基于单片机的汽车超载控制系统的设计

摘要针对当前由于超载而不断引起的重大交通事故，为减少因交通事故而造成人员伤亡和财产损失。本论文设计了一种汽车超载控制装置。要求能够判断机动车是否超载，在超载时能够提供报警和显示超载的重量，并且能够实现对发动机打火系统的控制。本设计采用AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用电阻应变式压力传感器将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压信号放大后送到A/D转换芯片ADC0809转换成数字信号并计算出载重量；所得的载重量将送到单片机，单片机与设定的载重量作比拟并判断是否超载，假设超载LED显示超载的重量,蜂鸣器开始报警；同时利用可控电流开关对汽车的打火系统进行控制，从而最终实现对超载情况进行控制。车辆启动后单片机对载重量进行关中断，速度传感器发挥作用，从而防止行驶过程中因路面不平，颠簸而造成不必要的熄火。关键词：AT89C51单片机,超载控制,传感器,A/D转换器,LEDAbstractInviewofthecurrentcausedbyoverloadandmajortrafficaccidents,inordertoreducethecasualtiesandpropertylossescausedbytrafficaccident.Thispaperdesignsakindofmotoroverloadcontroldevice.Requiredtodeterminewhetheramotorvehicleoverloading,whenoverloadcanprovidealarmandshowtheweightoftheoverload,andcanrealizethecontroloftheengineignitionsystem.ThisdesignUSESAT89C51isthecoreofthesystemprocesses,usingresistancestraintypepressuresensorconvertsthevehicleloadvoltagesignal;AndthenthroughthevoltagesignalamplificationcircuittoenlargeA/DconversionchipADC0809convertsthedigitalsignalandcalculatetheload;Theloadwillbesenttothemicrocontroller,single-chipmicrocomputerandsettingcapacitycomparisonanddetermineifoverload,iftheweightoftheLEDdisplayoverloadoverload,buzzeralarmbeginning;Atthesametimewithcontrollablecurrentswitchtocontrolthecar'signitionsystem,soastoultimatelyachievetocontroltheoverloadsituations.Vehiclestartsmicrocontrollertooffloadinterruption,speedsensor,toavoiddrivingintheprocessofroaduneven,turbulenceandcauseunnecessarystall.Keywords:AT89C51,overloadcontrol,sensor,A/Dconverter,LED目录1绪论11.1课题的提出及意义11.2国内外汽车超载研究现状4国外汽车超载研究4国内汽车超载研究51.3研究内容和预期目标62总体方案的设计和工作原理72.1设计方案的选择7方案一7方案二7方案三72.2设计方案确实定及总体结构83硬件设计93.1单片机的选型93.2看门狗电路的设计133.3传感器的选择16传感器的根本概念16测力传感器的选择17轮速传感器的选择203.4放大电路设计253.5A/D转换采样电路273.6点火控制电路的设计313.7报警电路的设计323.8显示电路的设计333.9电源电路的设计354软件设计384.1主程序设计38设计思路38主程序流程图384.2参数恢复子程序设计39设计思路394.2.2程序流程图404.3看门狗子程序设计42设计思路42看门狗程序流程图434.4采集报警控制子程序的设计45设计思路45采集报警控制子程序流程图464.5显示子程序设计47设计思路47显示子程序流程图475总结495.1系统先进性495.2系统局限性49参考文献50致谢52附录531绪论1.1课题的提出及意义车辆超载是指运输车辆所载的货物质量超过了额定装载质量的情况,车辆超载有着以下危害：1、严重损害公路和桥梁随着城乡经济的飞速开展，在公路上行驶的载货汽车、大型平板车、汽车列车和集装箱运输车，其数量和比重逐年增加。其中大量超过公路、桥梁限载标准的运输车辆在公路上行驶,致使公路严重损坏,大大地缩短了其使用年限，不得不提前大中修，一辆辆超限超载运输车，犹如一个个“超级杀手〞，在其重压之下，公路“未老先衰〞，超限运输给国家财产造成了巨额损失，全国公路每年因车辆超限超载造成的损失超过300亿元。2、超限运输车辆行驶公路严重影响交通平安超限超载车辆被称为“公路第一杀手〞，据统计，80%以上的载重货车道路交通事故是由超限超载车辆引起的。近年来我国发生的一系列群伤群死重大交通事故，许多均与车辆的超限、超载有关。汽车核载确定是有科学依据的，在核载范围内载货汽车的平安性包括良好的制动性和操作的稳定性是有保障的，超限车辆大多是采取了更换高压轮胎，加厚钢板弹簧，加高车辆栏板的改装车辆，而其操作、制动和传动系统仍保持出厂的配置。由于长期、大量的超限超载运输，车辆长期处于超负荷运转状态，使车辆的制动性和操作性能迅速下降，表现为轮胎变形爆胎、刹车失灵、转向器轻飘抖动，钢板弹簧折断、半轴断裂等，给交通平安带来极大的事故隐患。研究说明，如果一辆车的实际装载量超过规定值的50%以上，那么整车的协调性、制动性就会变得很差，极易引发交通平安事故。3、严重的扰乱了运输市场的秩序，引起恶性竞争车辆超限超载还导致了公路运输市场的恶性竞争。运输市场运力供大于求，压价现象频出，市场竞争剧烈，为弥补降价造成的经济损失，车主通常多采用多装和逃避交通规费的方法获得补偿，使得运力过剩矛盾更加突出。“超载—运力过剩—压价—再超载〞的怪圈愈演愈烈。20世纪70年代末和80年代初，一般普通散货运价在0.3元/tkm，但目前已降到缺乏0.2元/吨公里。车辆超限超载运输造成道路运输市场扭曲，严重损害了统一开放、竞争有序的市场秩序，阻碍了现代道路运输市场体系的建立和完善，破坏了正常的社会经济秩序。4、造成车辆“大吨小标〞泛滥，进一步加剧超限运输因为竞相超限运输，局部汽车制造厂家受利益驱动，迎合市场，竞相非法生产“大吨小标〞汽车，即将原来设计制造的汽车载质量成心从大吨位改标为小吨位，如EQ3094F6D自卸车，加强型车架、离合器、9吨级后桥，长轴距、长车厢，装载容积11.3ml，厂家却标为“五吨运煤王〞。有的卖车人为促销，给八平柴的合格证，能拉10~15t，行车证只标5t。一些汽车改装厂和修理厂非法改装车辆，导致超限运输现象大大增加。同时，国家对运输市场的调控力度、法规等方面存在缺乏，不能从根本上解决车辆超限现象的发生，管理不当，使得运输市场的无序竞争一定程度上又增加了。5、扰乱了国家养路费以及路桥收费政策，制造出新的不公平由于我国目前所有公路收费根本都是按车辆核定吨位收费，“大吨小标〞超载车辆的泛滥，导致单位运输本钱降低。这样，运输者通过超载超限可以提高利润水平，降低其运输本钱，这样就可获得比守法经营者更多的利润。对国家来讲，漏征了大量规费，我国每年因超限超载而偷逃的养路费、路桥通行费不计其数，据专家估算，车主通过超限超载每获利1000元，国家就损失6000元；对于遵纪守法的人来说，无疑是不公平的。6、严重的影响了我国汽车产业的健康开展和技术进步汽车产业是我国国民经济的支柱产业，对拉动内需、扩大就业、提高人民生活质量具有十分重要的作用，但是由于载重货车市场上，“大吨小标〞的车辆畅销，而按标准设计标定吨位的车辆受到冷落，同时，一些不标准的企业以及改装车厂，乘机生产销售违规车辆。不仅导致优胜劣汰的市场竞争机制遭到严重扭曲，遵纪守规企业的正当利益受到严重损害，使运输市场秩序严重混乱，也影响了汽车产业的技术进步。如果任生产“大吨小标〞车辆的现象开展下去，中国的载货车和世界水平的差距将会越来越大。7、降低了公路使用效率，污染了环境超载车辆一般车速都很低，有的缺乏40km/t，由于车体大、走不快等，影响后车通行，常造成交通阻塞，公路的使用效率大大降低。特别是在高速公路上，严重超载车辆一般只能行驶30~40km每小时，有的更低，造成了高速公路低速行驶为难局面的发生。另外，超载车辆在不良路段行驶时由于荷载大，常常冒黑烟，导致排放超标，污染环境。近几年来，针对超限超载严重的社会危害性，我国屡次发起治理车辆超限超载的活动，处分的力度也越来越大，但由于超限超载涉及面广，治理难度大，加之利益驱动，特别是源头问题没有得到有效解决，总是时间不长，再次回潮。公路超限超载运输屡禁不止，已成为公路管理的一大“顽症〞，社会生活和经济开展中的一项“公害〞，到了非治不可的时候了。车辆超载运输造成交通事故增加，路面早期被破坏，导致补救和维修养护费用急剧增加。目前，治超主要采用经济手段和一些制度法规来控制，虽然在一定程度上减少了车辆超载的现象，但某些时段超载现象还是屡禁不止，并不能从根本上解决问题。因此，在采取行政监督管理的同时，通过科学技术手段来制止超载现象也有着极其重要的意义和实用性。1.2国内外汽车超载研究现状国外汽车超载研究20世纪，国外几乎所有的国家都存在汽车超载运输的现象，据调查美国和德国的货运汽车中汽车超载的数量都在50%左右，而情况稍好的日本也到达20%为此，20世纪50年代，国外许多国家如：美国、韩国、日本等国都在开始研究汽车动态称重系统，想通过利用汽车动态称重技术来防止汽车超载对公路造成早期破坏等，井取得相应的成果。美国约有1100多个动态称重站，利用照相机和路边控制器技术，与高速公路巡警车中的计算机相连接，对过往货车进行检查，能够及时观察数据和有效鉴别超载车辆的身份。日本广泛使用固定式或移动称重检测设备对超载车辆进行检测。在高速公路收费站设有电子秤进行轴载测量。对于大型货车交通部门还要求安装自动测重仪。韩国从1973年7月开始对重车实行重点检查。1994年10月，由于超载车辆过多而导致圣水大桥坍塌后，韩国政府进而加大了治理力度，在全国各地设立500余个超载检测站(点)。韩国采用了一种超载监控系统。车辆通过时通过电子称重设备来检测重量，车辆识别系统对车辆型号进行识别，并且利用网络中的PC机来判断车辆是否超载，假设超载，系统将会对超载的车辆自动进行拍照，用来作为惩罚的依据。许多兴旺国家先后采用了超载运输车辆检测与限制技术，对管理对策不断进行完善，来解决治超难问题，取得了较好的效果。同时采取相应措施，从源头上杜绝了超载现象的产生，有效遏制了超载现象。外国卡车通常采用空气弹簧，当车辆不超载才能启动行驶。其附属设施在装卸、搬运的过程中对于超载情况的限制起到了相当重要的作用，比方，由货场起重机的起重量来限制车辆的载货能力等;采取相应措施，制定相应法规来控制超载，并且对超载相关人员进行严厉制裁。国内汽车超载研究国内在超载检测技术方而起步晚，还处于探索阶段。20世纪80年代出现了带基坑和无基坑的电子汽车衡，其中带基坑的电子汽车衡对道路破坏较大，介绍了主要基于悬臂梁式称重传感器的电子汽车衡。对于超载的治理，国内通常还是在高速道路入口安装称重系统进行静态或者是动态称重，作为主要手段。例如DCS固定式超载检测收费系统，并以此来控制超载现象的发生。同时我国也开始引进国外汽车载荷监控方而的技术，如云南航大新技术工程年与1999年引进了德国PAT载荷监控产品，同年获得了国家级《计量器具型式批准证书》。总体而言，国内对超载控制大多是通过一些相关的政策实现，对超载检测技术研究起步晚、时间也比拟短，尽管也对动态称重系统进行了研究，但是研究过程中，对诸多影响汽车动态称重的因素分析不深入，而只是进行了简单的处理，导致检测精度不高。所以目前国内在研究的同时，也积极引进国外关于超载检测的技术，如南京长江大桥上安装的汽车称重系统，该系统就属于典型国外高精度产品，但这类产品开发代价太高，在我国实现推广不切实际，同时还存在超限标准与我国实际情况不一致等问题。1.3研究内容和预期目标1、本设计为机动车超载检测控制系统的设计，要求能够判断机动车是否超载并且在超载时能够提供报警和显示超载的重量，并且由继电器控制汽车的打火系统。本设计采用AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用电阻应变式压力传感器将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压信号放大后送到A/D转换芯片ADC0809转换成数字信号并计算出载重量，并判断是否超载，假设超载LED显示超载的重量,蜂鸣器开始报警；同时由继电器切断汽车的打火装置，从而最终实现对超载情况进行相关控制。车辆启动后速度传感器发挥作用，开始测速功能。当速度小于初始设定值〔10km/h)时，称重传感器仍发挥作用，当速度超过初始设定值时，单片机对称重局部进行关中断，这样不仅可以防止运输人员低速行驶时加装货物，而且可以防止行驶过程中因路面不平，颠簸而造成不必要的熄火。2、预期目标(1)要求载质量为两档,不同车型进行定量设定(申请超限运输并取得通行权的为另一档)；(2)通过控制电磁制动阀来实现对车辆超载的控制；(3)要求显示装载质量,显示位数为4位,即XXXXT；(4)要求当检测车辆超载时,发出蜂鸣报警信号，卸载后自动停止报警。2总体方案的设计和工作原理2.1设计方案的选择方案一车辆静态称重技术

固定式称重磅秤：静态测量时的车辆称重正好等于静态车辆的地心引力，这种称重方式是最准确的方法。但是，这种传统的称重方式有它自身的缺点。一方面，不仅体积大，占地面积宽，还不方便载重车称重。另一方面，据路政执法人员介绍，地磅秤是固定式的，当执法称重时，就必须将载重车引导到有地磅称的地方才可进行测重，不仅增加了执法本钱，也增加了执法对象的麻烦。方案二车辆动态称重技术

动态称重(WIM)是指由称重每个车轮、轮轴或团体或他们的组合，并通过对动态车辆轮胎压力的测量与分析，并估算车辆总重及重量的过程。首先，动态称重系统的技术含量很高，设备复杂，动态称重跟传统地静态称重有很大地区别。其次，由于车辆在行驶过程中产生地各种因素的复杂性和动态称重技术地复杂性，动态称重的结果具有一定地不确定性，因此，检验的精确性应根据适当的方法进行。最后，应特别注意各种标准标准的使用与现场使用条件的相契合程度，据此选择适用的标准和相应的设备。方案三处理器基于51系列单片机的机动车超载控制系统。本系统采用51系列的AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用电阻应变式压力传感器将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压调理后送到A/D转换芯片ADC0809转换成数字信号并计算出载重量；并且判断是否超载，假设超载显示超载的重量并报警；同时启动发动机点火控制系统；车辆启动后单片机对载重量进行关中断，速度传感器发挥作用，从而防止行驶过程中因路面不平，颠簸而造成不必要的熄火。综上所述，本设计采用方案三：处理器基于51系列单片机的机动车超载控制系统。2.2设计方案确实定及总体结构本次设计采用51系列AT89C51单片机，选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。与系统相关的技术方案包括：看门狗的选择、传感器的选择、A/D转换转换器的选择、显示器的选择、报警电路的选择、点火控制电路及电源方案等。总体结构如下图：报警报警电路LED显示AT89C51单片机称重传感器速度传感器电源点火控制电路放大器A/D转换器图1系统硬件框图该设计采用51系列的AT89C51单片机作为系统处理的核心，利用电阻压变式传感器将机动车载重量转换成电压信号；然后通过放大电路将电压信号放大后送到A/D转换芯片ADC0809转换成数字信号并计算出载重量，并判断是否超载，假设超载显示超载的重量并报警；同时启动发动机点火控制系统。车辆启动后速度传感器发挥作用，开始测速功能。当速度小于初始设定值〔10km/h)时，称重传感器仍发挥作用，当速度超过初始设定值时，单片机对称重局部进行关中断，这样不仅可以防止运输人员低速行驶时加装货物，而且可以防止行驶过程中因路面不平，颠簸而造成不必要的熄火。3硬件设计3.1单片机的选型〔1〕AVR系列AVR单片机是ATMEL公司推出的较为高档的单片机，其显著的特点为高速、高可靠性，低功耗。AVR单片机的推出彻底打破了旧的设计格局，它废除了机器周期，采用精简指令，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR单片机采用片内FLASH存储器给用户的开发带来了方便。FLASH程序存储器可擦写1000次以上，而采用新工艺的AVR器件，FLASH程序存储器擦写可达10000次以上。具有丰富的外部设备。I/O口功能强，驱动能力大，具备10-20mA灌电流的能力。具有节电功能及休眠功能的低功耗工作方式，一般耗电在1-2.5mA。AVR系列没有类似累加器A的结构，它实现A的功能主要是通过R16～R31存放器来实现。在AVR中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由三个16位的存放器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR)，分别为X〔由R26、R27组成〕、Y〔由R28、R29组成〕、Z〔由R30、R31组成〕三种。还可以作增减量等的运行。〔2〕51系列51系列单片机主要包括根本型产品和增强型产品。虽然他们是8位的单片机，但是具有品种全、兼容性强、性能价格比高等特点，且软硬件应用设计资料丰富齐全。51系列内部结构从硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器〔或布尔处理器〕。它的处理对象是位而不是字或字节。具有位处理功能同时能够进行位逻辑运算的单片机实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，共有十六个字节，单元地址为20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理，使用极为灵活。AVR系列单片机不能直接对RAM单元中的位进行操作，假设想对RAM中的某位置位时，必须通过状态存放器SREG的T位进行中转。单片机主要用来实现对车载重量的分析与测量。在单片机的选择中,考虑到系统中的程序量和数据量较少,需要的I/O口资源也相对较少,AT2MEL公司的AT89C51芯片的资源就能很好的满足系统的需求,所以在系统设计中采用了MCS-51系列单片机89C51芯片的最小系统来实现。本设计选用的是标准型单片机AT89C51，AT89C51是一种高性能、低功耗的8位单片机，片内带有一个4K字节的FLASH可编程只读存储器〔EPROM〕，并且具有可擦除功能。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器(NURAM)技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。另外，AT89C51还具有MCS-51系列单片机的所有优点。128X8位内部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时/计时器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。片内的FLASH存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器来编程。因此AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，它可方便地应用在各种控制领域[3]。AT89C51的主要属性有：

与MCS-51微控制器产品相互兼容；

4KB编程闪存〔每周期可进行1000次擦写〕;

全部静态工作:0Hz-24MHz；

具有3个内存平安特性；

128x8字节内部RAM；

共有32条可编程I/O线；

具有2个16位定时器/计数器；

具有6个中断源；

可编程的串行通道；

芯片时钟振荡器；

空闲状态下可维持低功耗功能和掉电状态能够保存片内RAM中的内容。管脚功能：AT89C51单片机为40引脚芯片如图2所示图2AT89C51引脚1)I/0口线：P0,P1,P2,P3共四个八位口P0口：三态双向口，通称为数据总线口.只能由该口对外部存储器地读/写进行相关操作。P0口也可以用于外部存储器地低8位地址的输出功能。因为输出是分时进行的，因此应该在外部加装锁存器用来将此地址的数据进行锁存，该地址的锁存信号用ALE。P1口：8位，准双向口，是供使用者使用地专门的I/O口。P2口：准双向I/O口，当从系统进行扩展时可以作为高8位地址线使用。当外部存储器不进行扩展时，P2口也可以作为用户I/O口线使用。P3口：双功能口，可以作为通用的I/O使用，还可以提供第二I/O功能。当作为第一功能I/O口使用时操作同P1口。P3口的第二功能如表1。表1P3口的第二功能引脚第二功能说明P3.0RXD串行数据输入口P3.1TXD串行数据输出口P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0定时/计数器0外部计数输入P3.5T1定时/计数器1外部计数输入P3.6WR外部数据存储器写选通输出P3.7RD外部数据存储器写选通输出2)控制口线：PSFN(片外取控制)、ALE(地址锁存控制)、EA(片外储器选择)、RF-SFT(复位控制)；3)电源及时钟：Vcc、Vss；XTAL1，XTAL2本文选用如此高性能的单片机方便了以后的功能扩展，根本电路如图3所示[4]。图3单片机根本电路3.2看门狗电路的设计随着科学技术的开展，以智能芯片为核心的单片机小型化程度和系统集成化程度的日益提高，从而使系统具备了更加完备的性能。目前，在某些测控系统中，存在一些如瞬时电压不稳定、电源突然开断等不平安因素，通常会造成系统信息丧失、系统运行不稳定、死机等故障。为解决这些问题，可利用MAX813L芯片，实现看门狗电路、电源故障监视电路和手动、自动复位电路，可有效地解决程序运行中出现的“死机〞现象和电源故障带来的不利影响。(1)根本工作原理工业生产环境中的干扰大多是以窄脉冲形式出现的，而“死机〞现象是微机系统最为常见的故障。究其原因是CPU在执行某条指令时，受到干扰信号的冲击，导致它其操作码或地址码发生了改变，从而使该条指令出现错误。这种情况下，CPU执行随机拼写的指令，有时会将操作数当作操作码执行，导致程序“跑飞〞或进入“死循环〞。为使这种出错的程序自动恢复，重新正常工作，其中有一种有效的方法就是采用硬件“看门狗〞技术。用看门狗监测程序的运行，如果程序发生“死机〞，那么看门狗会及时有效产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运行状态。另外，由于种种原因会导致系统的电源电压不稳定，当电源电压降低或发生掉电时，就会造成重要数据的丧失，此时系统便不能正常运行。为了最大限度地减少损失，当单片机在电源电压出现突然降，在低降至一定限值之前，能够将重要数据快速有效地保存，那么“看门狗〞技术便是一种很好的选择。图4单片机的掉电保护工作方式电路原理图单片机掉电保护工作方式的电路原理图如图4所示：当PD设置为1时，掉电方式被激活，与非门输出低电平，此时时钟发生器停止一切工作，单片机内全部运行工作状态均被停止，只有片内数据存储器RAM和特殊功能存放器SFR中的数据被保存起来。为尽可能地减少损失，可以在单片机系统中设置一定的外部附加电路监测电源电压，并且在电源发生故障时能够及时通知单片机〔如通过引发中断来实现〕快速将重要数据保存起来，同时断开外围设备所用电源，使整个应用系统的功耗降到最低。当电源恢复正常工作时，取消掉电保护工作方式，此时单片机复位使系统重新正常工作。(2)硬件实现电路图图5为MAX813L的应用连接电路图。此电路可以实现程序运行时突然出现“死机〞的自动复位功能，也可以实现实时的手动复位功能，还可以实现上电、瞬时掉电的复位等；并可实现实时地监测电源故障，保存数据更及时可靠。图5MAX813L在单片机系统中的应用连接电路图本电路有效地利用了MAX813L的手动复位输入功能。一旦程序跑飞引起“死机〞，WDO*端电平便由高变低，当WDO*变为低电平超过140ms时，MAX813L将会产生一个200ms的复位脉冲。同时还可以使看门狗定时器清0，紧接着WDO*变为高电平。还可以使用手动复位按钮随时实现复位功能，为使MAX813L产生复位脉冲，要求MR端至少保持140ms低电平状态，这样可以有效地消除因为开关抖动带来的错误信息。该电路还可以实现实时地监测电源故障的功能〔掉电、电压降低等〕。图中R1的一端接直流电源〔未经稳压〕；当电源正常时，确保R2上的电压高于1.26V，即确保MAX813L的PFI输入端电平高于1.26V。当电源发生故障，PFI输入端的电平低于1.25V时，输出端电平由高变低，单片机发生中断，CPU响应中断，并执行相应的中断效劳程序，及时保护数据，以及断开外部用电电路等。串行E2PROM是基于C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丧失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。3.3传感器的选择传感器的根本概念传感器是指那些能够感受规定地被测量量，并按照某种规律转换成可用于输出的信号地元器件或装置。通常，传感器是由转换元件与敏感元件组成的。其中敏感兀件是指传感器中能够直接感受到被测量量的局部；转换元件指的是传感器中能将敏感兀件输出量转换为适合传输和测量地电信号的局部。传感器位于自动检测与控制系统的开始处，是感知以及获取和检测信息的窗口;很多信息的获取都要通过传感器转换为电信号才能获取。因此，传感器位于重要地位，作用特别重要。传感器的作用是满足人们从外界获取信息，必须借助感觉器官，而仅仅靠感觉器官往往还不够，尤其是在各种生产活动中，以及在研究自然现象和规律时，感官器官的功能就受到了局限。为适应此种情况，传感器就应运而生。因此可以说，传感器是人类五官的延长，因此又称之为电五官。传感器的应用范围极其广泛；从茫茫太空，到浩瀚海洋，以及各种复杂的控制系统，可以毫不夸张地说：几乎每一个现代化工程，都离不开各种各样的传感器。由于传感器是位于减振钢板处的钢片，将超载引起的钢板变形信号转换成电压信号，是整个硬件系统的起始局部，是构成系统信息输入的主要来源，是系统功能实现的必要根底，因此所选传感器性能的好坏直接影响整个预警系统的实现。测力传感器的选择测量压力的传感器有很多种，如压电式，压感式，应变片式，电容式等，本文在论述时，选择传感器主要考虑以下几点:(1)量程的选择被测压力的大小通常是传感器量程的主要决定因素。经考证，在传感器50%左右的量程内工作比拟理想，这样就防止了如果遇到有较大冲击力不至于传感器因为超出其测量的范围而被损坏，所以遇到有较大冲击力的称重系统，一般要扩大传感器量程进行选择，一般都会扩大传感器量程来选择适宜的设计所需的传感器，根据经验，一般使得传感器在20%到30%的量程的之内工作，这样就使得传感器储存量得到了很好的保证，最后的结果是不仅延长了传感器的使用时间，还能在使用的过程中保证其平安性和可靠性。(2)准确度的选择传感器准确度等级的选择，主要依据系统的准确度要求而确定，而不能片而追求过高的准确度等级。(3)使用环境和介质性能传感器使用环境和介质性能主要取决于被测介质的性能和传感器安装环境。(4)传感器型号汽车超载报警系统传感器型号的选择，要考虑不同类别传感器的适用范围。主要考虑传感器称量的可靠性，安装的适宜、稳定性。总之，既要满足各方面检测的要求，又要考虑经济可行性。基于上述考虑，本设计选用电阻应变式传感器，该传感器不仅结构简单、使用寿命长、性能稳定可靠，而且精度高、本钱低，测量范围广；同时可在低温、高压，强烈振动，恶劣环境中正常工作，所以应用非常普遍。当然电阻应变式传感器也存在一些缺点，如大应变状态下具有较大的非线性误差，输出信号较薄弱，故其抗干扰能力较差等。电阻应变片式传感器包括两个主要局部:一局部是将被测的力转换为弹性体的应变值的敏感弹性沅件。另一局部是电阻应变计，它可以同步地将传感器弹性体的应变值转换为变化的电阻值。其结构如图6所示:图6电阻应变式传感器结构电阻应变片式传感器的工作原理为:在横向和纵向共贴上四个应变片与一个弹性体，当弹性体受力F作用时，应变片电阻值发生相应变化，而应变计是连结成平衡电桥式的，所以电桥平衡会因电阻值的变化而被破坏，进而输出信号。在弹性范围内，弹性体的变形的与受到的力F成正比，即式中:ε为弹性体的相对变形;L,△L为弹性体的长度及其变化量;F为受到的力，E为弹性体的弹性模量S为弹性体的横截而积。而电阻应变片地工作原理是：基于电阻应变效应原理的，即产生机械变形的导体，它地电阻阻值相应地发生变化。应变片是由金属半导体或者导体制成地电阻体，其阻值将随着压力的变化而变化；而对于金属导体，电阻的变化率地表达式为:式中:µ­材料地泊松系数;桥路局部原理:电阻应变计把机械应变转换成ΔR/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。对于单臂电桥，如下图:图7直流电桥选用传感器的型号本论文选择的是GYJ型钢筋应变计，如图9所示图8GYJ型钢筋应变计该型号传感器的参数如表2所示:表2GYJ型钢筋应变计参数轮速传感器的选择在本论文中，除需要一种测量压力的传感器，来检测出车体所受到的载荷。同时根据设计方案，还需要在汽车启动时使报警系统不能工作，以防止在行驶中出现错误报警，因此可安放汽车轮速传感器以检测车轮的转速。车速通常检测汽车传动系统的转动，换算为汽车驱动轮的转速间接获得的。轮速传感器一般是直接检测车轮的转速且所有车轮的转速均检测，并把检测结果输入ABS/ASR等用于制动或驱动控制的系统的ECU。常用的轮速传感器有：电磁感应式、霍尔式两类。〔1〕轮速传感器的选择电磁感应式轮式传感器结构简单、本钱低，所以应用范围广泛。但由于其输出信号的频率和幅值受转速影响较大，抗电磁波干扰能力差，且易产生误差信号，故只适用于15-60kmlh的速度，当速度扩大到更大范围时，电磁感应式轮式传感器很难适应。而霍尔效应式轮速传感器能克服电磁式轮速传感器的缺乏，具有输出信号不受转速影响，频率响应高，抗电磁干扰能力强等优点。霍尔器件有结构牢固，体积小、重量轻、寿命长，安装方便，功耗小、耐震动，耐污染、抗腐蚀等优点。霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、回跳、位置重复精度高(可达µm级)，霍尔线性器件的精度高、线性度好。因此霍尔效应式轮速传感器被广泛应用于轮速检测，及其他控制系统的转速检测中。按照霍尔器件的功能可分为两种:霍尔开关器件和霍尔线性器件。前者输出模拟量，后者输出数宇量。由上述可知，根据设计要求，本论文选那么的是霍尔效应式轮速传感器(开关型)。〔2〕霍尔效应式轮速传感器的工作原理及测量电路霍尔效应式轮速传感器属于霍尔式传感器，是利用霍尔效应的原理制成的，利用霍尔效应使位移带动霍尔元件在磁场中运动产生霍尔电热，即把位移信号转换成电热变化信号的传感器。(Ⅰ)霍尔效应：如果对位于磁场〔B〕中的半一份体薄片(d)施加一个电压(V)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么那么在既与磁场垂直又与所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压〔UH〕，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生的这种现象被称作是霍尔效应，该半导体薄片被称作为霍尔元件，如图9所示:图9霍尔效应原理图在N型的半导体薄片中通一电流I，随着载流电子沿着半导体中和电流流动方向相反的方向运动〔速度为V)，因为在垂直的方向上施加得磁感应强度为B的磁场，电子会受到一定洛仑兹力FL的作用，向一边偏转，并形成边缘电子积累，进而形成电场。该电场组织运动电子继续发生偏转，当作用在运动电子上的力FE与受到的洛仑兹力FL相等时，电子积累到达动态的平衡状态。在两横截面之间建立了电场，相应的电势称为崔尔电势UH，其大小可用下式表示:UH=RHIB/d(V)式中：RH霍尔系数,m3/cI控制电流，A;B磁感应强度，T;d霍尔元件的厚度，m;霍尔系数为RH=ρμ式中：ρ—载流体地电阻率μ—载流体地迁移率令KH=。称KH称作霍尔元件地灵敏度。那么，U=KHIB如果磁感应强度和元件平面法线成一定角度θ，那么作用在元件上的有效磁场是其法线方向的分量，即Bcosθ，这时UH=KHIBcosθ。当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电势的方向也将改变。但当磁场与电流同时改变时，霍尔电势极性不变。综上所述，霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B。(Ⅱ)霍尔效应式轮速传感器的工作原理霍尔效应式轮速传感器：由传感头和齿圈组成。传感头由永久磁体，霍尔元器件和电子电路等局部组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如图10所示:1.磁体2.霍尔元件3.齿圈图10为轮速传感器示意图当轮齿位于图中(a)的位置时，磁力线比拟分散，磁场也相对较弱；而当轮齿位于图中(b}的位置时，磁力线比拟集中，磁场也相对较强。当齿轮旋转时，磁力线穿过霍尔元件的密度发生了大的变化，霍尔电压也发生相应的变化，霍尔沅件将会输出一个准正弦波电压〔mV级〕。此信号还需转换成标准的脉冲电压。此电压输出给电子控制装置，电子控制装置以此作为计算轮速，以及跟汽车的参考速度作比拟。霍尔轮速传感器的测量电路霍尔传感器(开关型)的霍尔元件靠近齿圈，当汽车车轮转动时，齿圈上的齿会在一定的周期内靠近霍尔元件一次，这样霍尔传感器将输出一个高电平，当齿远离霍尔兀件时，传感器输出一个低电平;利用单片机内部定时器，计算出脉冲一个周期的时间，就可以算出车轮的转速，见图11所示:图11霍尔效应式轮速传感器的测量电路霍尔效应式轮速传感器的安装部位霍尔效应式轮速传感器的齿圈一般安装在随车轮一起转动的部件上，如半轴、轮毂,制动盘等，而感应触头那么安装在车轮附近不随车轮转动的部件上，如半轴套管、转向节、制动底板等。汽车前轮和后轮均可安装，安装部位如图12、13所示:图12前轮安装示意图图13后轮安装示意图3.4放大电路设计在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中，多数情况下传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，在此情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。为了实现信号的放大，其设计电路如图14所示:图14利用高粘度低漂移运放设计的差动放大器(1)前级采用的是运算放大器A1和A2组成地并联型的差动放大器。在理论上也不难证明并联型得差动放大器地共模抑制比和电路地外围电阻阻值和其精度无关。运放在理想的工作情况下，并联型的差放输入阻抗是无穷大的，其共模抑制比也是无穷大的。(2)阻容藕合电路放置在后级与前级运算放大器之间，这样后级的放大器的增益得到提高，进而对电路共模抑制比的提高提供了有利条件。与此同时，电路采用了共模驱动的技术，使得位于前置端的放大器地输出阻抗非常低，因而也防止了其中的阻容藕合电路中，阻容元器件参数不对称(匹配)而导致地共模干扰及其转换成的差模干扰情况的发生。(3)后级电路采用的是较为廉价地仪器放大器，将会把双端信号转换为单端信号进行输出。因为阻容藕合电路地隔直流作用，后级地仪器放大器可以得到很高地增益，进而得到很高地共模抑制比。图15电阻应变式传感器测量电路与放大电路3.5A/D转换采样电路A/D转换原理(1)逐次逼近法逐次逼近式〔也称逐次比拟型〕A/D是一种比拟常见的转换电路，转换的时间非常短，可到达微秒级。逐次比拟型的A/D转换器是由一个比拟器、D/A转换器、缓冲存放器和控制逻辑电路组成。根本原理是从高位到低位逐位试探比拟，在精度、速度和价格上都适中。逐次逼近法的转换过程是这样的:进行初始化时先将存放器各位清零;转换一开始时，先将逐次比拟存放器的最高位置l，送入D/A转换器，进而将经过D/A转换生成地模拟量送到比拟器，记为v0，并且与送到比拟器中地待转换地模拟量vi进行比拟，假设v0<vi，该位1被保存，否那么该位1被去除。然后再置比拟存放器的次高位为1,并将存放器中地新地数字量送入到D/A转换器中，输出的v。再与vi比拟，假设v。<vi，该位1被保存，否那么将被去除。此过程将重复进行，直至逐次比拟型存放器的最低位。等转换结束以后，将存放器中地数字量送到缓冲存放器中，得到数宇量的输出。经控制电路执行。(2)双积分法双积分型A/D转换器是由比拟器、积分器、电子开关和控制逻辑等部件织成。根本原理是：将输入电压转换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。双积分型A/D转换地过程是:先接通开关将待转换地模拟量Vi接通，进行Vi采样并输入到积分器，积分器开始从零进行正向积分，时间T到后〔此时间为固定的〕，继而开关再接通与Vi极性相反地基准电压Vf。将Vf采样传输到积分器，接着进行反向积分，直到输出0V为止停止积分。Vf越大，积分器输出的电压越大，反向积分的时间相应地也就越长。计数器在反向积分的时间段内所记的数值，就是输入的模拟电压v所对应地数字量，实现了A/D转换。c)A/D转换器选用的原那么:(1)A/D转换器的位数。AID转换器决定分辨率的上下。在系统中A/D转换器地分辨率,应比系统所允许引用的误差高一倍以上。(2)A/D转换器地转换速率。不同类型的A/D转换器地转换速率不同。积分型地转换速率较低，转换的时间从几豪秒到几十毫秒不等，只能够构成低速A/D转换器，一般用于压力、深度及流量等缓慢变化的参数测试。逐次逼近型A/D属于中速转换器，转换的时间为纳秒级，用于通道的过程控制与声频数字的转换系统。(3)是否加采样/保持器。(4)A/D转换器的有关量程引脚。有的A/D转换器提供两个输入引脚，不同量程范围内的模拟量可从不同引脚输入。(5)A/D转换器的启动转换和转换结束。一般A/D转换器可由外部控制信号启动转换，这一启动信号可由CPU提供。转换结束后A/D转换器内部转换结束信号触发器置位，并输出转换结束标志电平，通知微处理器读取转换结果。(6)A/D转换器的晶闸管现象。其现象是在正常使用时，A/D转换器芯片电流骤增，时间一长就会烧坏芯片。综上所述，本文基于计算机接口特征、前向通道的总误差、信号对象的变化率及转换精度要求，以及环境条件选择A/D转换芯片的一些环境参数要求：(工作温度、功耗、可靠性等性能〕，以及本钱等方面的综合考虑，最后结合本设计要求选择A/D转化芯片为ADC0809。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，可处理8路模拟量输入，且有三态输出功能，既可与各种微处理器相连，也可单独工作，输入输出兼容TTL。其主要特性如下:1)8路8位A/D转换器;2)单个+5V电源供电;3)模拟输入电压范围:0V―+5V，不需零点和满刻度校准。如图16所示，ADC0809的引脚功能:1)RNT0一RNT7:八路模拟输入通进.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+5V.8)GND:数字地图16ADC0809引脚图17AA/D转换电路以ADC0809为核心，将采集的压力传感器的信号〔4~20mA信号〕，加以电阻网络转换成0~5V的电压信号。通过ADC0809的模拟量输入口〔IN-0~IN-7〕进行AD采样。模拟信号通道地址A、B、C由74LS373〔三态输出锁存器〕的Q0、Q1、Q2提供。时钟通过单片机ALE用74LS74〔D触发器〕进行二分频得到。当转换结束后EOC为高电频，作为中断，单片机调用中断程序，读采样数据。3．6点火控制电路的设计(1)点火系统的功用点火系统的功用是在发动机各种情况和使用条件下，按照气缸工作顺序定时地在火花塞两电极间产生足够能量的电火花，以点燃可燃混合气体，使发动机实现做功。(2)控制过程的实现在点火接通电火开关线路处接一可控电流开关，与报警电路端相连接，当电流信号到达一定值时，扬声器报警。同时经放大电路将电路电流放大，放大电流在蓄电池控制回路的电磁阀处，由于电流大产生电磁力使控制蓄电池点火系统电路电流开关翻开，蓄电池点火系统处于无工作电流通过，而处于开路状态，使载重汽车点火系统不能正常点火，从而抑制发功机工作，到达了控制汽车启动的目的。当汽车卸载到额定载荷以内时，可控电电流开关活动触点，由于电流小而产生的电磁力小，使得电子阀开关回到初始状态而处于闭合，使点火系统形成无控制状态的点火回路，初级绕组中有电流通过，汽车能正常启动。如图18所示:图18汽车点火系统控制电路图1-点火开关；2-点火线圈；3-电容器；4-断电器；5-配电器；6-火花塞;7-阻尼电阻；8-高压导线；9-起动机；10-电流表；11-蓄电池；12-附加电阻；13-可控电流开关3.7报警电路的设计本设计采用蜂鸣音报警，蜂鸣音报警接口电路的设计只需购置市售的压电式蜂鸣器，然后通过AT89C51的一根I/O口线通过驱动器驱动压电式蜂鸣器发声。压电式蜂鸣器约需10A的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路74LS06的低电平驱动，如图19所示：74LS06AT89C5174LS06AT89C51P1.71○O++++5V压电式蜂鸣器图19通过74LS06来驱动蜂鸣器的报警电路在上图中，AT89C51的口线P1.7接驱动器的输入端。当P1.7输出高电平时，74LS06的输出为低电平，使压电蜂鸣器两条引线加上近5V的直流电压，由压电效应而发出蜂鸣音；当P1.7输出低电平时，74LS06的输出端高约+5V电压，压电蜂鸣器的两引线间的直流电压降至接近于0V，发音停止。3.8显示电路的设计发光二极管(LED)显示器是由假设甘个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示各种字符。数码管由7个发光二极管组成，行成一“日〞字形，他们可以共阴极，也可共阳极。“通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字，这便是它的工作原理。根本的半导体数码管由7个条状的发光二极管〔LED〕按图1所示排列而成的，可实现数字"0～9"及少量字符的显示。〞[9]另外为了显示小数点，增加了1个点状的发光二极管，因此数码管就由8个LED组成，我们分别把这些发光二极管命名为“a,b,c,d,e,f,g,dp〞，排列顺序如下图：图20七段数码管引脚图这类数码管可以分为共阳极，共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com。而每个LED的阴极分别为a,b,c,d,e,f,g及dp(小数点);共阴极那么是把所有LED的阴极连接到共同接点com。而每个LED的阳极分别为a,b,c,d,e,f,g,dp(小数点),如下图。图中的8个LED分别与上面那个图中A-DP相对应。通过控制各个LED的亮灭来显示数字。图21共阴数码管引脚图显示电路如下图：图22显示电路显示局部采用循环扫描的方式，P0口传输显示的内容，P2.0至P2.3的作用是选择对应的LED工作。3.9电源电路的设计一般情况下，货车车载电瓶为24V，个别小型货车为12V。而单片机工作电压通常为5V，因此，需要通过电压转化器来实现。本设计选用LM2576系列开关稳压集成电路提供单片机运行电压。LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件的替代品，工作性能可靠、工作效率较高、输出电流驱动能力较强，为MCU的可靠工作及稳定性提供了强有力的保证。LM2576系列内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并且它的保护电路比拟完善，包括电流限制电路以及热关断电路等，利用该器件只需要很少的外围器件就可以构成高效稳压电路。电源电路如下列图所示：图23电源电路图24LM2576的内部框图LM2576内部包含振荡器〔52kHz〕、，基准稳压电路〔1.23V〕、内部稳压电路、放大器、热关断电路、比拟器和电流限制电路等组成。为产生不同地输出电压，通常要将比拟器地负端接基准稳压电压(1.23V)，正端一般接分压电阻的网络局部，这样可以根据不同输出的电压地值进而选定不同地阻值，其中R1=1kΩ(可调-ADJ时开路)，R2据不同情况分别为1.7KΩ(3.3v),3.1KΩ(5v),8.84KΩ(12v),11.3KΩ(15v)和0(-ADJ)，上边的电阻依据不同的型号已经做了调整，用户可方便使用。将分压的电阻网络地输出值同内部基准稳压电压值1.23V进行比拟，假设电压存在偏差，那么可以使用放大器进行控制内部振荡器地输出占空比，从而使输出电压保持稳定。综上可以看出，以LM2576为核心的开关稳压电源可以取代由三端稳压器件构成的MCU稳压电源。4软件设计4.1主程序设计设计思路主程序主要包括以下几个局部：看门狗局部，信号采集局部，报警控制电路，显示电路，电源电路；用外部中断0实现断电保护功能；首先检查是否有掉电标志，假设有那么调用参数恢复子程序；再对系统进行初始化，测力传感器通过A/D转换成数字信号，当检测到超载时，报警并显示超载量，并且控制发动机打火系统，实现控制功能。主程序流程图有掉有掉电标志系统初始化调用采集程序调用显示程序调用报警控制子程序参数恢复子程序YNN超载YY完成返回开始图25主程序流程图4.2参数恢复子程序设计设计思路24C02是基于C-BUS的存储器件，A0，A1，A2为器件地址线，WP为写保护引脚，SCL，SDA为二线串行接口。对参数进行恢复，就是把保存在24C02中的数据取出来存到单片机中。读假设干个连续单元数据可从当前地址开始，还可以从制定地址开始。单片机收到8位数据后作出相应应答。只要24C02确认到应答的信号，其内部地地址存放器就会自动增加1指到下一单元，并且按顺序地将指向单元地数据送到串行数据线SDA上。当结束了读操作后，单片机在接收响应时刻发送一个不应答的信号，接着再根据情况发送一个停止信号即可。4.2．2程序流程图系统上电后检测到掉电标志位为1，就会通知单片机对参数进行恢复，被恢复地参数存在24C02中，也就是对24C02进行读操作。先关中断，发送标志码，测试响应信号，响应完成后发送24C02单元首地址代码，然后发送读控制字，并开始读数据，读完后将所读数据存到缓冲区，发送结束信号，开中断，通知单片机去除掉电标志。YNYN开始开始取24C02单元首地址关中断发送标志码测试响应信号响应标志为1发送24C02单元首地址代码发送读控制字测试响应信号响应标志为1设置位传送计数器发送读脉冲读数据8位读完发送应答信号YNNNYY通知单片机清掉电标志将所读数据发送到缓冲区通知单片机清掉电标志将所读数据发送到缓冲区17字节读完发送结束信号开中断返回NY图26参数恢复子程序流程图4.3看门狗子程序设计设计思路程序正常运行时，由主程序在小于1.6s的时间间隔内周期性地从P1.7端向MAX813L的WDI端发送一脉冲信号，用以去除芯片内部地看门狗定时器。假设超过1.6s该输入端接收不到相应的脉冲信号，那么这时内部定时器发生溢出，8号引脚由高电平转变为低电平。引起MAX813L产生一个200ms地复位脉冲。同时使定时器清0，WDO*引脚变成高电平。假设电源发生故障，那么会引起单片机发生中断，CPU响应中断，执行相应地中断效劳程序，保护数据，同时将外部用电的电路断开等。为了答到这一目的，需要把中断的优先级〔PX0〕设为最高。对于优先级地设置可以通过中断优先存放器的IP实现，令外还要设置中断允许存放器IE的总允许位〔EA〕进行设置，同时还要对外部中断0允许位〔EX0〕进行相应的设置。中断源一般有两种触发的方式。假设选择的是电平触发，擦除中断时必须在外部加上辅助电路，假设不加上辅助电路那么中断就不能正常响应；假设选择跳沿触发，当INT0端出现的是负跳变，CPU内部硬件将会对中断的标志IE0自动置位，CPU响应中断标志IE0被硬件清0。通过上综合分析，选用的跳变触发方式是最为适宜的。触发的方式是由定时器控制存放器TCON中的IT0位决定的。在中断效劳程序中，首先保存重要数据到24C02中,保存完毕后把电源控制存放器PCON的PD位置1，激活掉电工作方式，中断返回。向24C02中保存数据时，采用页写入方式，单片机先发送启动信号，接着发送1个字节的控制字，再发送1个字节的起始地址，上述各字节均得到应答后就可以发送数据，并顺序存放在以指定起始地址开始的相继单元中。每送一个字节数据都要求24C02应答，最后以停止信号结束。看门狗程序流程图当MAX813L检测到故障时，会通知单片机保存相应数据，数据保存在24C02中。保存时，先关中断，发送标志码，测试响应信号，响应后发送24C02单元首地址代码，开始发送数据，发送完毕后开中断，通知单片机激活掉电方式。开始开始取24C02单元首地址开中断发送标志码测试响应信号响应标志为1发送24C02单元首地址发送数据发送完？发送结束信号关中断通知单片机激活掉电标志YNNY返回图27看门狗子程序流程图4.4采集报警控制子程序的设计设计思路本模块实现功能：〔1〕载重信号的采集处理；利用电阻应变式传感器将汽车承受的压力信号转换为电压信号，然后通过放大电路将电压信号放大后送到A/D转换芯片ADC0809转换成数字信号。当超重时，该信号通过80C51单片机使报警系统启动，产生报警，并切断点火系统，使汽车无法启动。〔2〕轮速信号的采集处理；当汽车启动车轮转动时，霍尔效应式轮速传感器(开关型)，将轮速转换为数字电压信号，通过89C51单片机控制报警系统，使得汽车开动后报警系统不能工作，从而防止了当不超载的汽车在行驶时，由于路面的颠簸而产生错误报警和熄火。采集报警控制子程序流程图N开始N开始关中断采集传感器信号开中断接收设置载重信号M0接收设置VM信号计算当前载重量M1M1>M0蜂鸣报警计算当前车速VXVX>VM启动打火控制系统M1>M0延时200msY关中断结束返回NNYY图28采集报警控制子程序流程图4.5显示子程序设计设计思路LED数码管显示原理：单片机接收通过传感器产生的压力信号，经过放大电路，A/D转换成的数字信号，经过处理，控制LED不同管脚发光，因而显示不同数字，并根据压力信号的不断变化依次点亮各个LED。动态显示是一位一位轮流的点亮各位数码管，在某一时刻只选通一位数码管，并选出相应的字形代码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的字形代码。依此规律循环，逐个点亮每位数码管，每次显示1ms虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，可以给人以同时显示的感觉。显示子程序流程图当系统检测到车辆超载时，会发出蜂鸣报警，并且显示超载的重量。由于存储在存储单元的中的数据不能一次性在LED上显示出来，因此在开始时要将超载量的千位、百位、十位、个位别离出来。显示时，先显示个位，即数码管最后一位，然后是十位、百位、千位，数码管的位选通过从PB口向LED送位选码实现。4位数显示完毕后返回。开始开始取显示缓冲区首地址别离出千，百，十，个位取扫描位码初值熄灭各显示器送位选码取显示数据查表转换成字形码送段选码延时1ms修改显示缓冲区指针修改位码4位显示完？返回NY图29显示子程序流程图5总结5.1系统先进性主要包含以下几点：1.本设计考虑到汽车在行驶过程中，可能会因为路而状况不佳或特殊情况，而导致车厢上下颠簸而造成减震钢板承受压力突然增大，超过其额定载荷，从而产生错误报警，因此本设计采用了霍尔效应式轮速传感器,通过89C51单片机对报警系统进行控制，使得当汽车车轮转动后报警系统关闭。2.采用串行ADC0809。串行方式所用芯片引脚少、封装小，并且在PCB板上占用的空间也小。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，可处理8路模拟量输入，且有三态输出功能，既可与各种微处理器相连，也可单独工作，输入输出兼容TTL。其主要特性有:8路8位A/D转换器;单5V电源供电;模拟输入电压范围:0V―+5V，不需零点和满刻度校准。3.看门狗电路采用MAX813L。MAX813L在供电电压下降以及掉电、加电情况下有复位输出；有独立地输出，假设看门狗的输入在1.6s内还未被触发，其输出将会变成高电平；具有1.25V门限值检测器，用于电池低电压检测、＋5V以外的电源监控、或电源出现故障时的报警。5.2系统局限性本论文也存在缺乏之处，所设计的控制装置未进行仿真，理论上的成功不代表实践上可行，还需要进一步进行检验测试。参考文献[1]沙占友.集成化智能传感器原理与应用[M].北京:电子工业出版社，2004[2]沙占友.智能传感器系统设计与应用[M].北京:电子工业出版社，2005[3]刘迎春.现代新型传感器原理与应用[M].北京:国防工业出版社，1998[4]单成祥.传感器的理论与设计根底及其应用[M].北京:国防工业出版社，1999[5]冯英.传感器电路原理与应用[M].成都:电子科技大学出版社，第一版，1997[6]黄继昌.传感器工作原理及应用实例[M].北京:人民邮电出版社，第一版，1998[7]曲波，肖圣兵.工业常用传感器选型指南[M].北京:清华大学出版社，2002[8]白英彩.微型计算机常用芯片手册[M].上海:上海科技出版社，2000[9]谢宜仁.单片机实用技术问答[M].北京:人民邮电出版社，2005[10]刘必虎.中小规模集成电路的原理与应用[M].上海:上海科技出版社，2000[11]李勋．单片机微型计算机大学读本.北京：北京航空航天大学出版社，2002

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[13]王治刚．单片机应用技术与实训．北京：清华大学出版社，2004

[14]张积东等.单片机51/98开发与应用.北京：电子工业出版社，1994[15]周航慈等.单片机程序设计根底.北京：北京航空航天大学出版社，1997[16]彭为.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，2006[17]何立民等.单片机高级教程.北京：北京航空航天大学出版社，2000[18]卢艳军.单片机根本原理及应用系统.北京：机械工业出版社，2005[19]周美娟等.单片机技术及系统设计.北京：清华大学出版社，2007[20]李学海.PIC单片机原理「M].北京航空航天大学出版社，1993.[21]戢卫平，胡耀辉，朱朝华，叶祥等.单片机系统开发实例经典[J].北京:冶金工业出版社，2006.[22]李东生，张勇.PROTEL99SE电路设计技术入门与应用[M].北京:电子工业出版社，2001.[23]余成波,胡新宇,赵勇主编.传感器与自动检测技术[M].北京：高等教育出版社，2004.2[24]胡伟，季晓衡.单片机C程序设计及应用实例[M].人民邮电出版社，2003.[25]雷思孝,冯育长编著.单片机系统设计及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.5[26]曲波,肖圣兵.工业常用传感器选型指南[M].北京：清华大学出版社，2002[27]刘畅生,钟龙,刘煦,贾静.传感器简明手册及应用电路[M].西安电子科技大学出版社,2007致谢经过接近半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的催促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在我做设计的过程中遇到了很多问题，都是张秀红老师耐心的指导和讲解，让我的问题迎刃而解。本课题在选题及研究过程中得到了张老师的精心指导，指导我毕业设计的每个阶段，倾注了张老师大量的精力。张老师指引我论文的写作方向，他工作的认真以及严谨的治学精神让我从中学习到很多。在此，谨向张老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢张老师在我撰写论文的过程中给予我极大地帮助。同时，最后，谨向百忙中抽出时间来参加我的论文辩论的各位老师表示衷心的感谢！附录程序清单:(1)主程序：LIMITEQU0030HOVEREQU0031HWEIGHEQU0039HQIANEQU004AHSAVEEQU0050HORG0000HLJMPMAINORG0003H；外部中断0入口LJMPDOG；看门狗子程序ORG0023H；串行中断入口LJMPINOUT；通讯子程序ORG0100H串行口通讯初始化：MOVTMOD,#20H；定时器T1设为方式2MOVTL1,#0F3H；装入定时器初值MOVTH1,#0F3H；8位重装值SETBTR1；启动定时器T1MOVSCON,#50H；串行口设为方式1看门狗初始化：SETBIP.0；PX0=1,将中断优先级PX0设为最高SETBIE.7；EA=1，开总中断SETBIE.0；EX0=1,允许外部中断0中断SETBTCON.0；选用跳变触发方式。SETBP1.7NOPCLRP1.7；周期性的从P1.6端向WDI输入端发送脉冲信号MAIN:JBCPCON.1,GONESJMPLOOPGONE:LCALLSJMPLOOPLOOP:MOVR0,#08HMOVR1,#OVER；超载量地址MOVR2,#WEIGH；实际重量地址LCALLKEY；LOOP1:LCALLCAIJI；调用采集子程序INCR1MOVOVER,R1INCR2MOVWEIGH,R2LCALLDISP；调用显示子程序DJNZR0,LOOP1；是否采集完?SJMPLOOPRET(2)参数恢复子程序：(1)读操作主程序ORG0200HRD24C:MOVDPTR,#0000H；取24C02单元首地址RD24C1:CLREA；禁止中断LCALLFBZM；发送标志位LCALLCSXY；测试响应信号JBXYBZ,RD24C1；假设未响应，那么重新发送LCALLFDPL；发送字节首地址代码MOVA,R3；取“读〞控制字LCALLFSMW；发送“读〞控制字LCALLCSXY；测试响应信号JBXYBZ,RD24C1；假设无响应，那么重新发送MOVR0,#LIMIT；取缓冲区首址MOVR2,#00H；设置字节数据传送计数器RD24C2:MOVR1,#08H；设置位传送计数器RD24C3:SETBSCL；发送读脉冲SETBSDA；释放数据线，将单片机对应口线置输入状态MOVC,SDA；读一位数据RLCA；将读到的数据移入ACCCLRSCL；准备接收下一位数据DJNZR1,RD24C3；假设8位数据未读完那么继续读MOV@R0,A；将读到的1个字节数据保存到缓冲区INCR0；修改缓冲区指针INCR2；修改字节数据计数器CJNER2,#17,WW；是否接收完毕LCALLFJSM；发结束信号SETBEA；恢复中断设置RETWW:LCALLFYD；假设未接收完，那么发送应答信号AJMPRD24C2；转RD24C2继续接收下一个字节数据(2)发标志码子程序ORG0300HFBZM:SETBSDASETBSCL；初始化MOVA,DPH；取单元地址高字节CLRCRLCAANLA,#0FHORLA,#0A0H；将地址高字节融入写控制码：10100BMOVR3,AINCR3；产生读控制码FSMW:CLRSDA；产生启动信号FSMW1:MOVR1,#08H；送数据位数FSMW2:CLRSCL；准备发送数据位RLCA；取代发送数据位MOVSDA,C；将待发送数据位放到SDA总线上SETBSCL；发送DJNZR1,FSMW2；判断一个字节数据是否发送完毕CLRSCL；发送完毕，锁定时钟线，准备下一步操作RET(3)测试响应子程序ORG0400HCSXY:SETBSDA；释放数据线SETBSCL；产生一个应答脉冲CLRXYBZ；清响应标志JNBSDA,CSXY1；检查时否响应SETBXYBZ；无响应那么置响应标志CSXY1:CLRSCL；锁定时钟线，准备下一步操作RET(4)发送应答信号子程序ORG0450HFYD:CLRSDA；发送应答信号SETBSCLNOPCLRSCL；准备接收下一个字节数据SETBSDA；释放总线RET(5)发送结束信号子程序ORG0500HFJSM:CLRSDA；发结束码SETBSCLNOPSETBSDARET(6)发送ACC子程序ORG0550HFDPL:MOVA,DPL；发24C02字节首地址代码FACC:LCALLFSMW1；发ACCLCALLCSXYRET(3)看门狗中断子程序：ORG0003HWR24C:MOVDPTR,#0000H；取24C02待写页面及单元首地址WR24C1:CLREA；禁止中断LCALLFBZM；发送标志码LCALLCSXY；测试响应信号JBXYBZ,WR24C1；假设响应标志为1，那么需重新发送LCALLFDPL；发送24C02单元首地址代码MOVR0,#LIMIT