车辆超载检测系统研究毕业设计论文(编辑修改稿)

车辆超载检测系统研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

分析和 对其 之间的 关系进 行深 入的研 究有 利于帮 助提高 系统的测量精度。 （ 2）注重模型和实践检验。 由上面所了解 到的许多关于车辆动态 称重技术 的研究 方法， 这些 技术大 多数仍 停留 在理论 研究 的层次 ，真正 应用于实践的并不多，而没有能在真正的系统运行环境以及以实践中检验。 （ 3）应用高性能微控制器。 电子衡器仪表 与微控制器的结合，是衡器发展 的历史 飞跃。 这是 由于采 用微控 制器 后，对 动态 称重信 号的实 时分析成 为可能 ，如机 械阻 抗分析 、数字 滤波 、傅立 叶分 析等， 这样使 电子衡器 仪表的 数据处 理能 力有很 大的提 高， 使车辆 动态 称重技 术的国 内发展展望。 A) 车辆动态称重系统将融入ITS(Intellingent Transport Systems)，成为其组 成部分，因此作 为固定式的 WIM 系 统或装置，设计时要考虑 这一背景，在数据处理、信 号传输、上下位机的关系 、硬件配备等方面 ，均要考虑 ，以便于其“嵌入 ”ITS。 B) 称 重传感 器的 寿命 将制 约车 辆动 态称 重系 统的 广泛 使用 ，这是国内业 界应当 认真面 对的 问题。 国内较 为普 遍地运 用压 电陶瓷 式、电 阻应变片 式等形 式称重 传感 器，国 外则较 多地 运用了 压电 薄膜、 液压管 、共聚物 压电轴 等形式 的称 重传感 器，大 大提 高了使 用寿 命，对 于便携 式WIM 系统还能方便现场使用。 C) 目 前国际 上还 没有 规范 且权 威的 车辆 动态 称重 技术 标准 ，仅有 14 一个得到西方国家承认的国际参考标 准 ASTM E1318— 94。 这给我国研 究和应用 车辆动 态称重 技术 带来了 机遇和 挑战。 机遇 是在 没有国 际权威 规范标准 的情形 下，我 国有 了领先 设立国 际标 准的机 会。 挑战在 于如何 在国内深入研究和应用车辆动态称重技术，至少先要建立相应的国家标准，并付诸实施。 D)低速 WIM 系统的造价和维 护费用都要低于高速 WIM 系统。 以我国目前的道路运输水平，对应 WIM 系统的允 许通过车速并不需要太高。 用于计重收费的场合，固定式 WIM 系统一般 安装在收费口或匝道口，在 与ITS 系统相配的情形下，车速一般不会高于 40km/h。 用于执法临检的场合， 便携式 WIM 系统一般安装于辅道或路侧，车速一般不会高于 5km/h。 主 要设 计（ 研究 ）内 容 本设计 涉及一 基于 单片机 设计 的机车 超载 检测系 统， 在高速 公路收费口的 路面上 装有固 定连 着传感 器的钢 板， 当汽车 经过 时，车 辆的重 量就会被 称重传 感器测 量出 来，送 到变送 器处 理后， 再传 送到计 算机， 经过分析判断，就会对超载车辆发出警报。 设计实现的主要功能： （ 1）该系统有 32 个传感器 ，每个收费路口用 4 个传感器组成一个称，可同时检测 8 个收费口； （ 2）计算机通过发送命令字 控制相应的变送器进行校 正、故障诊断、数据采集等工作； （ 3）一台计算机控制 32 个变送器工作，采用多点通讯形式； （ 4）具备掉电参数保护功能 ，上电后参数恢复功能（部分数据清零）； （ 5）能够遵循 RS485 通讯 网络协议，生成 标准 MODBUS 通信数据包。 15 系 统主 要技 术指 标 本系统所实现的主要技术指标如下 : （ 1）参数测量误差范围为不大于177。 1%； （ 2）监控数量： 32 台； （ 3）实时采集周期＜＝ 1 次 /1 分钟，发送周期＝ 1 次 /1 小时； （ 4）数据输出：所有表格数据，查询结果均可输出为 Excel 文件。 解 决的 关键 问题 本系统需要解决的关键问题如下： （ 1）寻 找适合现场条件的称重传感器。 传感器的灵敏度、测量范围、防止方式都会影响所测数据的准确性。 （ 2）测量数据的处理。 若测量数据处理不 当，系统就会做出错误的判断，在数据处理不当的时候，进行合理的判断处理。 （ 3）键盘输入。 键盘用来设定上限值和解除报警。 （ 4）掉电保护。 在一些测 控系统中，存在电源开 断、瞬时电压不稳等不安 全因素 ，将会 造成 系统死 机、信 息丢 失、运 行不 稳定等 故障， 这就需要掉电保护。 （ 5）与上位机的通信（标准 MODBUS 通信）。 16 2 系 统总体结构方案设计 系 统总 体结 构及 其功 能 设计总体结 构如图 所示。 图 以单片机为处理器的系统 本设计 为车辆 超载 检测系 统的 设计， 要求 能够判 断车 辆是否 超载并且在超载时能够提供报警和显示超载的重量。 本设计采用 AT89C51 单片机作为核心处理器，利用桥式称重传感器 WPL110 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TLC0838 转 换成数 字信 号并 计算 出载重 量； 所得 的载 重量将 通过 RS485接口电 路送到 上位机 ，上 位机与 设定的 载重 量作比 较并 判断是 否超载 ，若超载 显示超 载的重 量并 报警； 参数可 通过 键盘设 定， 键盘还 可解除 报警。 方 案设 计 方案一 处理器基于 AVR 的机动车超载检测系统。 本检测 系统主 要由 主控制 板、 显示部 分、 键盘部 分、 采集部 分、串 17 行通信部分和报警部分构成。 主控制板主要由 AVR 单片机、 CPLD、滤 波电路、电平转换电路等构成。 AVR 单片机主要实现控制功能， CPLD 主要实现 I/O 口扩展 、逻辑判断等功能。 系统 经过初始化之后，先用键盘 设定载重上限值，然后采集数据，由 AVR 单 片机判断是否超载，超载要 发出报警。 方案二 处理器基于 51 系列单片机的机动车超载检测系统。 系统硬件框图如下所示 : 图 基于 51 系列单片机的系统硬件框图 本次设计采用 51 系列的 AT89C51 单片机 作为系统处理的核心，利用桥式称重传感器 WPL110 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 TLC0838 转换成数字信号并计算出载重量；所得的载重量将通过 RS485 接口 电路送到上位机，上位机与 设定的载 重量作 比较并 判断 是否超 载，若 超载 显示超 载的 重量并 报警； 参数可通过键盘设定，键盘还可解除报警。 方 案的 论证 AVR 系列 AVR 单片机是 Atmel 公司推出的较为新颖的单片机，其显著 的特点为高性能 、高速 度、低 功耗。 它取 消机器 周期 ，以时 钟周 期为指 令周期 ， 18 实行流水作业。 通用寄存器一共 32 个（ R0～ R31），前 16 个 寄存器（ R0～ R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。 AVR 系列没有类似累加器 A 的结构，它主要是通过 R16～ R31 寄存器来实现 A 的功能。 在 AVR 中，没有像 51 系 列的数据指针 DPTR，而是由 X（由 R2 R27 组成）、 Y（由 R2 R29 组成）、 Z（由 R R31 组成）三个 16 位的寄存器来完成数据指针的功能 (相当于有三组 DPTR)，而且 还能作后增量或 先减量等的运行。 51 系列 51 系列内部的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 象不是 字或 字节而 是位。 虽然 其他种 类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。 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，十六个字节 ，单元地址 20H～ 2FH，它既可作字节处理，也可作位处理，使用极为灵活。 51 系列的 I/O 脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各 I/O 口均置高电平）。 当该脚作输出脚使用时，则为高电平 或低电平均可。 低电平时，吸入电流可达 20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μ A 甚至更小（ 电流实际 上是由 脚的上 拉电 流形成 的）， 基本 上没有 驱动 能力。 其原因 是高电平 时該脚 也同时 作输 入脚使 用，而 输入 脚必须 具有 高的输 入阻抗 ，因而上 拉的电 流必须 很小 才行。 作输出 脚使 用，欲 进行 高电平 驱动时 ，得利用外电路来实现， I/O 脚不通，电 流经 R 驱动 LED 发光；低电 平时，I/O 脚导通，电流由该脚入地， LED 灭（ I/O 脚导通时对地的电压降小于 19 1V， LED 的域值 ～ ）。 方 案的 确定 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、通讯模块的选择及电源方案等。 1）看门狗的选择：看门狗芯片可以选择 X25045 和 MAX813L 等。 X25045 内部没有故障检测，而 MAX813L 内 部自带了看门狗跃迁检测器 ，故选用 MAX813L。 它有加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为 200 ms；独立的看 门狗输出，如果看门狗输 入在1． 6 s 内未被触发，其输出将变为高电平； V 门限值检测器，用于电源 故障报警、电池低电压 检测或＋ 5 V 以外的电源监 控；低电平有效 的手动复位输入； 8 引脚 DIP 封装。 2）传感器的选择：桥式称重传感器有 WPL1 CL110 等 , CL110 的额定载荷是 10～ 30t，而 WPL110 的额定载荷 是 10～ 50t ，故本设计 选择 WPL110。 它抗偏载，组合 压头具有自动 复位与调心功能。 高精度、 低功效、全密封，适用于各类恶劣环境。 量程是 10～ 50t ，综合精度达 到0． 02（线性 +滞后 +重复性），灵 敏 度是 mV/V ，工作温度在 20℃～+65℃ ，输入阻抗是 700Ω ，输出阻抗是 750 Ω ，安全过载： 150％ F?S ，供桥电压为 12VDC。 3） A/D 转换转换器的选择： A/D 转换转换 器，根据输出的信号格式，可分为并行 A／ D 和串行 A／ D。 并行方 式一般在转换后可直接读取 数据，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少、封装小，在 PCB 板上 20 占用的空间也 小。 故本设计 采用串行 A／ DTLC0838。 TLC0838 是美国德 州仪器公司生产的 8 位逐次逼近模数转换器。 具有输进可配置的多通道多路器和串形输进输出方式。 它有 8 位分辨 率；易于和微处理器接口或 独立使用；可满量程工作；可用地址逻辑多 路器选通 8 输进通道；单 5V 供电，范围为 0～ 5V：输进和输 出与 TTL、 CMOS 电平兼 容；时钟频率为 250kHz时，其转换时间为 32μ s；总调整误差为177。 1LSB。 4）显示器的选择：本设计采用 LED（ Light Emitting Diode），发光二极管，它是一种固态的半导体器件，它可以直 接把电转化为光。 LED的心脏 是一个 半导体 的晶 片，晶 片的一 端附 着在一 个支 架上， 一端是 负极，另一端连接电源的 正极 ，使整个晶片 被 环氧树脂 封装起来。 LED 体积小，耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管 瓦），电光 功率转换接近 100%。 一般 来说 LED 的工作电压是 ，工作电流是； 5）通讯模块的选择：本设计采用 RS485 通讯网络协议， RS485 驱动器和接收器价格便宜，并且只需要单一的一个 +5V（或者更低）的电 源来产生差动输出需要的最小 的压差。 RS485 是一个多引出线 接口，这个接 口可以 有多个 驱动 器和接 受器， 而不 是限制 为两 台设备。 利用 高阻抗接受器，一个 RS485 连接可以最多有 256 个接点，最长可以达到4000ft,比特率可以高达 10Mbps。 6）电源方案：本设计中的电源主要有两种：、 +5V 和 +12V。 +5V 为单片机、 TLC083显示、键盘、蜂鸣器、 MAX813L 及 MAX485 的模拟电 源与数字电源； +12V 的电源是供给运算放大器、传感器和看门狗芯片的。 综上所述，我们本次设计采用 51 系列的 AT89C51 单片机作为系统处 21 理的核心，利用桥式称重传感 器 WPL110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 TLC0838 转换 成数字信号并计算出载重量；所得的载重量将通过 RS485 接口电路送到 上位机， 上位机 与设定 的载 重量作 比较并 判断 是否超 载， 若超载 显示超 载的重量并报警；参数 可通过键盘设定，键盘还可解除声光报警。 22 3 系 统的硬件设计 本系统 主要由 看门 狗模块 、通 讯模。