【正文】 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?！?R 時， 稱為輸出對稱電橋； 當(dāng) R1=R4=R， R2= R3=R39。電橋電路如圖 所示 ，它的四個橋臂由 RR R R4 組成 。測量電 橋由于 具有靈 敏度 高、測 量范圍 寬、 電路結(jié) 構(gòu)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(yīng)變測量的要求。 芯片圖如圖 所示?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器， 串行通信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。 單 片機 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器 ， 128 23 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量 兩級中斷 結(jié)構(gòu)， 一個全 雙工 串行通 信 口， 片內(nèi) 振蕩器 及 時 鐘電路 。 22 3 系 統(tǒng)的硬件設(shè)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。 +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。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。一般 來說 LED 的工作電壓是 ，工作電流是； 5）通訊模塊的選擇：本設(shè)計采用 RS485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， RS485 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 。 LED的心臟 是一個 半導(dǎo)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。 1LSB。具有輸進可配置的多通道多路器和串形輸進輸出方式。故本設(shè)計 采用串行 A／ DTLC0838。 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)輸出的信號格式，可分為并行 A／ D 和串行 A／ D。高精度、 低功效、全密封，適用于各類惡劣環(huán)境。 2）傳感器的選擇：橋式稱重傳感器有 WPL1 CL110 等 , CL110 的額定載荷是 10～ 30t，而 WPL110 的額定載荷 是 10～ 50t ，故本設(shè)計 選擇 WPL110。X25045 內(nèi)部沒有故障檢測，而 MAX813L 內(nèi) 部自帶了看門狗躍遷檢測器 ，故選用 MAX813L。 與系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)方案包括：看門狗的選擇、傳感器的選擇、 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選擇、顯示器的選擇、通訊模塊的選擇及電源方案等。 作輸出 腳使 用，欲 進行 高電平 驅(qū)動時 ，得利用外電路來實現(xiàn)， I/O 腳不通，電 流經(jīng) R 驅(qū)動 LED 發(fā)光；低電 平時，I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導(dǎo)通時對地的電壓降小于 19 1V， LED 的域值 ～ ）。低電平時，吸入電流可達 20mA，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十μ A 甚至更?。?電流實際 上是由 腳的上 拉電 流形成 的）， 基本 上沒有 驅(qū)動 能力。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時，各 I/O 口均置高電平）。雖然 其他種 類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。 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 系列沒有類似累加器 A 的結(jié)構(gòu)，它主要是通過 R16～ R31 寄存器來實現(xiàn) A 的功能。它取 消機器 周期 ，以時 鐘周 期為指 令周期 ， 18 實行流水作業(yè)。 系統(tǒng)硬件框圖如下所示 : 圖 基于 51 系列單片機的系統(tǒng)硬件框圖 本次設(shè)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(zhuǎn)換成電壓信號；然后通過放 大電路將電壓調(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，上位機與 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； 參數(shù)可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤還可解除報警。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 片機判斷是否超載，超載要 發(fā)出報警。主控制板主要由 AVR 單片機、 CPLD、濾 波電路、電平轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。 方 案設(shè) 計 方案一 處理器基于 AVR 的機動車超載檢測系統(tǒng)。 圖 以單片機為處理器的系統(tǒng) 本設(shè)計 為車輛 超載 檢測系 統(tǒng)的 設(shè)計， 要求 能夠判 斷車 輛是否 超載并且在超載時能夠提供報警和顯示超載的重量。 （ 5）與上位機的通信（標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通信）。 （ 4）掉電保護。 （ 3）鍵盤輸入。 （ 2）測量數(shù)據(jù)的處理。 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。 15 系 統(tǒng)主 要技 術(shù)指 標(biāo) 本系統(tǒng)所實現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)如下 : （ 1）參數(shù)測量誤差范圍為不大于177。 主 要設(shè) 計（ 研究 ）內(nèi) 容 本設(shè)計 涉及一 基于 單片機 設(shè)計 的機車 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，送 到變送 器處 理后， 再傳 送到計 算機， 經(jīng)過分析判斷，就會對超載車輛發(fā)出警報。 用于計重收費的場合，固定式 WIM 系統(tǒng)一般 安裝在收費口或匝道口，在 與ITS 系統(tǒng)相配的情形下，車速一般不會高于 40km/h。 D)低速 WIM 系統(tǒng)的造價和維 護費用都要低于高速 WIM 系統(tǒng)。機遇 是在 沒有國 際權(quán)威 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 的情形 下，我 國有 了領(lǐng)先 設(shè)立國 際標(biāo) 準(zhǔn)的機 會。 C) 目 前國際 上還 沒有 規(guī)范 且權(quán) 威的 車輛 動態(tài) 稱重 技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn) ，僅有 14 一個得到西方國家承認的國際參考標(biāo) 準(zhǔn) ASTM E1318— 94。 B) 稱 重傳感 器的 壽命 將制 約車 輛動 態(tài)稱 重系 統(tǒng)的 廣泛 使用 ，這是國內(nèi)業(yè) 界應(yīng)當(dāng) 認真面 對的 問題。 這是 由于采 用微控 制器 后，對 動態(tài) 稱重信 號的實 時分析成 為可能 ，如機 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， 使車輛 動態(tài) 稱重技 術(shù)的國 內(nèi)發(fā)展展望。 （ 3）應(yīng)用高性能微控制器。 （ 2）注重模型和實踐檢驗 。 國 內(nèi)外 汽車 動態(tài) 稱重 系統(tǒng) 發(fā)展 動向 盡管對 車輛動 態(tài)稱 重系統(tǒng) 的研 究己經(jīng) 有了 很大進 展， 但在研 究過程中還存在許多問題需要解決： 13 （ 1）研究稱重本體。6% 不等 [13]，但在 16km/h 以上更快速度下，會產(chǎn)生非真實的 車重值 甚至?xí)?由于 檢測速 度不夠 快而 導(dǎo)致丟 軸重 的情 況 發(fā)生。并 且，國 內(nèi)與其 配套 的精度 較高 的車輛 動態(tài)稱 重顯示控制器儀表，在 16km/h 以內(nèi)的勻速過秤測試中，單軸載重測量的平均誤差從 177。 目前， 在我國 廣泛 使用著 的車 輛動態(tài) 稱重 系統(tǒng)， 動態(tài) 稱重裝 置的秤體仍然 是采用 秤體平 臺跨 接在傳 感器上 ，使 稱重物 的重 量經(jīng)過 秤體結(jié) 構(gòu)再傳遞 到傳感 器上的 簡支 梁型的 橋式結(jié) 構(gòu)。純 技術(shù)手 段的 研究仍 較少 見。尤其是運用技術(shù)手段對車輛超載行為進行“主動”治理。 現(xiàn)有的 靜態(tài)稱 重系 統(tǒng)和動 態(tài)稱 重系統(tǒng) 很難滿 足要求。 遍存在 的問題 是： 設(shè)備質(zhì) 量重 ，安裝 困難 ，工作 效率 低，影 響交通通行， 甚至誘 發(fā)交通 事故 ，危及 稽查人 員的 人身安 全。 1992 年，由歐洲高速公路系統(tǒng)研究實驗室聯(lián)盟 (FEHRI)發(fā)起。為 了避 免超限 超載 車輛引 發(fā)的一 系列危害，歐共體成員國和美 國、加拿大等國 在上世紀 50 年代就開始對 汽車動態(tài)稱重系統(tǒng) (weigh— in— motion． 簡稱 WIM)進行研究并取得了相應(yīng) 11 的成果。 超載，是 指汽車 裝載的 貨物 超過汽 車本身 的額 定載重 量。 載貨汽 車超載 現(xiàn)象普遍 存在。 國 內(nèi)外 汽車 動態(tài) 稱重 系統(tǒng) 研究 現(xiàn)狀 公路的 快速發(fā) 展對 國民經(jīng) 濟的 促進作 用已 為多年 來持 續(xù)發(fā)展 的經(jīng)濟所證明 。 要判斷 汽車是 否超 載首先 要知道 車輛 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 測量出 物體的 質(zhì)量進而 實現(xiàn)對 汽車超 載的 監(jiān)控， 而且精 度可 以做的 很高 。雖然 各種 動態(tài)稱 重的原 理不 同，但 是目 前大部 分動態(tài) 稱重傳感器的缺點有精度低、壽命短、易受電磁十?dāng)_等。動 態(tài)稱 重系統(tǒng) 一般 安裝在 高速公 路收費站 前，當(dāng) 汽車駛 過的 時候， 重量被 記錄 下來， 顯示 給高速 公路的 路政管理 人 員。 若能 實現(xiàn)對 汽車的 動態(tài) 稱重， 則可 以很好 的解決 這些問題 。 傳統(tǒng)的 稱重方 法是 采用基 于電量 學(xué)的 汽車衡 (地秤 )， 然而 這種傳統(tǒng)的電量 學(xué)汽車 衡在耐 久性 指標(biāo)上 難以滿 足實 際工程 需要 ，因為 它具有 成本高、 精度低 、功能 簡單 、穩(wěn)定 性重復(fù) 性差 、靈敏 度低 和零點 漂移大 以及維修 復(fù)雜等 缺陷， 這樣 就給計 量工作 帶來 了的誤 差， 從而使 國家稅 費流失。 在高速 公路上 交警 若懷疑 某車 超載則 讓其 停車， 到指 定 的檢 測點進行靜態(tài)稱重，以確定其超載及超載量。要遏 制超限 運輸 ，最大 可能 的減少 超限運 輸造成的 危害， 需要做 很多 方面的 工作， 實現(xiàn) 對公路 汽車 的動態(tài) 稱重， 無疑是其中很重要的一環(huán)。如果車輛 經(jīng)常嚴重超載通過橋梁，即使設(shè) 計標(biāo)準(zhǔn) 較高的 水泥 混凝土 橋梁也 會產(chǎn) 生橋梁 撓度 增大， 水泥混 凝土過早 開裂， 逐步引 起鋼 筋銹蝕 ，而在 橋梁 的薄弱 環(huán)節(jié) ，則會 出現(xiàn)伸 縮縫接口 出現(xiàn)鋼 材焊口 開焊 、橋頭 填土下 沉， 甚至還 可能 由于我 國公路 超重運輸 現(xiàn)象也 十分普 遍和 嚴重， 車主通 過改 裝車身 、后 橋和輪 胎來大 幅 9 度提高 貨車的 裝載能 力。例如， 2020 年，由于國際油價的飆長，國內(nèi)成品油價格也相繼提高，某 些未進 行超限 超載 試定的 省份或 地區(qū) ，運輸 公司 或承運 者惡意 違反道路交通規(guī)定，使車輛嚴重超限超載上路運輸。 （ 6）嚴重擾亂運輸市場 秩序。正 常營運 的貨車，保守地按每車平均超 載 15 噸來計算 ，每年流失的養(yǎng)路費高達 4 萬元，從 全國證 常營運 的貨 車數(shù)量 不難算 出國 家每年 因車 輛超載 而流失 的稅費將 是一個 龐大的 數(shù)目 。 （ 5）擾亂國家養(yǎng)路費和路橋收費政策，使 國家稅費大量流失，導(dǎo)致不公平 競爭。 由于超 載車輛 行駛 速度難 以提 高，形 成移動 瓶頸，影 響鄰車 司機的 視野 ，造成 車輛行 駛緩 慢，漫 漫車 龍前后 綿延數(shù) 十公里。 （ 4）降低公路的使用效率 和影響交通。廣東京珠高速公路粵境 北段開通半年就已經(jīng)死傷 80 多人，經(jīng)交通 部門的專 家分析 ，與車 輛嚴 重超載 超限有 直接 關(guān)系。近 年來我國 發(fā)生的車輛連環(huán)相撞特大交通事 故，許 多均與 車輛 的超載 有關(guān)。車輛超載必然使發(fā) 動機超負荷運轉(zhuǎn)，從而排出的濃 煙和噪 聲是正 常情 況下的 幾倍， 對自 然和社 會環(huán) 境的危 害是顯 而易見的。車輛 超載會增 加車輛 對路面 的損 害，按 照國際 上通 用的計 算方 法，汽 車軸載 質(zhì)量對公路路面的破壞關(guān)系服從“十六次方法則”，即汽車軸載質(zhì)量每增加一倍，公路受損將增加 16 倍 ,全國公路每 年因車輛超載造成的損失超 過300 億元。在理論上，公路的使 用壽命 的設(shè)計 年限 是根據(jù) 《公路 工程 技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)》 的規(guī)定 來計算 設(shè)計的，在我國公路路面的荷 載為單軸雙輪荷載 10 噸來 設(shè)計的，司機若 按 7 這個荷 載承載 貨物運 輸， 是不會 對公路 路面 造 成大 的損 害的， 而且， 不會增加 公路管 理局對 公路 路面的 維護量 。 選 題背 景 隨著 我 國 經(jīng) 濟 和 交 通事 業(yè) 的 發(fā) 展 全 國 公 路 總里 程 不 斷 增 長路 網(wǎng) 條件不斷 改善公 路運輸 獲得 了快速 發(fā)展公 路貨 運量己 成為 各種運 輸方式 貨運量之 首貨物 周轉(zhuǎn)量 也逐 年增加 然而長 期以 來公路 貨運 卻出現(xiàn) 了一種 非法超限 運輸?shù)?怪現(xiàn)象 即超 高超寬 超長超 重運 輸據(jù)不 完全 統(tǒng)計超 限運輸 的比率占貨運車輛的 50%以上 超載量平均為 倍車輛超載大大縮短了交通基 礎(chǔ)設(shè)施 的使用 壽命 給國家 造成巨 大的 經(jīng)濟損 失同 時因超 載超限 運輸引發(fā) 的交通 事故也 日益 增多威 脅著人 民的 生命安 全嚴 重影響 了公路 的正常運行。 本設(shè)計是 車