【文章內容簡介】 小于 1V，LED 的域值 ～） 。 方案的確定本次設計采用 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方便、靈活。 與系統(tǒng)相關的技術方案包括：看門狗的選擇、傳感器的選擇、A/D 轉換轉換器的選擇、顯示器的選擇、通訊模塊的選擇及電源方案等。a) 看門狗的選擇：看門狗芯片可以選擇 X25045 和 MAX813L 等。X25045 內部沒有故障檢測，而 MAX813L 內部自帶了看門狗躍遷檢測器，故選用 MAX813L。它有加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出，復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位輸入；8 引腳 DIP 封裝。 b) 傳感器的選擇：橋式稱重傳感器有 WPL1CL110 等, CL110 的額定載荷是10～30t，而 WPL110 的額定載荷 是 10～50t ，故本設計選擇 WPL110。它抗偏載，組合壓頭具有自動復位與調心功能。高精度、低功效、全密封，適用于各類惡劣環(huán)境。量程是 10～50t ，綜合精度達到 0．02（線性+ 滯后+重復性），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 。c) A/D 轉換轉換器的選擇：A/D 轉換轉換器，根據(jù)輸出的信號格式，可分為并行A／D 和串行 A／D。并行方式一般在轉換后可直接讀取數(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。故本設計采用串行A／DTLC0838。TLC0838 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉換器。具有輸進可配置的多通道多路器和串形輸進輸出方式。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 輸進通道；單 5V 供電，范圍為 0～5V：輸進和輸出與 TTL、CMOS 電平兼容；時鐘頻率為 250kHz 時，其轉換時間為 32μs；總調整誤差為177。1LSB。d) 顯示器的選擇：本設計采用 LED（ Light Emitting Diode） ， 發(fā) 光 二 極 管 ，它 是 一 種 固 態(tài) 的 半 導 體 器 件 ， 它 可 以 直 接 把 電 轉 化 為 光 。 LED 的 心 臟 是 一 個 半 導蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書6體 的 晶 片 ， 晶 片 的 一 端 附 著 在 一 個 支 架 上 ， 一 端 是 負 極 ， 另 一 端 連 接 電 源 的 正 極 ，使 整 個 晶 片 被 環(huán) 氧 樹 脂 封 裝 起 來 。 LED 體積小，耗電相當?shù)?，直流驅動，超低功耗（單? 瓦） ，電光功率轉換接近 100%。一般來說 LED 的工作電壓是 2，工作電流是 ；e) 通訊模塊的選擇：本設計采用 RS485 通訊網(wǎng)絡協(xié)議，R S485 驅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。RS485 是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅動器和接受器，而不是限制為兩臺設備。利用高阻抗接受器，一個 RS485 連接可以最多有 256 個接點，最長可以達到 4000ft,比特率可以高達 10Mbps。f) 電源方案：本設計中的電源主要有兩種：、+5V 和+12V。+5V 為單片機、TLC083顯示、鍵盤、蜂鳴器、MAX813L 及 MAX485 的模擬電源與數(shù)字電源； +12V 的電源是供給運算放大器、傳感器和看門狗芯片的。綜上所述，我們本次設計采用 51 系列的 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機動車載重量轉換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓信號放大后送到 A/D 轉換芯片 TLC0838 轉換成數(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)可通過鍵盤設定，鍵盤還可解除聲光報警。第三章 系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)主要由看門狗模塊、通訊模塊、鍵盤模塊、采集模塊和顯示模塊組成，硬件框圖如圖 所示。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。蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書7 單片機AT89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C51 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。芯片圖如圖 所示。 采集模塊 惠斯登電橋1 橋路形式在應變計的電測技術中，應用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結構簡單、精度高、容易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點，因此能很好地滿足應變測量的要求。 電橋根據(jù)電源的性質分直流電橋和交流電橋兩種，當 Ui 為直流時該電橋為直流電橋。電橋電路如圖 所示，它的四個橋臂由 RRRR4 組成。當四臂電阻R1=R2=R3=R4=R 時，稱為等臂電橋；當 R1=R2=R,R3=R4=R39?！賀 時，稱為輸出對稱電橋；當 R1=R4=R，R2= R3=R39?！賀 時，稱為電源對稱電橋，本設計采用等臂電橋。 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書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。本設計采用全橋方式。電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負載情況而定。本設計采用的是電壓輸出型，故只介紹電壓輸出型。當電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。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 R1 的電阻增量 ΔR1=ΔR 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+ΔR,R2=RΔR,R3=R+ΔR,R4=RΔR，將上述條件代入式(131)得 (133) 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。本設計中用的傳感器是 WPL110，它輸入阻抗是 770Ω，輸出阻抗是 700Ω，即蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書9ΔR=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。 稱重傳感器 WPL1101 電阻應變式稱重傳感器原理電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流） ，從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質的應變場（區(qū)） ，使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉換任務。2 檢測電路檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。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。3 稱重傳感器的選擇稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。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。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。但在實際使用時，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、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。根據(jù)經(jīng)驗，一般應使傳感器工作在其 30%～70%量程內，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時，一般要擴大其量程，使傳感器工作在其量程的 20%～30% 之內，使傳感器的稱量儲備蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書10量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。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。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構型式、彈性體的材質等特點規(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、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。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。滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準確度選擇的時候，應使傳感器的準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確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟效益，確保達到目的。4 稱重傳感器的基本應用稱重傳感器主要應用在各種電子衡器、工業(yè)控制領域、在線控制、安全過載報警、材料試驗機等領域如電子汽車衡、電子臺秤、電子叉車、動態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計價秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。綜合考慮以上因素，本設計采用橋式稱重傳感器 WPL110。橋式稱重傳感器、抗偏載，組合壓頭具有自動復位與調心功能。高精度、低功效、全密封適用于各類惡劣環(huán)境。適用于汽車衡、軌道衡以及各類電子衡器等。 WPL110 的技術參數(shù)如表 1 所示：表 1 WPL110 的技術參數(shù)型號 WPL110量程 10～50t綜合精度 0．02( 線性+滯后 +重復性)靈 敏 度 　mV/V零點溫度影響 177?！?％F?S/10℃輸出溫度影響 177?！?％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 合金鋼蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書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。由于 OP07 具有非常低的輸入失調電壓（對于 OP07A 最大為 25μV） ，所以 OP07 在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07 同時具有輸入偏置電流低（OP07A 為177。2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A 為 300V/mV）的特點，這種低失調、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。 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；℃的低失調電壓漂移；177。3V 至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 R1= R2 ，R 3= Rf時，蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書12 （135）)(1210URIf??當 R1= R2 ，R 3= Rf時，U0=UI2 UI1 （136） 由于信號需放大 5 倍，取 R1=R2=10KΩ，R 3=Rf=50KΩ,正好滿足要求。圖 OP07 的差分減法電路 TLC0838 芯片A／D 轉換轉換器，根據(jù)輸出的信號格式，可分為并行 A／D 和串行 A／D 。并行方式一般在轉換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、