(shí)候，進(jìn)行合理的判斷處理。 國(guó)內(nèi)較 為普 遍地運(yùn) 用壓 電陶瓷 式、電 阻應(yīng)變片 式等形 式稱(chēng)重 傳感 器，國(guó) 外則較 多地 運(yùn)用了 壓電 薄膜、 液壓管 、共聚物 壓電軸 等形式 的稱(chēng) 重傳感 器，大 大提 高了使 用壽 命，對(duì) 于便攜 式WIM 系統(tǒng)還能方便現(xiàn)場(chǎng)使用。本 文將從 技術(shù)層面 出發(fā)， 從“源 頭” 對(duì)車(chē)輛 超載的 行為 進(jìn)行限 制， 最大限 度扼制 超載違法 行為， 凈化公 路通 行 環(huán)境 ，提升 公路 安全通 行效 率和運(yùn) 輸車(chē)輛 合法轉(zhuǎn)載率，減少道路交通事故。但是 在汽車(chē) 運(yùn)輸 中，由 于受經(jīng) 濟(jì)利 益的驅(qū) 動(dòng)。 超重對(duì) 路面的 破壞 非常嚴(yán) 重， 給路上 行人及 車(chē)輛帶來(lái) 非常大 的安全 隱患 。 例如 ，京滬 高速 公路江 蘇沂淮 段在一年時(shí)間內(nèi)因車(chē)輛超限所造成的交通事故共 46 起，死亡 61 人，傷 123人。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為研究系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱(chēng)重傳感器 WPL110 將車(chē)輛載重量等量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)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； 所得的載重量將通過(guò) 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。車(chē)輛超載必然使發(fā) 動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而排出的濃 煙和噪 聲是正 常情 況下的 幾倍， 對(duì)自 然和社 會(huì)環(huán) 境的危 害是顯 而易見(jiàn)的。例如， 2020 年，由于國(guó)際油價(jià)的飆長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)成品油價(jià)格也相繼提高，某 些未進(jìn) 行超限 超載 試定的 省份或 地區(qū) ，運(yùn)輸 公司 或承運(yùn) 者惡意 違反道路交通規(guī)定，使車(chē)輛嚴(yán)重超限超載上路運(yùn)輸。 要判斷 汽車(chē)是 否超 載首先 要知道 車(chē)輛 所裝載 的貨 物質(zhì)量 ，隨著 傳感器技 術(shù)和微 處理器 技術(shù) 的發(fā)展 ，利用 電子 技術(shù)也 可以 測(cè)量出 物體的 質(zhì)量進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì) 汽車(chē)超 載的 監(jiān)控， 而且精 度可 以做的 很高 。尤其是運(yùn)用技術(shù)手段對(duì)車(chē)輛超載行為進(jìn)行“主動(dòng)”治理。 這是 由于采 用微控 制器 后，對(duì) 動(dòng)態(tài) 稱(chēng)重信 號(hào)的實(shí) 時(shí)分析成 為可能 ，如機(jī) 械阻 抗分析 、數(shù)字 濾波 、傅立 葉分 析等， 這樣使 電子衡器 儀表的 數(shù)據(jù)處 理能 力有很 大的提 高， 使車(chē)輛 動(dòng)態(tài) 稱(chēng)重技 術(shù)的國(guó) 內(nèi)發(fā)展展望。 解 決的 關(guān)鍵 問(wèn)題 本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下： （ 1）尋 找適合現(xiàn)場(chǎng)條件的稱(chēng)重傳感器。系統(tǒng) 經(jīng)過(guò)初始化之后，先用鍵盤(pán) 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(bào)警。 作輸出 腳使 用，欲 進(jìn)行 高電平 驅(qū)動(dòng)時(shí) ，得利用外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)， I/O 腳不通，電 流經(jīng) R 驅(qū)動(dòng) LED 發(fā)光；低電 平時(shí)，I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)地的電壓降小于 19 1V， LED 的域值 ～ ）。 1LSB。 芯片圖如圖 所示。 由此可 見(jiàn)，電 阻應(yīng) 變片、 彈性 體和檢 測(cè)電 路是電 阻應(yīng) 變式稱(chēng) 重傳感器中不 可缺少 的幾個(gè) 主要 部分。 一臺(tái) 電子秤 主要 是由秤 體、傳 感器、儀 表三部 分組成 ，在 對(duì)傳感 器準(zhǔn)確 度選 擇的時(shí) 候， 應(yīng)使傳 感器的 準(zhǔn)確度略 高于理 論計(jì)算 值， 因?yàn)槔?論往往 受到 客觀條 件的 限制， 如秤體 的強(qiáng)度差 一點(diǎn)， 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。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于 OP07A 最大為 25μV ），所以 OP07 在很多應(yīng)用場(chǎng)合 不需要額外的調(diào)零措施。更高 的可達(dá)－ 40℃～ +125℃。矩陣式 結(jié)構(gòu)的 鍵盤(pán)顯 然比 直接法 要復(fù)雜 一些 ，識(shí)別 也要 復(fù)雜一 些，上 圖中，列線通過(guò)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。將數(shù)字 0～ F(也可以是 0～ 9)所對(duì)應(yīng)的七段 代碼組成一個(gè)表 ，進(jìn)行查表，就可求得 各數(shù)字 對(duì)應(yīng) 的七段 代碼 值。（ 2）通過(guò) PCI 多串口卡 ，可以直接選用輸出信號(hào) 為RS485 類(lèi)型的擴(kuò)展卡。 MAX485是為半雙工 bnm,./而設(shè)計(jì)的。它們有以下四方 面的功能： （ 1） 上電、掉電狀態(tài)下的復(fù)位功能； （ 2） MAX813 L 還有 WATCHDOG 輸出功能； （ 3） 內(nèi)有一個(gè) 掉電告警門(mén)限檢測(cè)器； （ 4） 手動(dòng)復(fù)位輸入。 MAX485 芯片 MAX485 是用于 RS— 485 通信的小功率收發(fā)器，含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。很 多情況下，連接 RS485 通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A” 、 “B” 端連 接起 來(lái)。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。 小結(jié) 將惠斯登電橋、放大器、 TLC0838 與單片機(jī)連接起來(lái)，就組成了本系統(tǒng)的采 集模塊 。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。橋式稱(chēng)重傳感器 、抗偏載，組合壓 頭具有自動(dòng)復(fù)位與調(diào)心功能 。 但在實(shí) 際使用 時(shí)， 由于加 在傳感 器上 的載荷 除被 稱(chēng)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。 出 方式 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。 22 3 系 統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng) 主要由 看門(mén) 狗模塊 、通 訊模塊 、鍵 盤(pán)模塊 、采 集模塊 和顯示模塊組成，硬件框圖如圖 所示。 3） A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選擇： A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 器，根據(jù)輸出的信號(hào)格式，可分為并行 A／ D 和串行 A／ D。雖然 其他種 類(lèi)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(jiàn)。 圖 以單片機(jī)為處理器的系統(tǒng) 本設(shè)計(jì) 為車(chē)輛 超載 檢測(cè)系 統(tǒng)的 設(shè)計(jì)， 要求 能夠判 斷車(chē) 輛是否 超載并且在超載時(shí)能夠提供報(bào)警和顯示超載的重量。 用于計(jì)重收費(fèi)的場(chǎng)合，固定式 WIM 系統(tǒng)一般 安裝在收費(fèi)口或匝道口，在 與ITS 系統(tǒng)相配的情形下，車(chē)速一般不會(huì)高于 40km/h。 國(guó) 內(nèi)外 汽車(chē) 動(dòng)態(tài) 稱(chēng)重 系統(tǒng) 發(fā)展 動(dòng)向 盡管對(duì) 車(chē)輛動(dòng) 態(tài)稱(chēng) 重系統(tǒng) 的研 究己經(jīng) 有了 很大進(jìn) 展， 但在研 究過(guò)程中還存在許多問(wèn)題需要解決： 13 （ 1）研究稱(chēng)重本體。 1992 年，由歐洲高速公路系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟 (FEHRI)發(fā)起。 若能 實(shí)現(xiàn)對(duì) 汽車(chē)的 動(dòng)態(tài) 稱(chēng)重， 則可 以很好 的解決 這些問(wèn)題 。 （ 5）擾亂國(guó)家養(yǎng)路費(fèi)和路橋收費(fèi)政策，使 國(guó)家稅費(fèi)大量流失，導(dǎo)致不公平 競(jìng)爭(zhēng)。 選 題背 景 隨著 我 國(guó) 經(jīng) 濟(jì) 和 交 通事 業(yè) 的 發(fā) 展 全 國(guó) 公 路 總里 程 不 斷 增 長(zhǎng)路 網(wǎng) 條件不斷 改善公 路運(yùn)輸 獲得 了快速 發(fā)展公 路貨 運(yùn)量己 成為 各種運(yùn) 輸方式 貨運(yùn)量之 首貨物 周轉(zhuǎn)量 也逐 年增加 然而長(zhǎng) 期以 來(lái)公路 貨運(yùn) 卻出現(xiàn) 了一種 非法超限 運(yùn)輸?shù)?怪現(xiàn)象 即超 高超寬 超長(zhǎng)超 重運(yùn) 輸據(jù)不 完全 統(tǒng)計(jì)超 限運(yùn)輸 的比率占貨運(yùn)車(chē)輛的 50%以上 超載量平均為 倍車(chē)輛超載大大縮短了交通基 礎(chǔ)設(shè)施 的使用 壽命 給國(guó)家 造成巨 大的 經(jīng)濟(jì)損 失同 時(shí)因超 載超限 運(yùn)輸引發(fā) 的交通 事故也 日益 增多威 脅著人 民的 生命安 全嚴(yán) 重影響 了公路 的正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用AT89C51 單片機(jī)作為研究系 統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱(chēng)重傳感器 WPL110將車(chē)輛載重量等量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過(guò)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； 所得的載重量將通過(guò) 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。例如， 2020 年 9 月 110 國(guó)道與八達(dá)嶺高速公路上大量的超載車(chē)輛 8 導(dǎo)致八達(dá)嶺高速公路遭遇到歷史上最嚴(yán)重堵車(chē)，連續(xù) 7 天道路不暢， 上千輛載重貨車(chē)蝸行。 因此， 當(dāng)前的 汽車(chē) 稱(chēng)重傳 感檢測(cè) 技術(shù) 還不能 充分 滿足工 業(yè)和實(shí) 際工程的 需要， 急需研 制出 響應(yīng)快 、抗干 擾能 力強(qiáng)、 準(zhǔn)確 度高的 新型稱(chēng) 重傳感器 ，這對(duì) 交通部 門(mén)有 效地實(shí) 施超限 管理 ，保證 行車(chē) 安全、 延長(zhǎng)公 路的使用 壽命、 降低公 路養(yǎng) 護(hù)的成 本、減 少環(huán) 境污染 等方 面有著 顯著的 社會(huì)效益 和經(jīng)濟(jì) 效益。 1974 年，美國(guó)首次在車(chē)輛載荷研究中使用 WIM 系統(tǒng)。 所以，在 過(guò)去幾 十年的 動(dòng)態(tài) 稱(chēng)重技 術(shù)研究 中， 在如何 保持 檢測(cè)精 度的穩(wěn) 定性和減少車(chē)輛通過(guò)速度對(duì)檢測(cè)的影響，一直是致力解決的問(wèn)題。以我國(guó)目前的道路運(yùn)輸水平，對(duì)應(yīng) WIM 系統(tǒng)的允 許通過(guò)車(chē)速并不需要太高。 16 2 系 統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)總 體結(jié) 構(gòu)及 其功 能 設(shè)計(jì)總體結(jié) 構(gòu)如圖 所示。 它的 處理對(duì) 象不是 字或 字節(jié)而 是位 。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(guò)載： 150％ F?S ，供橋電壓為 12VDC 。 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 21 理的核心，利用橋式稱(chēng)重傳感 器 WPL110將機(jī) 動(dòng)車(chē)載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) ；然后通過(guò)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(guò) 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(guò)鍵盤(pán)設(shè)定，鍵盤(pán)還可解除聲光報(bào)警。 本設(shè)計(jì)采用全橋方式。一般 來(lái)說(shuō)，傳 感器的 量程越 接近 分配到 每個(gè)傳 感器 的載荷 ，其 稱(chēng)量的 準(zhǔn)確度 就越高。 28 綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)采用橋式稱(chēng)重傳感器 WPL110。 31 的主要 特點(diǎn) TLC0838 是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在這里，模擬信號(hào)以單端方式輸進(jìn)，參考電壓為 5V，即 A／ D 模 擬量的輸進(jìn)范圍為 0～ 5V。在 確定某 根行線 位置為低 電平后 ，再逐 行檢 測(cè)各列 線的電 平狀 態(tài)。在 RS485通信網(wǎng) 絡(luò) 中一 般采用 的是 主從通 信方式 ，即 一個(gè) 主機(jī) 帶 多個(gè)從 機(jī)。 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(chǎng)環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，難免會(huì)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。 MAX813L 芯片 1 芯片特點(diǎn) MAX813L 監(jiān)控 電路 可用 于計(jì) 算機(jī)、 控制 器、 自動(dòng) 化設(shè)備 、智能設(shè)備及 微處理器 監(jiān)控中。 MAX485 有很多特點(diǎn)，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(gè)收發(fā) 器以及限流和熱敏控制電路 為驅(qū)動(dòng)器提供過(guò)載保護(hù)等。 38 RS485 的優(yōu)點(diǎn) 我們可以用 RS232 接口連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，但是，當(dāng)你需要在一個(gè)更長(zhǎng)的距離上或者比 RS232 更快的速度 下進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候， RS485 就是一個(gè)解決的辦法。把 要顯 示的數(shù) 字的 七段代 碼從 8255A輸出，就可點(diǎn)亮相應(yīng) 的段，顯示這個(gè)數(shù)字。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有按 下時(shí)， 所有的 輸出 端都是 高電平 ，代 表無(wú)鍵 按下 。在 實(shí)際運(yùn)用中我們選用的是 TL0838I 型號(hào)，滿足了實(shí)際需要。 OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（ OP07A 為 177。 4 稱(chēng) 重 傳 感器的基本應(yīng) 用 稱(chēng)重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變成電信號(hào)的力 電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器 的關(guān)鍵 性部件 。 彈性體 是一 個(gè)有特 殊形 狀的結(jié) 構(gòu)件。 采 集模 塊 惠斯登電橋 1 橋路形式 在應(yīng)變計(jì)的電測(cè)技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的測(cè)量電路是惠斯通電橋電路。 4）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。 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 核心控制新