【正文】 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。 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%。 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 。 6）電源方案：本設(shè)計(jì)中的電源主要有兩種：、 +5V 和 +12V。 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。 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。同時(shí) ，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件 可選的節(jié)電工作 模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 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。 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．?dāng) 四臂 電阻 R1=R2=R3=R4=R 時(shí)， 稱(chēng)為 等臂 電橋； 當(dāng)R1=R2=R,R3=R4=R39?！?R 時(shí)，稱(chēng)為電源對(duì)稱(chēng)電橋，本設(shè)計(jì)采用等臂電橋。 本設(shè)計(jì)采用全橋方式。本設(shè)計(jì)采用的是電壓輸出型，故只介紹電壓輸出型。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Δ R1=Δ R 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(chēng) 的 全 橋 工 作 形 式 ， R1=R+Δ R,R2=RΔR,R3=R+Δ R,R4=RΔ R，將上述條件代入式 (131)得 (133) 25 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。 稱(chēng)重傳感器 WPL110 1 電 阻 應(yīng) 變式稱(chēng)重傳感 器原理 電阻應(yīng) 變式稱(chēng) 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 小）， 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。 彈性體 是一 個(gè)有特 殊形 狀的結(jié) 構(gòu)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 。 因?yàn)槿?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(xiāo)，所以稱(chēng)重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 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。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。 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(chēng)量?jī)?chǔ)備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽 命。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、 27 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。 滿足整 臺(tái)電子 秤準(zhǔn) 確度的 要求。 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 。稱(chēng) 重模塊 是一 種用于 傳感器 的實(shí)用性 結(jié)構(gòu)部 件。稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn) 確度等級(jí)分為 A/B/C/D 四個(gè)級(jí)別，不同的級(jí)別有不同的誤差范圍。 WPL111 橋式稱(chēng)重傳感器結(jié)構(gòu)合理、使用簡(jiǎn)單、方便安裝。 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。高精度 、低功 效、全 密封 適用于 各類(lèi)惡 劣環(huán) 境。 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℃ 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 接線方式 電源 (+)紅線 ； 電源 ()綠線； 輸出 (+)黃線；輸出 ()白線 WPL110 圖片 展示 29 Op07 芯片 簡(jiǎn)介 Op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性（雙電源供電）運(yùn)算放大器集成電路。 OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（ OP07A 為 177。 特點(diǎn) OP07 有許多特點(diǎn)，如不超 過(guò) 150μ V 的超低偏移 ； 的低輸入偏置電流； V/℃的低失 調(diào)電壓漂移；177。 22V 的高電源電壓范圍。 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。 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。 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)。存全 8 位分辨率下，它答應(yīng)任意小的模擬電壓編碼間隔。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℃。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。 1LSB。 表 3 TLC0838 配置信息位的功能 控制位 選擇的模擬通道（ CH0CH7） Com Dif/Sgl Odd/Even Sel1 Sel0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 V+ V 0 0 0 1 V+ V 32 0 0 1 0 V+ V 0 0 1 1 V+ V 0 1 0 0 V+ V 0 1 0 1 V+ V 0 1 1 0 V+ V 0 1 1 1 V+ V 1 0 0 0 V+ V 1 0 0 1 V+ V 1 0 1 0 V+ V 1 0 1 1 V+ V 1 1 0 0 V+ V 1 1 0 1 V+ V 1 1 1 0 V+ V 1 1 1 1 V+ V 注： V+ —— 輸入電壓的正端， V—— 輸入 電壓的負(fù)端。 單 片機(jī)的接口電 路設(shè)計(jì) 圖 TLC0838 與 AT89C51 單片機(jī)的硬件接口電路 TLC0838 與 AT89C51 單片機(jī)的硬件接口電路的電路原理如圖 所示。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。四個(gè) 被測(cè) 信號(hào)接 成兩個(gè) 差動(dòng) 對(duì)稱(chēng)的 全橋 工作形 式，測(cè) 得的信號(hào)經(jīng)計(jì)算輸出范圍是 01V,而 TLC0838 的輸 入電壓范圍是 05V，故信號(hào)需放大 5 倍。在矩陣式 鍵盤(pán)中，每條水平線和垂 直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。 35 圖 矩陣式鍵盤(pán)電路圖 由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比 較多時(shí)，采用矩 陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。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 。具體的識(shí)別如下所述。 行掃描 法行掃 描法 又稱(chēng)為 逐行 (或列 )掃描 查詢 法，是 一種 最常用的按鍵識(shí)別方法，如上圖所示鍵盤(pán) ： 判斷鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下 ： 將 全部行線 PC7— PC4 置低電 平，然后檢測(cè)列線的 狀態(tài)。若所有列線均為高電平，則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下。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)。 顯 示模 塊 如圖 是一種由 8255A 接口芯 片、驅(qū)動(dòng)器和共 陰 極 LED 顯示器 構(gòu)成的數(shù)字顯示電路。若要顯示數(shù)字 0，應(yīng)使 g 段熄滅，其余段均點(diǎn)亮。同樣，可求 出 l 的編碼為 79H， 2 的編碼為 24H 等等。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。 通 訊模 塊 在電參數(shù)儀的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集由單片機(jī) AT89C51 負(fù)責(zé) ，上位 PC 機(jī)主要負(fù) 責(zé)通信 （包括 與單 片機(jī)之 間的串 行通 信和數(shù) 據(jù)的 遠(yuǎn)程通 信）， 以及數(shù)據(jù)處理等工作。通常 ，主控 PC 機(jī)和由單片機(jī) 構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相 距較遠(yuǎn)， 近則幾 十米， 遠(yuǎn)則 上百米 ，并且 數(shù)據(jù) 傳輸通 道環(huán) 境比較 惡劣， 經(jīng)常有大 容量的 電器（ 如電 動(dòng)機(jī)， 電焊機(jī) 等） 啟動(dòng)或 切斷 。 37 RS485 的簡(jiǎn)介 RS485 采 用差 分 信號(hào) 負(fù)邏 輯， 2V～ 6V 表示 “0” ， +2V～ +6V表示 “1” 。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)。而 忽略 了信號(hào) 地的 連接 ，這種 連接 方法在 許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因： (1)共模 干擾問(wèn)題： RS485 接口 采用差分方式傳輸信號(hào)方式 ，并不需要相對(duì) 于某個(gè)參 照點(diǎn)來(lái) 檢測(cè)信 號(hào)， 系統(tǒng)只 需檢測(cè) 兩線 之間的 電位 差就可 以了。當(dāng)網(wǎng) 絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。 由于 PC 機(jī)默認(rèn)的只帶有 RS232 接口，有兩種方法可以得到 PC 上位機(jī) 的 RS485 電路：（ 1）通過(guò) RS232/RS485 轉(zhuǎn)換電路 將 PC 機(jī)串口 RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RS485 信號(hào)，對(duì)于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品。 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。與之相 對(duì)應(yīng)，RS232 的最小 +5V 與 5V 輸出需要雙電 源或者一個(gè)價(jià)格昂貴的接口 芯片，這個(gè)接口芯片可以生成這些電源。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)。 4）快速 :比特率可以高達(dá) 10Mbps。 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。驅(qū)動(dòng)器不是限斜率的，允許它們以每秒 的速度發(fā) 送數(shù)據(jù)。 驅(qū)動(dòng)器具 有短路 電流限 制和 使用熱 關(guān)閉控 制電 路進(jìn)行 超功 耗保護(hù) 。 接收器 輸入端 具有 自動(dòng) 防止故 障的 特性， 當(dāng)輸 入端開(kāi) 路時(shí) ，確保 輸出 為高電 平。 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。若 A 大于 B200mVRO 為高，若相反 RO 為低 2 /RE 接收器輸出使能端。 4 DI 驅(qū)動(dòng)器輸入端。目前，在一些測(cè)控 系統(tǒng)中，存在電源 開(kāi)斷 、瞬時(shí)電壓不穩(wěn)等不安全因素，將會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)、信息丟失、運(yùn)行不穩(wěn)定等故障。 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。 MAX813L 當(dāng)供電電壓降至 以下將會(huì) 產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖，它 有 DIP、 SO 封