智能汽车超载报警

1、智能汽车超载报警器课程设计一、设计要求采用MCS5係列单片机构建系统。如果汽车超载，报警器发出声或光报警 信号，且超载阈值可设置成5吨和10吨两挡。二、总体方案测量压力的传感器多种多样，比如：压电式压力传感器可以 用在智能汽车超载报警器.压电式传感器可以静态测量.产品样本上 就有超载限荷力传感器。但是压电式压力传感器对放大器要求高，对绝缘要求高，价格高.自己设计电路，静态测量,有难点.因此，不如用 应变片的容易成功。被称重物停在秤台上，在重力的作用下，秤台将重力传递至传感 器，导致附着在传感器上的弹性体发生变形，则弹性体应变梁上的应 变电阻片及桥路失去平衡，输出与重量成正比的电信号，经线性放大

2、 器将信号放大，再经A/D将模拟信号转换为数字信号，然后经过单片 机处理，驱动报警器，从而实现超载报警。对于 5t和10t的换挡， 可以采用按钮形式，进行切换。基本工作原理框图如下：三、硬件原理图1、电阻应变片电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应， 即在导体产生机械 变形时，它的电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制 成的电阻体，其阻值将随着压力所产生的变化而变化。对于金属导体, 电阻变化率的表达式为：(1 2 )式中：卩一材料的泊松系数；£ 应变量。通常把单位应变所引起电阻相对变化称作电阻丝的灵敏系数，对于金属导体，其表达式为：f A/? 7?、k° = -

3、= (1 + 2“)因此：a = Ee在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化R时，可得到应变值£，根据应力与应变关系，得到应力值为:a = Ew式中：（T -应力，£ -应变（为轴向应变）E-材料的弹性模量又重力G与应力彷的关系为：（=mg = aS式中：G-重力，S-应变片截面积根据以上各式可得到：RR "由此得出应变片电阻与重物质量的关系，即:根据应变片常用的材料（如康铜）取k0=2; E=16300 kg/mm2; S = 100 ; RO =34Q ;g=M=(2x98x348)/(16M)0xl(X)/w=Q(mi 伽

4、桥路部分原理：电阻应变计把机械应变转换成厶R/R后，必须采用转换电路通常采用惠斯登电桥电路实现这种转换。图13-2所示的直流电桥，对于单臂电桥，如下图：15 /15当电桥平衡时，相对的两臂电阻乘积相等，即:R1gR4=R2gR3°一(1+幽 %+孔 耐)(1 +耳健)设桥臂比n二R2/R1由于R1«R1分母中R1/R1可忽略，于是:电桥电压灵敏度定义为:从上式分析发现: 桥电压灵敏度正比于电桥供电电压。电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值 n的函数，必须恰当的选择n的值, 保证电桥具有较高的灵敏度 由:dn求Sv的最大值，由此得眠=1_才=0dn (1十勿4求得n= 1时，Sv最大

5、。也就是供电电压确定后，当R仁R2,R3=R4寸,电桥得电压灵敏度最高，可得:由于上面的分析中忽略了R/R,所以存在非线性误差，解决的办法有:提高桥臂比：提高了桥臂比，非线性误差可以减小，但从电压灵敏 度考虑，灵敏度将降低，这是一种矛盾。采用差动电桥：根据被测试件的受力情况，若使一个应变片受拉，另一个受压，则应变符号相反。则电桥输出电压 U0为：& -唱 R3 + R 斗丿若厶 R1= R2,R仁R2,R3二R4则有：由此可知，Uo和R1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差。而起 电压灵敏度为，比使用一只应变片提高了一倍，同时可以起到温度补 偿的作用。若将电桥四臂接入四个应变片，即两

6、个受拉，两个受压， 将两个应变符号相同的接入相对臂上， 则构成全桥差动电路，若满足 R1匕R2也R3也R4,则输出电压为：由此可知，差动桥路的输出电压 Uo和电压灵敏度比用单片时提高了四倍，比半桥差动电路提高了一倍。因为采用的是金属应变片测量，所以本设计采用全桥电路，能够有比较好的灵敏度并且不存在非线性误差2、放大电路:该放大电路具有很强的共模抑制比。 它由两级放大器组成，第一级由 集成运放A1、A2,由于他们采用同一型号的运放，所以可进一步降 低漂移。电阻R1、R2和R3组成同相输入式并联差分放大器，具有非 常高的输入阻抗。第二级式由 A3和4个电阻R4 R5 R6和R7组成 的反向比例放大

7、器，它将双端输入变成单端输出。阻值R仁R3,R4=R5,R6=R7根据运算电路基本分析方法，可得到输出电压：%=-菩 1+2”（I）3、ADC0809管脚14IN*INJINIINIIN5I NONfiA(N7BSTC!ALHD7orD6CLKD5VI X IMVRi! 1 +DOCiNO VRFF-1711)2ADC080啲引脚功能：1）、INT0-INT7 :八路模拟输入通道2）、D7-D0: 8位三态数据输出线。3）、A/B/C:通道选择输入线，其中c为高位，A为低位4）、ALE通道锁存控制信号输入线5）、START启动转换控制信号输入线。6）、CLK:转换脉冲输入线7）、VCC 主电源

8、 +5V。8）、GND数字地4、报警电路p Id1*1 J LIF 11POlFlPgP 13PgH4risI*0SPISpgF 17MTlPMINTOP21T1I>351HJFMQ"XIARESETEJ-3> TW>R2iAx,wyi>WE. circFSKM530XS1 口 JeoLbieE竽 r-ifu 3® jr?iBdF x>2絆T吗；< 3F>5 去言口占137O-l-TD-1UTi报警电路采用声光报警，同时通过按钮来换 5t和10t档。21、22脚分别接扬声器和发光二极管，扬声器由三极管放大驱动；二极 管经一电阻接到电

9、源，从而构成报警电路。5、总体电路设计:选用传感器型号:电阻应变片传感器结构GYJ型钢筋应变计产品名 GYJ型钢筋应变计称：仪器型号：生产厂 北京斯创尔建筑测试技术开发有限公司家：工作原理：产品用 钢筋应力计主要用于测量钢筋混凝土结构中的钢筋应 途：力也可以串起来用于测量载重质量技术参数规格：1036毫米应力：28003000公斤/厘米分辨力：0. 81. 2公斤/厘米非线性：士 2%满量程温度对电桥零v 0 1%满量程/C点影响：供桥电压：0 0.5伏特输入/输出阻120欧姆抗：工作温度范围：-5 C +50C传感器长度：0. 50. 7米四、软件框图1,报警框图:Flag为标志位。五、设计

10、总结：该系统硬件主要包括以下几个模块：8051单片机主控模块、ADC0809模块、放大器模块、传感器模块、报警模块。其中8051 主要完成外围控件的控制以及一些运算功能。 传感器完成信号的 采样功能，放大器模块起到放大传感器输出电压，用来驱动 ADC0809 的功能。 ADC0809 主要负责把模拟量转换为数字量。 报警电路主要负责声光报警。在此次课程设计的过程当中， 遇到不少困难， 比如对于传感 器的选择，要考虑到经济，灵敏度，量程，精确度等情况。由于 长时间不用单片机， 导致对于单片机与 0809 的引脚的连接问题 搞不清楚，于是查阅了大量资料。同时，由于 ADC0809 输入电 压为 0-5V ，所以在通过放大器放大后不能超过这个范围。通过此次课程设计，我得到了很多收获，在设计过程当中， 组员之间相互配合，遇到问题共同解决，相互合作，相互学习， 共同进步， 使我们对于学习理论知识有了进一步的巩固。 通过广 泛地查阅资料，结合各种资料总结，把传感器、放大器、数模转 换器、单片机、报警器等各部分知识串联起来， 拓展了大量知识， 同时对于原理图的画法， 得到了更熟练的掌握。 使我深刻体会到 了学习与实践相互结合的重要性， 期待以后还会有更多的