【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和輸出與 TTL、CMOS 電平兼容；時(shí)鐘頻率為 250kHz 時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μs；總調(diào)整誤差為177。1LSB。d) 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 。 LED 的 心 臟 是 一 個(gè) 半 導(dǎo)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6體 的 晶 片 ， 晶 片 的 一 端 附 著 在 一 個(gè) 支 架 上 ， 一 端 是 負(fù) 極 ， 另 一 端 連 接 電 源 的 正 極 ，使 整 個(gè) 晶 片 被 環(huán) 氧 樹(shù) 脂 封 裝 起 來(lái) 。 LED 體積小，耗電相當(dāng)?shù)停绷黩?qū)動(dòng)，超低功耗（單管 瓦） ，電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%。一般來(lái)說(shuō) LED 的工作電壓是 2，工作電流是 ；e) 通訊模塊的選擇：本設(shè)計(jì)采用 RS485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，R S485 驅(qū)動(dòng)器和接收器價(jià)格便宜，并且只需要單一的一個(gè)+5V（或者更低）的電源來(lái)產(chǎn)生差動(dòng)輸出需要的最小 的壓差。RS485 是一個(gè)多引出線接口，這個(gè)接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接受器，而不是限制為兩臺(tái)設(shè)備。利用高阻抗接受器，一個(gè) RS485 連接可以最多有 256 個(gè)接點(diǎn)，最長(zhǎng)可以達(dá)到 4000ft,比特率可以高達(dá) 10Mbps。f) 電源方案：本設(shè)計(jì)中的電源主要有兩種：、+5V 和+12V。+5V 為單片機(jī)、TLC083顯示、鍵盤(pán)、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(yùn)算放大器、傳感器和看門(mén)狗芯片的。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)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 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。第三章 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。圖 系統(tǒng)硬件框圖下面將具體介紹各個(gè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7 單片機(jī)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(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)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(yīng)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(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。測(cè)量電橋由于具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿足應(yīng)變測(cè)量的要求。 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?。電橋電路如圖 所示，它的四個(gè)橋臂由 RRRR4 組成。當(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=R4=R 時(shí)，稱為等臂電橋；當(dāng) R1=R2=R,R3=R4=R39?！賀 時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋；當(dāng) R1=R4=R，R2= R3=R39。≠R 時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋，本設(shè)計(jì)采用等臂電橋。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8 圖 電橋電路2 工作方式：?jiǎn)伪酃ぷ鳎弘姌蛑兄挥幸粋€(gè)臂接入被測(cè)量，其它三個(gè)臂采用固定電阻；雙臂工作：如果電橋兩個(gè)臂接入被測(cè)量，另兩個(gè)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(gè)橋臂都接入被測(cè)量則稱為全橋形式。本設(shè)計(jì)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(fù)載情況而定。本設(shè)計(jì)采用的是電壓輸出型，故只介紹電壓輸出型。當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，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(wú)窮大，這時(shí)電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開(kāi)路電壓，其表達(dá)式為： (131)對(duì)于等臂電橋 R1=R2=R3=R4=R ，當(dāng) R1 的電阻增量 ΔR1=ΔR 時(shí)，可得輸出電壓為： (132) 在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè)被測(cè)信號(hào)接成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)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(dòng)作用，它的輸出電壓為單臂工作時(shí)的 4倍，所以大大提高了測(cè)量的靈敏度。本設(shè)計(jì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(yīng)變式稱重傳感器原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)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(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流） ，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。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)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)（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)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。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?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，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(wèn)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?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷(xiāo)，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(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)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(gè)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(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。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，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，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(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。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其 30%～70%量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的 20%～30% 之內(nèi)，使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(lèi)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(huì)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(diǎn)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(jì)價(jià)秤、平臺(tái)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(chē)衡、天車(chē)秤等；柱式傳感器適用于汽車(chē)衡、動(dòng)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(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。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)槔碚撏艿娇陀^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。4 稱重傳感器的基本應(yīng)用稱重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過(guò)載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域如電子汽車(chē)衡、電子臺(tái)秤、電子叉車(chē)、動(dòng)態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)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(shè)計(jì)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(dòng)復(fù)位與調(diào)心功能。高精度、低功效、全密封適用于各類(lèi)惡劣環(huán)境。適用于汽車(chē)衡、軌道衡以及各類(lèi)電子衡器等。 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(hào) 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(diǎn)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(guò)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(jì)說(shuō)明書(shū)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(jiǎn)介Op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運(yùn)算放大器集成電路。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。OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A 為177。2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A 為 300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。 特點(diǎn)OP07 有許多特點(diǎn)，如不超過(guò) 150μV 的超低偏移； 的低輸入偏置電流；℃的低失調(diào)電壓漂移；177。3V 至177。22V 的高電源電壓范圍 芯片引腳功能說(shuō)明：（引腳如圖 所示，說(shuō)明如表 2 所示）圖 OP07 芯片引腳圖表 2 OP07 引腳說(shuō)明OP07 引腳 說(shuō)明 OP07 引腳 說(shuō)明1 調(diào)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(diào)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(dāng) R1= R2 ，R 3= Rf時(shí)，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)12 （135）)(1210URIf??當(dāng) R1= R2 ，R 3= Rf時(shí)，U0=UI2 UI1 （136） 由于信號(hào)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(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 。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(guò)軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)，故本設(shè)計(jì)采用 TLC0838。 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。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。這些接口在與微控制器連接時(shí)可以配置成移位寄存器，其多路器可由軟件配置為單端或差分輸進(jìn)，也可以配置為偽差分輸進(jìn)。另外，其輸進(jìn)基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。存全 8 位分辨率下，它答應(yīng)任意小的模擬電壓編碼間隔。由于 TLC0838 采用的是串行輸進(jìn)結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省 51 系列單片機(jī)I／O 資源，價(jià)格也較適中。其種類(lèi)有貿(mào)易級(jí)別，工作環(huán)境為 0℃～+70℃，_T 業(yè)級(jí)別，工作環(huán)境為－40℃～+85 ℃。更高的可達(dá)－40℃～+125 ℃。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。TLc0838 具有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)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(shí)鐘頻率為 250kHz 時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μs ；總調(diào)整誤差為177。1LSB。：TLC0838 可通過(guò)和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來(lái)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(jì)說(shuō)明書(shū)13對(duì)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。表 3 TLC0838 配置信息位的功能控制位 選擇的模擬通道（CH0CH7） ComDif/Sgl Odd/Even Sel1 Sel0 0 1 2 3 4 5 6 70 0 0 0 V+ V0 0 0 1 V+ V0 0 1 0 V+ V0 0 1 1 V+ V0 1 0 0 V+ V0 1 0 1 V+ V0 1 1 0 V+ V0 1 1 1 V+ V1 0 0 0 V+ V1 0 0 1 V+ V1 0 1 0 V+ V1 0 1 1 V+ V1 1 0 0 V+ V1 1 0 1 V+ V1 1 1 0 V+ V1 1