基于单片机的汽车动态称重系统设计

计算机控制技术课程设计成绩评定表设计课题基于单片机的汽车动态称重系统设计学院名称：电气工程学院专业班级：自动化0604 学生姓名：王晓娅学号： 20064280429 指导教师：王黎设计地点：中原路校区2-417设计时间：2010-01-04～2010-01-10计算机控制技术课程设计课程设计名称：基于单片机的汽车动态称重系统设计专业班级：自动化0604学生姓名：王晓娅学号：20064280429 指导教师：王黎课程设计地点：中原路校区2-417课程设计时间：2010.01.04—2010.01.10计算机控制技术课程设计任务书摘要道路运输车辆超载现象极为普遍，公路动态称重是目前高速公路管理一项必不可少的技术。

其能有效减缓公路路面的损耗、节约公路养护成本、减少因超载而引起的交通事故，与税务系统相结合，还能防止国家税收的大量流失。

目前，公路车辆动态称重的目的大体可分为-①贸易结算；②法令规定的强制计量；③交通数据的采集。

上述不同的目的的称重对于称重系统的量要求也不相同。

贸易称重用于车辆进行整车称重，要求误差小；法定强制称重包括检测整车重以及轮荷、轴荷、轴组荷，用于这一目的的称重，每次称量的误差也较小，而且需要在不同的位置设置大量的检测仪，便于执法人员发现超载；交通数据的采集包括各种车辆的重量、轴载、速度、轴距、车辆类型等交通数据，对高速公路的规划、设计、建造、运行、维护、管理以及投资都必不可少，用于此目的时，大量低精度的采样数据相对于少量高精度的采样数据，在分析中能提供更好的预测资料。

世界上经济发达的国家都很重视车辆动态称重技术的研究，动态称重系统简称WIM(weigh—in．motion)，随着计算机处理数据能力的增强与数字信号处理方法的日益增加，许多信号处理理论用于改进汽车动态称重信号处理来提高处理的精度。

本设计的汽车动态称重硬件系统采用电阻应变式称重传感器搭建称重平台，设计了信号放大电路、AD转换电路、信号采集电路、显示电路、单片机控制电路和通信电路，给出了信号流程图并介绍了汽车动态称重软件系统。

关键词：汽车动态称重；传感器；参数估计目录1 引言 (1)2 总体方案设计 (1)2.1 硬件方案论证 (1)2.2 系统总体设计 (5)2.3 系统控制算法的设计 (5)3 系统单元电路的设计 (7)3.1 检测电路设计 (8)3.2 A/D转换电路设计 (11)3.3微控制器的工作电路设计 (12)3.4 显示电路的设计 (13)3.5 通信模块设计 (13)3.6 系统抗干扰设计 (13)4 系统的软件设计 (14)4.1 系统主程序流程图 (14)4.2 A/D转换子程序 (15)4.3 数据采集子程序 (16)4.4 通信模块子程序 (17)4.5 显示子程序 (19)4.6 控制子程序 (19)总结 (21)参考文献 (22)附录： (23)1 引言随着经济的发展和科技的进步，现代交通运输业飞速发展。

近几年来我国对公路基础设施特别是高速公路建设的力度逐年加大，交通运输业的发展无疑对国民经济建设起到了积极的推动作用，但是号称公路隐形杀手的营运车辆超载现象屡禁不止，其危害是多方面的，如加速损坏公路路面增加公路养护成本、使国家税费大量流失、造成交通事故频繁发生、严重的环境污染、加速车辆的损坏等等，因此，加强公路运输的管理、保障行车安全等问题也显得日趋重要，设计高精度的动态汽车衡，必将为公路运营部门治理超限超载和实施计重收费提供有效的技术手段。

同时提高动态称重的精度，提高称重时车辆通过速度、降低称重系统的成本仍是一个未能解决的问题。

如何设计出速度快、抗干扰能力强、准确度高的新型全自动汽车动态称重系统，对公路交通部门有效地实施超限计重管理，保证行车安全、延长公路的使用寿命、降低公路养护的成本、减少环境污染等方面有着显著的社会效益和经济效益。

对动态称重系统研究的要求是：①精度高：②便于移动；③测定时的有效性高；④耐久性，可靠性好；⑤测定时的易隐藏：⑥便于维修保养：⑦标定容易；⑧数据存贮可靠、容量大；⑨信息传递性好；⑩测定安全，总成本(设置费用、维修费用、测试费用)低。

与静态称重秤体结构不同的是，动态称重秤体不能自由浮动，而应该固定不动，以减缓车辆过衡时产生的水平方向的摇晃和振动。

如果可能的话，在垂直方向上也应该加以约束，以减小秤体的垂直方向上可能产生的较大的振动。

动态称重秤体结构的动态响应特性的设计也应该给予足够的重视。

合理地设计秤体结构的固有频率等动态参数，以得到较快的动态响应速度。

2 总体方案设计2.1 硬件方案论证对于动态称重系统来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的丛础。

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汁。

本系统硬件方案论证包括单片机、公路动态称重系统的传感器、数据采集电路、数据接口及显示电路的选择。

2.1.1 微处理器的选择方案一：8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，性价比低。

方案二：89C51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能于3V的超低压工作，与MCS-51系列单片机完全兼容，但是其不具备ISP在线编程技术，需把程序编写好以后再放到编程器中烧写，才可以进行硬件电路的调试，倘若程序编写出现问题，调试电路就比较麻烦，而且其芯片内存也只有4KB。

方案三：由于所需程序空间比较大，要求微处理器包含比较大的内部程序存储器空间。

PHLIPS公司生产的P89C58X2单片机内部含有32K字节的FLASH程序存储器和256字节的RAM，可以满足设计需要。

所以我们选择P89C58X2作为系统微处理器。

2.1.2 称重传感器的选择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、感应式传感器、应变式传感器、压电式传感器、霍尔式压力传感器、电容式、光纤式、数字式传感器等。

方案一：电位器式传感器广泛应用于各种场合，它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与他成一定函数关系的电阻或电压输出量的传感器元件。

电位器式传感器要求出入能量大，电刷雨点组之间容易磨损，故不选用。

方案二：电阻应变片式传感器通常是由某些金属半导体材料制成。

它具有精度高、测量范围广，使用寿命长、性能稳定可靠，结构简单、尺寸小，重量轻，频率特性好，可在高低温、高速、高压、强烈震动、强磁场、核辐射和化学反应等腐蚀的恶劣条件下工作，很适合与露天动态称重，故本设计选用电阻应变片式称重传感器。

电阻应变式称重传感器的特点如下：①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠；③可在高低温、高速、高压、强烈振动、强磁场、潮湿等恶劣环境正常工作；④结构简单，体积小，重量轻；⑤价格便宜，品种多样，便于选择和大量使用；⑥频率响应较好，即可用于静态测量又可用于动态测量。

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，我们选用常用的电阻应变片称重传感器。

2.1.3 显示器的选择方案一：LCD数码管液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，但同时液晶显示器的编写程序复杂，价格昂贵，从而降低了整个系统的性价比，故不采用此种方案。

方案二：LED数码管显示器可分为两种显示方式：静态显示和动态显示。

LED数码管静态显示，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块，所以排除此方案。

方案三：LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码。

采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。

利用显示器的余晖和人眼的视觉暂留现象，只要每一位显示足够短，则人看到的就是无为数码管同时显示。

在动态显示方式下电路设计简单，故采用此方式。

2.1.4 数据采集电路的选择方案一：并行通信是指一条信息的各位数据被同时传送的通信方式。

并行通信的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只使用于近距离(十几距数米)的通信，故不采用。

方案二：串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。

串行通信的特点是：数据位传送，按位顺序进行，最少只一需根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。

串行通信的距离可以从几米到几千米。

由于串行通信方式具有使用线路少、成本低、特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用，因此本设计采用串行通信。

2.1.5 数据接口的选择在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，是不同的设备可以方便地连接起来进行通信。

当前流行的接口有：RS-232-C和RS-485。

方案一：RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。

在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。

RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50，75，100，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。

RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制。

例如，采用1 50pF／m的通信电缆时，最大通信距离为l 5m。

传输距离短的另一原因是RS 一232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

方案二：RS-485总线，通信距离为几十米到上千米时，因此长距离要求时被广泛采用。

RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。

RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。

RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。

应用RS一485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

故本系统采用RS-485接口。

2.2 系统总体设计2.2.1 系统的工作流程(1)初始状态：检测区通过地感线圈检测有无车辆。

(2)车辆驶入秤台，仪表接收到来自秤台的重量数据超过一定限定值时，系统自动进入动态称重方式。

(3)车辆通过秤台，仪表检测车重。

控制箱内的数据采集模块将称重称台传来的信号进行放大，并转换为数字信号送到计算机进行称重信号处理。

(4)计算机收到仪表传送的信息后，自动计算出轴超载量、总重超载量及相关内容，并进行记录与储存。