【文章內(nèi)容簡介】 對嚴格，故未采用。 方案二：選用 12位逐次比較式 ADC，此方案經(jīng)小信號放大、調(diào)理電路，可直接連接單片機，也可以可滿足精度要求，故采用此方案。 主控制器模塊方案選型 根據(jù)本設(shè)計與主控制系統(tǒng)的功能要求，以及性價比的最大化這里選用 51 單片機。 而且以單片機為主控制器的設(shè)計，可以容易地將計算機技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。 數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型 本設(shè)計只需要顯示出所稱實物的實際重量 ，由于 LED 耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高等優(yōu)點，再加上驅(qū)動簡單，容易利用單片機對其進行控制和編程等特點 選用 LED 顯示。 報警模塊方案選型 報警電路只在實物超出人為設(shè)定的值時，才被單片機驅(qū)動。在這就是對使用者有個提醒作用，人為使用普通的聲光報警就可以。我們選用蜂鳴器與發(fā)光二極管來設(shè)計報警電路。 基于單片機的貨車智能稱重儀設(shè)計 10 第四章 貨車 稱重儀的 硬件結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計 對于 貨車 稱重系統(tǒng)來說，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，也是系統(tǒng)的所有功能的基礎(chǔ)。硬件的選擇和所選硬件的性能對系統(tǒng)的功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)的精度都有直接的影響，系統(tǒng) 的設(shè)計成功與否很大程度上取決于硬件系統(tǒng)的設(shè)計。對于本系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)的設(shè)計可分為以下幾個部分：機械部分和電路部分。機械部分就是稱重平臺的設(shè)計；電路部分包括傳感器的選擇及其信號調(diào)理電路的設(shè)計、單片機系統(tǒng)設(shè)計、 A／ D 轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計、顯示電路設(shè)計、報警電路等。 貨車 稱重系統(tǒng)的稱重平臺設(shè)計 機械部分主要由稱重稱體和傳感器構(gòu)成。稱體采用具有一定剛度計量平臺。稱重平臺的設(shè)計可采用能有防沖擊結(jié)構(gòu)、有效抵抗 貨車 長期對稱重臺的沖擊收費車道稱重系統(tǒng)的稱重平臺。本設(shè)計中稱重平臺采用廣東佛山市普量電子有限公司 的WPL401/402 柱式稱重傳感器 ，稱重量程范圍為 010T。如圖 所示 圖 傳感器稱重平臺設(shè)計 圖 稱重傳感器的原理分析 稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器應(yīng)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(guān)重要，它關(guān)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。 稱重傳感器的分類及選擇 行駛方向 LCD 顯示屏 WPL401/402 柱式傳感器 稱重平臺 聲光報警 基于單片機的貨車智能稱重儀設(shè)計 11 測 量重量的傳感器有很多種，按工作原理分有彈性力平衡式壓力傳感器、感應(yīng)式傳感器、應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、霍爾式壓力傳感器、電容式、光纖式、數(shù)字式傳感器等。選擇傳感器要考慮以下幾點： （ 1）數(shù)量的選擇 根據(jù)稱重系統(tǒng)的用途、秤體需要支撐點數(shù)而定，使用時根據(jù)實際情況來確定。 (2)量程的選擇 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。 (3)準確度的選擇 傳感器的準確度等級包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標。在選用傳感器的時候，不要單純追求高等級的傳感器，而既要考慮滿足電子秤的準確度要求，又要考慮其成本。 (4)使用環(huán)境及介質(zhì)性能的考慮 根據(jù)環(huán)境條件和被測介質(zhì)的性能綜合選擇。 (5)傳感器型號 傳感器型號的選擇要考慮各種類型傳感器的適用范圍。這主 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。 總之，既要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟效益，確保達到高性價比。從上述幾點綜合考慮，本課題選用常用的電阻應(yīng)變式稱重傳感器 [15]。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器的原理分析 電阻應(yīng)變式稱重傳感器的特點為：精度高，測量范圍廣；使用壽命長，性能穩(wěn)定可靠；可在高低溫、高速、高壓、強烈振動、強磁場、潮濕等惡劣環(huán)境正常工作；結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕；價格便宜，品種多樣，便于選擇和大量使用；頻率響應(yīng)較好，即可用于 貨車 稱重測量。 電阻應(yīng)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(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)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(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。下面就這三方面簡要論述。 基于單片機的貨車智能稱重儀設(shè)計 12 （ 1）電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。我們來介紹一下它的意義。設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為 L，橫截面是半徑為 r 的圓形，其面積記作 S，其電阻率記作 ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為 R： （ 1— 1） 當他的兩端受 F 力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長Δ L，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少 。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作 。 對式（ 1— 1）求全微分，即求出電阻絲伸 長后，他的電阻值改變了多少。我們有： （ 1— 2） 用式（ 1— 1）去除式（ 1— 2）得到 （ 1— 3） 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積 ，則 ，所以 （ 1— 4） 從材料力學我們知道 （ 1— 5） 其中，負號表示伸長時 ，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（ 1— 4）式（ 1— 5）代入式（ 1— 3），有 = = （ 1— 6） 其中 （ 1— 7） 基于單片機的貨車智能稱重儀設(shè)計 13 式（ 1— 6）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。 需要說明的是：靈敏度系數(shù) K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材 料的 K 值一般在— 之間；其次 K 值是一個無因次量，即它沒有量綱。 在材料力學中Δ L/L 稱作為應(yīng)變，記作 。用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便。常常把它的百萬分之一作為單位，記作 。這樣，式（ 1— 6）常寫作： (1— 8) (2) 彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)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(zhì)的應(yīng)變場（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)變電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 （ 3）檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)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(cè)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(yīng)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。如圖 圖 惠斯登全橋式等臂電橋 電阻應(yīng)變片把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn) 換為△ R/R 后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化一般都很微小，難以直接精確測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片 基于單片機的貨車智能稱重儀設(shè)計 14 的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。由于直流電橋的特點是信號不會受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應(yīng)變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放大器放大。上圖 為一直流供電的平衡電阻電橋， 接直流電源 E。 當電橋輸出 Uo 端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓輸出。當忽略電源內(nèi)阻時，由分壓原理有： )= (1— 9) 當滿足條件 時，即 (2— 0) U0=0,即電橋平衡。式（ 2— 0）稱平衡條件。 傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計 放大電路設(shè)計 由于稱重傳感器轉(zhuǎn)換后的電壓信號是幅度很小的毫伏級差動信號，很難直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此需要對這一模