动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计——软件部分_毕业论文.doc

西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计（论文）题目：动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计 -软件部分 系 别： 电子信息系 专 业： 电气工程及其自动化 2012年 6月毕业设计（论文）任务书系别 电信学院 专业 电气工程及其自动化 班 080305 姓名 学号08030524 1.毕业设计（论文）题目：动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计软件部分 2.题目背景和意义：动态称重技术是在静态称重技术基础上发展起来的，主要包括动态轨道衡和动态汽车衡两种形式。目前动态汽车衡的称重准确度还比较低。主要原因除了汽车通过称重台时称重信号瞬态变化不易稳定之外，轮胎转矩对称重传感器的附加作用没有得到认真考虑，而此附加作用与车胎受压变形程度有直接关系。 本题目拟采用单片机、模拟数字电子、红外光传感等技术实现普通汽车车胎受压变形程度参数的动态测量。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：自主设计一个典型单片机系统，含以下部分及功能： i. 典型51内核的单片机系统程序（推荐采用intel公司51系列、atmel公司89系列、silabs公司的c8051f系列、stc公司的stc12c/10f系列）。 ii. 车胎受压变形程度参数算法。 iii. 车速算法。 iv. 双四位led车胎压变参数、车速显示。 v. 标准rs232协议半双工通信。 vi. 常规可靠性设计。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：毕业设计（论文）工作 12年 02 月 22 日起至 12年 06 月 24日止 毕业设计（论文）进行地点： 金花校区教六楼601 作为毕业设计，应完成以下工作： i. 熟练掌握专业电工、电子（模、数）技术。 ii. 掌握动态汽车衡结构、工作原理等专业技术。 iii. 熟练掌握mcs-51系列单片机工作原理及应用技术。（3月上旬前） iv. 系统软件设计。 v. 系统软件通过计算机编辑、编译。（4月下旬前） vi. 在通过仿真软调的基础上，进行系统联机调试。（5月下旬前） vii. 写出毕业论文（电子版）。6月上旬前） 5.毕业设计（论文）的工作量要求：i. 论文（字数）： 2-3万字 ii. 外文翻译（字数）： 5000字以上 实验（时数）*或实习（天数）： 20天 图纸（幅面和张数）*： sch、pcb图（a4图幅4份以上） 其他要求： 参考文献（篇数）： 15篇以上（含3篇以上外文 ） 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月 日说明：1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计-软件部分摘 要50随着我国市场经济的发展，公路交通量迅速增长，汽车的超载现象越来越严重。因此，为了对超载车辆进行严格的管理，确保公路，桥梁的安全使用，对路面行驶车辆的轴载监测具有重要的意义。同时它又能广泛地应用于自动交通调查，收费系统，交通安全管理等场合，产生巨大的社会和经济效益，并可推广应用于工矿企业，海关，港口，码头，废料站等载货车辆的监测和管理。本题目拟采用单片机、模拟数字电子、红外光传感等技术实现普通汽车车胎受压变形程度参数的动态测量。汽车衡主要是由称体、称重传感器、显示控制仪表等部分组成。个部分之间的功能衔接都依赖于计算机网络技术，对个部分进行优化设计后，能使其更好的服务于社会。关键词：电子汽车衡；单片机；红外光线阵dynamic vehicle system tire pressure deformation and speed detection-software partabstractas the rapid growth of road traffic volume and chinas market economy, vehicle overloading is more and more serious. therefore, in order to overloading of vehicles on the strict management to ensure that roads, bridges the safe use of vehicles on the road axle-load monitoring is of great significance. at the same time, it can widely used in automatic traffic investigation, charge system, safety management and so on, have a tremendous social and economic benefits can be applied to industrial and mining enterprises, customs, ports, terminals, stations and other waste laden vehicles monitoring and management.in this paper we use analog and digital electronics, such as infrared light sensing technology to achieve an ordinary car tire pressure on the dynamic deformation measurement parameters.it is made of weighing sensor, display control instrument parts. between the functional parts are dependent on the convergence of computer network technology, to optimize the design of parts, will make it a better service to the society.key words: electronic truck scale、 single-chip、infrared light array目 录1 绪论11.1设计题目11.2 本次设计的背景资料11.2.1背景资料11.2.2动称重系统的分类标准与规范21.3本次设计的目的和意义31.4本次设计的主要工作和进程42 汽车衡系统介绍52.1 汽车衡系统组成52.2 系统的主要原理和拟采用的方案52.2.1称重原理52.2.2车轮参数部分72.2.3 车速测量83 主要器件及开发工具简介93.1 at89c51概述93.2一体化红外接收头siemens sfh 506-38123.3 ad976芯片介绍133.3.1主要特性133.3.2内部结构143.3.3 a/d976a的数据转换图143.3.4外部特性（引脚功能）153.4 数码管163.4.1数码管简介163.5 at89c51单片机开发工具简介173.5.1 开发工具概述173.5.2 完成所需软件部分的主要流程183.5.3 软件界面简介184 软件各个模块设计194.1软件初始化及主程序194.2检测及弦长的测量与速度214.2.1弦长与车速获得方案214.2.2定时器的应用224.2.3读取红外编码234.3称重传感器数据的采集244.3.1数据采集方案简介244.3.2a/d数据转换子程序254.4延时部分264.4.1延时程序的作用264.4.2延时子程序264.5显示部分284.5.1显示方式284.5.2动态扫描显示子程序285 总 结31参考文献32致 谢34毕业设计（论文）知识产权声明35毕业设计（论文）独创性声明36附 件371 绪论1 绪论1.1设计题目动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计软件部分1.2 本次设计的背景资料1.2.1背景资料公路动态称重系统的研究最早可追溯到上个世纪50年代末。美国作为全球经济发展最快的超级大国，最先体会了车辆超载运输的危害并于1958年开始了为期16年的车辆动态称重系统的研究2引。之后的半个多世纪里，南非，德国，法国，英国，匈牙利，口本等国家相继启动了关于这个课题的研究，并且取得了令人瞩目的成绩1。1968年，西德的pat公司开始平板式动态车辆称重器的研究。1974年，美国首次将动态称态称重系统应用于车辆载荷研究;同年，法国取得了压电缆动态车辆称重器的专利，即vibracoax.1982年，美国的streetre公司和英国的golden river公司生产的车辆动态称重系统在性能上取得了较大的提高。1983年，vibracoax动态称重系统首次在法国投入使用。1985年，美国的低成本动态车辆称重系统在现场投入使用并提交美国联邦公路部署推广使用。1988年，英国研制了一种性能优于vibracoax的新型称重压电传感器vibetek5o 1991年改型为vibetek20o1992年，欧洲高速公路研究实验室联盟(fehr工)发起，按照欧盟运输委员会(ectd)的程序框架实施了cost323计划，该计划的主要内容就是研究对公路上行驶车辆进行动态荷载监控的相关问题。其中最重要的一项测试是在瑞士进行为期30个月的w工m系统实际应用测试。在测试中所有入选系统都安装在同一站点的同一车道上，比较性能与稳定性，其结果排名依次是:德国的pat、瑞士kistler和pat联合系统、mikros, ecm, peek, golden river。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）两年后，欧盟又实施了wave (weighing in motion of axle and vegucles for ruope)计划，即著名的cet (cold environment test)测试，结果再次表明:德国的pat、瑞士的kistler，美国的mikros等公司生产的车辆动态称重系统在测试性能上处于世界领先地位。因此pat系统在欧美国家得到了广泛的应用，也较早地进入了口本，新加坡，台湾和香港等亚洲国家与地区2。国内对于动态称重系统的研究起步比较晚。“七五”期间开始引进和消化国外动态称重系统，同时也开始对w工m系统进行研究。1999年德国pat公司的载荷监控产品开始进入中国市场，云南航天新技术工程有限公司引进其技术，并于1999年8月获得了国家技术监督局颁发的计量器具型式批准证书。2001年，江苏兆信交通系统工程有限公司与法国ecm公司合作开发了高速公路车辆动态称重系统，误差约为士8%10%。重庆大唐称重系统有限公司开发了动态公路车辆自动衡器，可称量最大轴重荷载30t0 2004年，交通部公路所通运公司独立研制成功了一套公路动态称重系统。该系统采用石英压电传感器采集车轮压力信号，可检测车速、车辆牌照信息，进行车型分类、车辆称重，在专用实验路测试置信度90%时误差为士5%。目前国内约有二十多家相关单位从事这方面研究，国内不论引进或研制的系统都属于国外换代产品，这些产品主要问题有:适应速度范围小，测量精度不高，以及传感器过于庞大，给安装施工以及维护带来很大的不便。随着近年来，车辆动态称重设备在全国公路网的强制推广应用，自主研发低成本、高精度的车辆动态称重系统具有非常重要的实用价值3。1.2.2动称重系统的分类标准与规范尽管国际上对于车辆动态称重系统的研究从上个世纪50年代末期就已经开始了，但是相当长的一段时间里，动态称重系统都缺乏一个统一的标准与规范。随着车辆动态称重设备越来越广泛的应用，动态称重技术和产品参次不齐的弊端越来越突出明显，从而越来越迫切地提出了系统标准化与规范化的要求。表1. 1 w工m系统的分类及性能要求(astm e1318-02标准)51990年德克萨斯大学著名教授起草了astm e1318标准，即公路动态称重系统标准规范及用户要求和试验方法，并通过美国试验及材料防会(astm)标准委员认定。astm e1318标准详细说明、规定了动态称重系统应用的准确度等级划分、站点技术要求和试验程序和方法等。根据动态称重系统的应用场合、应用特征和适用速度范围，astm e1318-02标准将车辆动态称重系统划分为四种类型， 工类:固定式系统，用于交通数据采集，适用车速16km/h-130km/h。 ii类:移动式系统，用于交通数据采集，适用车速24km/h-130km/h。 iii类:用于测重站，用以识别可能的超重车辆，即辅助实施限重法规，适用车速16km/h-130km/h。 iu类:用于测重站，用以识别超重车辆实施限重法规，适用车速3km/h-16km/h。 1993年，国际法定度量衡组织0工ml的质量技术委员会(tc9)和其下设的自动衡器分技术委员会(sc2)起草了动态公路车辆自动衡器的国际建议0工ml8134，几经修改，于2002年报国际计量大会批准形成。8134规定了对动态汽车衡的要求和试验方法。 8134的主要特点表现在将动态汽车衡的准确度等级分为轴载荷的准确度等级和整车总重量的准确度等级，其中轴载有a、b、c、d、e、f六个等级;整车总重量有0.2、0.5、1、2、5、10共6个准确度等级。需要说明的是，讫今为止，8134还只公布了2004年修订的第五草案，并未最后定稿。astm e1318仍然是目前国际上唯一一个正式发布的动态车辆称重设备标准。另外8134也规定了严格的适用条件。利用冲击或压力原理测量动态车辆整车重量或轴载荷的装置，不属于本规程的范围。 根据oiml 8134，我国于2003年颁布了jjg9o7动态汽车衡检定规程，并于2006年做了修订。jjg9o7等效采用了国际建议8134 -9 o 目前，国内动态汽车衡厂家产品的生产、检验和标称采用最多的是jjg907(最新版于2006年11月23口实施)和astm e1318(最新版为2002版)。1.3本次设计的目的和意义车辆称重分为静态称重和动态称重。现行公路管理部门普遍采用静态称重的方法。静态称重具有称量准确，精度高的特点，但是静态称重降低了车辆运输及道路通行的效率，并且极易造成交通排队现象，诱发交通事故。公路动态称重是通过测量行驶车辆的动态轮胎受力，从而推算静态整车重量的。显然，公路动态称重克服了静态车辆称重的缺点，同时也提高了道路通行效率和公路管理部门的工作效率。国家与交通部已经相继出台了多项政策与法规对车辆载重做出了强制性规定。随着2005年交通部收费公路试行计重收费指导意见的出台和全国治超检测站点规范化建设试点工程实施方案通知的下发，车辆计重收费设备和超载检测设备相继步入新设备试点运营、大规模设备采购和旧产品更新换代的调研阶段。而中华人民共和国关于加强治超站点管理规范治超执法行为的通知则进一步明确地提出了:为保证交通畅通，在货车流量特别是超限超载车辆流量特别大的路段，要配置动态称重设备预检。2004年，交通部在全国范围内开展了治理超限超载工作，随着治理超载工作的全面推进与深入，车辆动态称重系统越来越彰显其重要作用。因此，对于车辆动态称重系统的研究具有十分重要的意义1。1.4本次设计的主要工作和进程基于汽车衡系统的动态称重及车速检测系统设计包括硬件设计和软件设计两部分内容。本文着重介绍系统的软件设计。a. 主要工作：(1) 了解掌握专业电工，电子技术；(2) 熟练掌握mcs51系列单片机工作原理及应用技；(3) 自主设计系列典型软件，含以下部分及功能：1） 典型51内核的单片机系统软件（推荐采用intel公司51系列，atmel公司89系列silabs公司的c8051f系列）。2) 车胎受压变形程度参数算法及车速算法。3) 双四位led车胎压变参数、车速显示。 4) 标准rs232协议半双工通信及常规可靠性设计。b. 工作进程：按照开题计划，遵循老师教导，合理安排时间，以保质保量完成此次毕业设计任务。 13周 前期准备工作（资料收集，复习相关知识）； 48周 提交开题报告，方案内具体设计； 912周 完成软件程序流程图的设计，中期答辩，并完成英文翻译； 1315周 编写程序代码； 1618周 提交电子档，完成论文，进行答辩2 汽车衡系统介绍2 汽车衡系统介绍2.1 汽车衡系统组成汽车衡系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件主要完成模拟信号向数字信号的转换，各部分电压的转换、信号的放大以及led显示等部分。而软件则完成信号的采集、滤波、查表转换、控制输出、led数码管显示等功能。2.2 系统的主要原理和拟采用的方案2.2.1称重原理如图2.1所示， 为车轮转矩在地面上产生的力密度函数，为车轮与地接触面e0g段内任意点处由车轮转矩产生当前力密度的作用力臂长度，即公斤/单位作用力臂长度。经分析，e0g段内任意点处的力密度 （1）可以进一步明确表示为，即力密度函数有：式中为待定比例常系数，车轮转矩自身不随自变量作用力臂长度的长度变化，在表达式中亦为常数。当前点作用力臂长度与车轮与地接触面e0g段内当前点距中心0点的长度有函数关系： （2）式中轮轴距地高度为常量。因此，力密度函数在车轮与地面形成的接触面e0g段内点产生的切线力，在水平方向上产生的投影即其产生的水平分力可以表示为： （3）西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）从而，车轮转矩在接触面e0g段内水平方向上产生的总力,既水平力传感器的输出数值可以表示为： （4）鉴于e0g段内e0段与g0段在水平方向上产生的力呈对称性质，于是上式亦可表示为： （5） 结果有： （6）同理，车轮转矩在接触面e0g段内垂直方向上向下产生的总力则可表示为: （7）结果有： （8）将式（6）代入式（8）有： （9） 表达式（9）为车轮转矩在接触面e0g段内垂直方向上向下产生的总力与水平方向上产生的总力的工程计算关系表达式。e0/o0值范围 0.17-0.180.18-0.1950.195-0.210.21-0.230.23-0.2450.245-0.26ln(e0/o0)值101112131415e0/o0值范围 0.26-0.280.28-0.2950.295-0.310.31-0.330.33-0.3450.345-0.36ln(e0/o0)值161718192021e0/o0值范围0.36-0.380.38-0.3950.395-0.410.41-0.4250.425-0.440.44-0.455ln(e0/o0)值222324252627e0/o0值范围0.455-0.470.47-0.4850.485-0.5ln(e0/o0)值282929表1.1 部分e0/o0值范围对应的ln(e0/o0)值表2.2.2车轮参数部分车轮参数测量旨在取得称重车辆当前车轮的半径r、车轴距地高度o0及车轮与称重台接触面长度e0g，然后通过表达式（9）实现工程计算。车轮参数测量装置为光电原理。图2中dd及bb为依称重台水平面安装高度分别为10cm及20cm的光电接收管线阵，其阵列中每个接收管水平相距1cm，故此装置测量误差不会低于1cm。测量装置由计算机通过对两列测量线阵中光电接收管输出高低电平的判读，直接获得dd及bb的参数，此即为当前被测车轮的两个弦长。在此基础之上进行计算机内部处理。当前车轮的半径r及oa参数： （10） （11）联解等式（10）、（11），获得当前车轮的半径r及oa参数。车轴距地高度o0： ( 12 )车轮与称重台接触面e0g中e0长度： (13 )至此，车轮参数中车轮的半径r、车轴距地高度o0及车轮与称重台接触面e0g中e0长度全部获知。2.2.3 车速测量如图2.3在称台两侧距地面10cm，20cm处分别安装64个红外传感发射装置阵列，相邻传感器距离均为1cm，若能接收到红外光，则为低电平，否则为高电平，并且必须在第一位和最后一位状态都为0时才能读取。汽车由左向右运动，若第一次读取传感器状态为000001111111000，第二次读取传感器状态为001111111000000，并且单片机从读取第一个位置时再读取第二个位置传感器状态所用时间为t(ms)，通过对两数据处理，可得到汽车向前运动了3cm，于是，车速v(公里/时)=3cm*10-5/（t*10-3/3600）。图2.3称重示意图3 主要器件及开发工具简介3 主要器件及开发工具简介本设计中主要应用芯片at89c51完成控制及数据处理，红外传感器对轮胎参数测量，ad976芯片进行数据采集转换。3.1 at89c51概述at89c51是美国atmel公司生产的低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集flash程序存储器既可在线编程(isp)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，atmel公司的功能强大，低价位at89c51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数:与mcs-51产品指令系统完全兼容4k字节在系统编程(isp) flash闪速存储器1000次擦写周期4.0-5.5v的工作电压范围全静态工作模式:0hz-24mhz三级程序加密锁1288字节内部ram32个可编程i/0口线2个16位定时/计数器6个中断源全双工串行dart通道低功耗空闲和掉电模式中断可从空闲模唤醒系统看门狗(wdt)及双数据指针掉电标识和快速编程特性西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）功能特性概述:at89c51提供以下标准功能:4k字节flash闪速存储器，128字节内部ram, 32个i/o口线，看门狗(wdt )，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51可降至ohz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止cpu的工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能说明：vcc:电源电压gnd:地po口:po口是一组8位漏极开路型双向i/o口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个ttl逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash编程时，po口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。p1口:p1是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(il)。flash编程和程序校验期间，p1接收低8位地址。表3.1 p1口第二功能p3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校p2口:p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(il)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行movx dptr指令)时，p2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行movx ri指令)时，p2口线上的内容(也即特殊功能寄存器(sfr )区中p2寄存器的内容)，在整个访问期间不改变。flash编程或校验时，p2亦接收高位地址和其它控制信号。p3口:p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流(il)。p3口除了作为一般的i/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.2所示:表3.2 p3口第二功能rst:复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。wdt溢出将使该引脚输出高电平，设置sfrauxr的disrto位(地址8eh)可打开或关闭该功能。disrto位缺省为reset输出高电平打开状态。ale/prog:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲。对flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(prm)。如有必要，可通过对特殊功能寄存器(sfr)区中的8eh单元的do位置位，可禁止ale操作。该位置位后，只有一条movx和mow指令ale才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale无效。/psen:程序储存允许(/psen)输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89s51由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次psen有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的psen信号。ea/vpp:外部访问允许。欲使cpu仅访问外部程序存储器(地址为ooooh-ffffh ), ea端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平(接vcc端)，cpu则执行内部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程电压vpp。xtal1:振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。xtal2:振荡器反相放大器的输出端。中断寄存器:各中断允许控制位于ie寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于ip寄存器。电源空闲标志:电源空闲标志(pof)在特殊功能寄存器sfr中pcon的第4位(pcon. 4 )，电源打开时pof置“1”时，它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构: mcs-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64kb外部程序和数据的寻址空间。程序存储器:如果ea引脚接地(gnd )，全部程序均执行外部存储器。在at89c51，假如ea接至vcc(电源+)，程序首先执行地址从ooooh-offfh (4kb)内部程序存储器，再执行地址为1000h-ffffh (60kb)的外部程序存储器。数据存储器:at89c51的具有128字节的内部ram，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。3.2一体化红外接收头siemens sfh 506-38西门子sfh 506-38一体化红外接收头是集红外接收、解调、滤波、信号处理于一体的红外光接收装置，其外形如图3.1： 图3.1 simens sfh 50638的外形有三个管脚：电源正vcc，电源负gnd和输出out，载波频率为38khz，其参数如下红外接收头的主要参数如下：工作电压：4.85.3v工作电流：1.72.7ma接收频率：38khz峰值波长：950nm静态输出：高电平输出低电平：0.4v输出高电平：接近工作电压3.3 ad976芯片介绍ad976/ad976a是ad公司推出的+5v单电源供电的高速、低功耗16位逐次逼近式a/d转换器,转换速度为2000ksps。3.3.1主要特性a. 16位ad转换器，即分辨率16位。b. 具有转换起停控制端。c. 转换时间为100s。d. 单个5v电源供电。e. 模拟输入电压范围10+10v，带宽为1.5mhz。f. 采用开关电容卢电荷重分布结构，其内部的自动校正逻辑可以校正内部的非线性。g. 低功耗，约15mw。3.3.2内部结构ad976是cmos单片型逐次逼近式ad转换器，内部结构如图3.2所示，它由内部参考电压、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型da转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。ad976有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作，输入、输出与ttl兼容。图2.2 ad976内部结构框图3.3.3 a/d976a的数据转换图图3.3双极性a/d976a的转换特性103.3.4外部特性（引脚功能）ad976芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3.3所示。下面说明各引脚功能。图3.4 ad976的管脚图vin(1脚):模拟输入。该引脚和模拟信号源之间连接一个200的电阻,满量程输入范围为10v。agnd1(2脚):模拟地。作为ref引脚的参考地。ref(3脚):基准输入/输出。该引脚为内部+2.5v基准的输出或从该引脚输入一个外部基准。两种情况下,均应在该引脚和ref引脚之间接入一个2.2f的钽电容。cap(4脚):基准缓冲器输出。该引脚和agnd2引脚之间接入一个2.2f的钽电容。agnd2(5脚):模拟地。d15(msb)(6脚):数据位15。d14d8(7脚13脚):数据位1418。dgnd(14脚):数字地。d7d1(15脚21脚):数据位71。d0(lsb)(22脚):数据位0。byte(23脚):字节选择。byte为低时,数据按上面所述方式输出;6脚(d15)为msb,22脚(d0)为lsb。byte为高时,高低8位数据交换输出;d15d8在15脚22脚输出,d7d0在6脚13脚输出。r/c(24脚):读/转换输入。当cs为低时,r/c的下降沿使芯片内部的采样/保持进入保持状态并开始一次转换;r/c的上升沿允许输出数据位。cs(25脚):片选输入。内部与r/c相或。r/c为低时,cs下降沿初始化一次转换。r/c为高时,cs下降沿允许输出数据位。cs为高时,输出数据位呈高阻状态。busy(26脚):忙输出。一次转换开始时,busy变低并维持到该次转换结束,数据锁入输出锁存器。cs为低、r/c为高时,busy变高,输出数据有效。(15) vana(27脚):模拟电源,一般为+5v。(16) vdig(28脚):数字电源,一般为+5v。3.4 数码管3.4.1数码管简介图4.1数码管、共阴极、共阳极a. 数码管结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符a f、h、l、p、r、u、y、符号“”及小数点“”。数码管的外形结构如图4.3（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构。b. 数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻13。c. 数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符，必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图4.3（a），字型码各位定义为：数据线d0与a字段对应，d1与b字段对应，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000b（即c0h）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111b（即3fh）。表4.2数码管字形编码表3.5 at89c51单片机开发工具简介3.5.1 开发工具概述keil c51 vision2集成开发环境是keil software，inc/keil elektronik gmbh开发的基于80c51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是c编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。3.5.2 完成所需软件部分的主要流程a：工程新建工程命名；b：选择单片机型号；c：新建c文本d：添加c文件e：编辑程序f：编译、检查、调试g：生成hex文件3.5.3 软件界面简介4 软件各个模块设计4 软件各个模块设计4.1软件初始化及主程序at89c51继承了mcs-51系列单片机的初始化操作，本设计通过系统上电即可完成对单片机的硬件初始化操作，结合硬件原理图首先要检测是否有车经过，在有车经过的基础上检测是否需要读取编码和启动a/d。如图4.1所示为系统整体示意图、系统侧面示意图。图4.1系统整体示意图（左）、系统侧面示意图。图4.2为该软件设计的主流程图部分，考虑到单片机的频率较高且其机器周西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）期仅为几个微秒所以采用顺序的流程图即可满足实现汽车衡系统的主要功能。nny中值滤波车轮进入红外阵列采集5次关闭定时器、启动a/d读取红外线阵编码a/d转换启动定时器有车初始化车通过测量系统轴重修正计算总轴重、速度显示ynnyy图4.2系统软件主流程图4.2检测及弦长的测量与速度4.2.1弦长与车速获得方案考虑到汽车轮胎的几何特性，可知在轮胎接触红外传感器的时候，应是轮胎的切线部位，故通过检测置于最前端的cd4067芯片所接的p0口的高低点评是否有变化，则可以确定是否有车经过，在此基础上那个也可以定时器测得cd4067再次出现高低电平变化时所用的时间，从而求的车速。具体流程如下：初始化at89c51启动定时器0读取红外编码单位转换车速=长度/时间检测红外线阵p0 口有无变化ny图4.2.1 检测及车速测量对p0口的检测可以通过对p0口设置处置与输入p0口的编码值相比较来判断，亦可以通过初始化后p0口值的变化来判断是否有车经过。当有车经过的同时启动定时器开始计时，当检测到车轮进入称重状态时关闭定时器，此时根据红外编码可以测得在定时器所计时间内轮胎所经过的距离，这样就可以测的车速。4.2.2定时器的应用将定时器0装初值设置为1ms，当检测有车时启动定时器，并一直持续循环，当到达称重状态时停止计时，计算出时间。#include/头文件#define uint unsigned int/