静态汽车衡系统-硬件部分

本科毕业设计论文题目：静态汽车衡系统——硬件部分 西安工业大学毕业设计(论文)任务书院(系)电信学院专业自动化班姓名学号1.毕业设计(论文)题目：静态汽车衡系统——硬件部分 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：典型内核的单片机系统(推荐采用公司系列、公司系列、公司的系列)。四路差动输入前置放大电路。位数据采集电路(必要时含采样保持)。位显示或显示。系统键盘电路。系统电源。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)工作年月日起至年月日止毕业设计(论文)进行地点：未央校区教楼室作为毕业设计，应完成以下工作：熟练掌握专业电工、电子(模、数)技术。熟练掌握系列单片机工作原理及应用技术。(月上旬前)搭出系统硬件电路，在完成系统通电调试的基础上，进行系统联机调试。 (月下旬前)写出毕业论文(电子版)。月上旬前)5.毕业设计(论文)的工作量要求：论文(字数)：万字外文翻译(字数)：字以上①实验(时数)*或实习(天数)：天②图纸(幅面和张数)*：、图(图幅份以上) ③其他要求：参考文献(篇数)：篇以上(含篇以上外文) 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I摘要静态汽车衡系统——硬件部分随着国家经济的发展，公路线上交通量的不断增加也是国内路面荷载特征的变化趋势之一，尤其是超载现象十分突出。超载不但对道路造成很大磨损，而且对交通带来巨大压力。显然，随着国家经济的发展，公路线上交通量的不断增加，因此称重成为交通服务很所以为了有效治理超限超载，对车辆的重量进行计量就显得十分迫切和必要。另外交通检查、计重收费和不停车收费系统的发展与应用，这些都需要对行驶的车辆进行准确的本设计的题目是静态汽车衡系统信号处理、显示及键盘的硬件部分。系统主要是通过高精度的运算放大器把采集的称重传感器的微弱电压信号放大，经过转换后把数字信号送入单片机，经过单片机处理后把相应的结果送数码管，从而显示出汽车II摘要Statictrucksystem—hardwarepartAbstractnamplifiers,andthedigitalsignalisconversedbytheA/Dconverter,andthenputitintoatedsignalwhichMUCdeliverstotheIII主要符号表主要符号表Hz赫兹R电阻U电压I电流T周期IV毕业设计(论文)“中文摘要” 错误！未定义书签。毕业设计(论文)“英文摘要” 错误！未定义书签。 V VI 毕业设计(论文)知识产权声明 38毕业设计(论文)独创性声明 39 11绪论公路运输是货物运输的主要手段，因为公路运输可实现门到门的运输。在我国，公路运输占五大货物运输(公路、水路、铁路、航空和管道)总量的。近几年来，伴随着交通运输业的迅猛发展，汽车超限超载运输现象越来越严重。超载超限运输严重破坏公路路面及其桥梁设施，引发道路交通事故，危及人民群众的生命财产安全，治理公路上的超限超载运输行为迫在眉睫。为了有效治理公路及汽车超载，对车辆的重量进行计量就显得十分迫切和必要，世界上有且辆占相当高的比例。据调查，德国超限超载车辆达，美国的大型载超载现象也极为普遍，在严重地区，几所有的货运车辆都存在不同程度的超限超载行为。货运部门通过改装车身、后桥和轮胎大幅度提高货车的装载能力，使运输效率和经济效益得到很大的提高，但是超限超载却次通过水泥路面一次造成的破坏程度，相当于核定载荷的标准车辆走万次。据有关将2西安工业大学毕业设计(论文)货车车主竞相压价承揽货源，以超限超载来获取利润，超的越多，赚的越多，形成了再超限超载”的恶性循环。为迎合车辆超限超载运输的需求，一些汽车生产厂商竞相生产“大吨小标”车，一些影响了汽车工业的健康发展。车辆燃油系统负荷过大，尤其是燃油净化系统不能正常运转，燃烧不完超限超载运输对车辆的损坏十分厉害，据一位从事超限超载运输的车主介绍，由于超负荷运行，汽车每两个月要换个轮胎，一个轮胎元左右，如果不超限超载、不出意外，轮胎每一年才一换一次。鉴于超限超载运输车辆所造成的巨大危害，有关部门和地方也先后开展了一系列治理超限超载工作，取得了一定成效。但是由于超限超载现象涉及界车辆称重技术的发展历程，车辆称重技术的发展与完善和科技与铁路运输业式的称重系统是通过杠杆传动装置把被测质量和已知质量相比较实现称重的机电式的称重系统是利用传感器把被测质量产生的作用力转变成电信号。再经过转换、放大、输入到卸载设备的机械称重装置是年由德国率先研制定型的。车辆只能停在台面上实现静态称重，误差一般为千分之二到千分之三。这一阶段由年代初期一直延续到年代的中期。此间，大多数欧洲国家和美国车辆称重技术的发展和德国相似。研问题，比如轴计量式汽许多生产厂家和公司都相继推出了自己的汽车衡产品。3西安工业大学毕业设计(论文)分为静态汽车衡和动态汽车衡；按安装方式可分为地上衡和地中衡；按秤台结构分为钢结构台面和混凝土台面；按使用环境状况可分为防爆电子汽车衡和非防爆电子汽车衡；按汽车衡的自动化程度可分为非自动汽车衡和自动汽车衡。近来年，随着企业管理水平的不断成为未来汽车衡的发展方向。趋势，最后说明课题研究所做的主要工作。42静态汽车衡系统的分析与设计2静态汽车衡系统的分析与设计、信号调理电路、数据采集电路、处理器以及显示、键盘电路等组成。本系统采用称重传感器采集信号，当汽车停在称重台上后，分布在称重台四角的四个称重传感器在重力的作用下，弹性体在弹性范围内发生与荷重力成正比的变化，从而使弹性体上的应变片阻值也发生正比的变化，配合检测电桥，得到与重力成感器的输出是一个毫伏级的模拟信号在进行模数转换之前需要经过运算放大器进行放大。为了得到精确的放大倍数及最低限度的零点漂移放大器采用了前置放前置放大电路器称重传感器/4显示A/D图系统框图2.2静态称重过程的测量精度影响因素分析5西安工业大学毕业设计(论文)称重系统的静态精度主要包括系统由于工作在不同的温度下，所以温漂是我们必须要考虑的首要问题。引起漂移的温度系数不同，电阻应变片胶基厚度和固化程度不一致弹性元件的线膨胀系数不均匀，连接导线长度不同及焊点质量影响等。可以把这些不一致看成是由四个桥臂的电阻温度系数不一致引起的。需要采用合适的硬件电路来克服零点漂移。分辨率是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与最小刻度的适的。传感器系统本身的线性都不是太好，要想提高精度必须对其测得的数据进行处理。对于传感器的非线性误差，我们采用数字非线性校正方法消除。本次设计的目的是测量汽车重量，所以结果的精确性成为首要的原则。若检测结果与保证在规定的条件下，系统能正常的运行，完成各项预定的功能。()提高称重系统的静态精度。()有效的去除各种干扰信号。()建立正确的数学模型，寻找合适的算法对重量数据进行处理。6西安工业大学毕业设计(论文)至大的多。因此差放电路的共模抑制比必须足够大，才能把误差减小到最小。采用较高位数的转换器。本设计采用的是高速转换芯片是一个单电源供电的高速、低功耗位的转换器，转换速度为，称重过程中影响测量精度的各种因素最后得出了静态称重系统的设计思路及抑制干扰的73静态汽车衡系统硬件电路设计3静态汽车衡系统硬件电路设计硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响，系统的设计成功与否很大程度上取决于硬件系统的设计。对于本系统硬件系统的设计包括传感器择及其信号调理电路的设计、电源电路的设计、单片机典型系统设计、转换接口设计及键盘设计等。称重传感器位于称体之中，是整个硬件系统的起始部分，是构成系统信息输入的主要信号，测量重量的传感器有很多种，按工作原理分有弹性力平衡式压力传感器、感应式传感虑以下几点准确度等级的选择，以满足称重系统的准确度要求为准，切不可片面追求了只并联使用的结构相同、型式相同、额定负荷相同的称重传感器，则由误差传递公式可得，其综合误差为n而式中表重传感器并联后，其总的综合误差是单个称重传感器综合误差的n倍。即总的综合合误差反而小了。8西安工业大学毕业设计(论文)传感器型号的选择要考虑各种类型传感器的适用范围。这主要取决于称量的类型和安总之，既要从各方面提高要求，又要考虑经济效益，确保达到高性价比。从上述几点综合考虑，我们选用称重传感器—2~＋0150出....Q℃.一重力同时加在四只传感器上，若每个传感器所受的力分别为1,f2,f3则被测重量为12，一般3情况下四只传感器受力是不均匀的。电阻应变式称重传感器的特点如下精度高，测量范围广使用寿命长，性能稳定可靠9西安工业大学毕业设计(论文)()()()()()()UoUi(两个应变片)()芯片参数美国模拟器件公司简称以前把和作为精密运算。它们分别是单、双和低电源电流每运放小于的典型值宽温度范围℃西安工业大学毕业设计(论文)()基本原理运算放大器采用精密双极型输入级并配有高电压输出级从而使这种放大器的输入电压范围包括负电源电压通常指单电源应用中的地并且输出摆幅差围扩展到差别不到正电源电压。这种外延输入级差。()放大功能的实现及由于可以求出例，其实质是用差分式放大电路本设计中RR故运放的放大倍数为倍。1f本设计中，选用的传感器的额定载荷最大为，输出电压为，所以单个传感。四路传感器的输出信号为，的输入电压要求为，西安工业大学毕业设计(论文)图信号放大电路由于称重台四角各安装一个称重传感器，为了减小误差，将各传感器信号放大后采用其相加，这样便得到了完整的汽车重量信号。本设计采用芯片，这是一款比较常用的芯片。输入运算放大器系列相似，具有低输入偏置，转化速率很快。低谐波失真和低噪声使理想原理图如图。信号组合电路西安工业大学毕业设计(论文)信号组合电路图反相比例运算放大电路反相输入放大电路如图所示，信号电压通过电阻加至运放的反相输入端，输出即∴西安工业大学毕业设计(论文)大。而后压相叠加，通过，构成负反馈。对于电源的设计有一些总的规则，但是在实际应用中，还需要根据实际要求灵活的选到的电源、士主要为集成芯片提供电源，故采用三端稳压器表集成稳压器字母与最大输出电流对应表()三端固定式集成稳压器外形及管脚排列如图所示：图三端固定式集成稳压器外形及管脚排列西安工业大学毕业设计(论文)图电网电压波动范围为—，而集成稳压器内部电路。正负的电压进入和。三的输出进入，这样我们就可以得到电压。图电源电路的电压，进入，所以该电阻上的电流为()，其功率为2。西安工业大学毕业设计(论文)对地线来说，整个对外界只有一个结点，所以必须在内部连，只是在与外界连接的接口处(如插头等)。图电源指示灯发光二极管压降为电流通常为所以，的电阻值应为()．系列在降压电路中应注意以下事项：()输入输出压差不能太大太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏。()输出电流不能太大，是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够()输入输出压差也不能太小太小效率很差。西安工业大学毕业设计(论文)图1单片机的管脚说明口是一个位漏极开路的双向口。作为输出口，每位能驱动个位地址数据复用。在图在1芯片管脚图部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流()。此外，1和1分1别作定时器计数器的外部计数输入(1)和定时器计数器的触发输入(1.1)。在编程和校验时，1口接收低位地址字节。西安工业大学毕业设计(论文)出1.1(定时器计数器的捕捉重载触发信号和方向控制)逻辑电平。对端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流()。在访问外部程序存储器或用1位地址读取外部数据存储器(例如执行)时，口逻辑电平。对端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使亦作为特殊功能(第二功能)使用，如下表所示。在编程和校验时，口外中断1：当访问外部程序存储器或数据存储器时，(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低位字节。一般情况下，仍以时钟振荡频率的1输出固定的脉冲将跳过一个脉冲。对存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲()。如操作。。序存储器的读选通信号，当由外西安工业大学毕业设计(论文)部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲，在此：外部访问允许，欲使仅访问外部程序存储器(地址为)，端必须保持低电平(接地)。需注意的是：如果加密位被编程，复位时内部会锁存在设计单片机应用系统时，必须了解单片机的复位状态和复位电路的设计。因为单片工作。另外，单片机的复位状态与应用系统的复位状态又是密切相关的，因此必须熟悉单态使西安工业大学毕业设计(论文)复位电路快速性和温度的稳定性。晶体频率可在~之间任选，电容和的典型值在~之间选择，考虑到本系统对于外接晶体的频率稳定性要求不高，所以采取比较西安工业大学毕业设计(论文)图芯片管脚图单片机在系统中的应用5.1AD转换器的分类及选择西安工业大学毕业设计(论文)积分型如电压转换成时间脉冲宽度信号或频率脉冲频率然后路就能获得高分辨率但缺点是由于转换极低初期的单片转换器大多采用积分型现在逐次逐次比较型如逐次比较型由一个比较器和转换器通过逐次比较逻辑构成从开始顺序地对每一位将输入电压与内置转换器输出进行比较经次比较而输出数字值其电路比较型串并行比较型如并行比较型采用多个比较器仅作一次比较而实行转换又称快速型由于转换速率极高位的转换需要个比较器因此电路规模也极大价格也高只适用高的领域。是由个位所以称为半快速型还有分成三步或多步实现转换的叫做分级型而从转换时序角度又可称为流水线型现代的分级型中还加入了对多次转换速度比逐次比较型高电路规模比并行型小。ΣΔ型调制型如分型将输入电压转换成时间脉冲宽度信号用数字滤波器处理后得到数字值电路的数字部分基本上容易单片化因此容易做到高分辨率主要用于音频和测量。电容阵列逐次比较型在内置转换器中采用电容矩阵方式也可称为电荷再分配型致在单芯片上生成高精度的电阻并不容低廉成本制成高精度单片转换器最近的逐次压频变换型如是通过间接转换方式实现模数转换的其原然后用计数器将频率转换成数字量从理论上讲这种的分辨率几乎可以无限增加只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量定义为满刻度通常以数字信号的位数来表示。西安工业大学毕业设计(论文)是指完成一次从模拟转换到数字的转换所需的时间的倒数积分型的转换时间是毫秒级属低速逐次比较型是微秒级属中速全并纳秒级采样时间则是另外一个概念是指两次转换的间隔为了保证转换的正确完成采样速率必须小于或等于转换速率因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的常用单位是和表示每秒采。量化误差由于的有限分辩率而引起的误差即有限分辩率的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率理想的转移特性曲线直线之间的最大偏模拟变化量表示为、。输入信号为零时输出信号不为零的值可外接电位器调至满刻度误差满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移不包括以上三波失真率为，所以采用了分辨率为位的转化器。是美国模拟器件公司生产的位转换器。是一个单电源供电的高速、低功耗位逐次逼近式转换器转换速度为出厂前芯片的所有线性误差都得到了补偿并且诸如信噪比和总谐波失真等的交流参数及失调、增益和线性度都得到全面测试。西安工业大学毕业设计(论文)图图管脚排布图个西安工业大学毕业设计(论文)脚基准输入输出。该引脚为内部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引脚之间接入一个μ的钽电容。脚数据位。脚脚数据位。脚脚数据位。脚数据位。字节选择。为低时数据按上面所述方式输出脚为为。为高时高低位数据交换输出在脚脚输出在脚脚输出。入保持状态并开始一次转换的上升沿允许输出数据位。脚片选输入。内部与相或。为低时下降沿初始化一次转换。降沿允许输出数据位。为高时输出数据位呈高阻状态。脚模拟电源一般为脚数字电源一般为转换结果时高八位从输出低八位从输出为高时相反高八位从输出低八位西安工业大学毕业设计(论文)图数据输出时序图西安工业大学毕业设计(论文)接变低并维持到该次转换结束数据锁入输出数据有效从而实现对低接的数据总线上为高位数据，反之则为图接线图硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘。西安工业大学毕业设计(论文)一键盘的工作方式有：查询方式(编程扫描，定时扫描方式)、中断扫描方式。会影响其他口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可西安工业大学毕业设计(论文)图键盘接线图开关，利用了机械触点的合、断作用。西安工业大学毕业设计(论文)3.7.1液晶显示简介液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有。如果根据驱动方式来分，可以分示原理每列对应字节的位，即每行由字节，共×个点组成，屏上×个显例如屏的第一行的亮暗由区的——的字节的内容决定，当()；当()时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当()，()，()，……()，要找到西安工业大学毕业设计(论文)液晶也叫字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个或者等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因是指显示的内容为符和数字)。即可以显示两行，每行个字符液晶模块(显示字图管脚排布图最高(对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个的电位器调整对比度)。平为高电平时第~脚：~为位双向数据端。西安工业大学毕业设计(论文)有字节显示数据存储器；个可由用户自定义的的字符发生器LCD1接2线图如图3.8通信电路2芯2片是美信()公司专为2标准2串口设计的单电源电平转换芯片，使用单电源供电。22系列线驱动器接收器，专为以及2V228/V通2信接口设计，尤其是无法提供±12V电源的应用。这些器件特别适合电池供电系统，这是由于其低功耗关断模式可以将功耗减小到以内。22以及245/MAX2不需要外部元2件，推荐用于印刷电路板面积有限的应用。3.8.2管脚功能西安工业大学毕业设计(论文)图管脚分布图和两个电源，提供给串口电平的需要。其中脚()、脚()、脚()、脚()为第一数据通道。脚()、脚()、脚()、脚()为第二数据通道。第三部分是供电。脚、脚()。、符合所有的、只需要单一的技术标准电源供电、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生和电压、、功耗低，典型供电电流、内部集成个驱动器、高集成度，片外最低只需个电容即可工作。芯片是为标准串口设计的单电源电平转换芯片。总线标准设有条信号线，包括