基于单片机的货车只能称重仪的设计

基于单片机的货车只能称重仪的设计内容摘要：

对严格，故未采用。 方案二：选用 12位逐次比较式 ADC，此方案经小信号放大、调理电路，可直接连接单片机，也可以可满足精度要求，故采用此方案。 主控制器模块方案选型 根据本设计与主控制系统的功能要求，以及性价比的最大化这里选用 51 单片机。 而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。 数据显示模块方案选型 本设计只需要显示出所称实物的实际重量 ，由于 LED 耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高等优点，再加上驱动简单，容易利用单片机对其进行控制和编程等特点 选用 LED 显示。 报警模块方案选型 报警电路只在实物超出人为设定的值时，才被单片机驱动。 在这就是对使用者有个提醒作用，人为使用普通的声光报警就可以。 我们选用蜂鸣器与发光二极管来设计报警电路。 基于单片机的货车智能称重仪设计 10 第四章 货车 称重仪的 硬件结构及电路设计 对于 货车 称重系统来说，硬件系统是它的最基本的框架，也是系统的所有功能的基础。 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计。 对于本系统，硬件系统的设计可分为以下几个部分：机械部分和电路部分。 机械部分就是称重平台的设计；电路部分包括传感器的选择及其信号调理电路的设计、单片机系统设计、 A／ D 转换接口电路的设计、显示电路设计、报警电路等。 货车 称重系统的称重平台设计 机械部分主要由称重称体和传感器构成。 称体采用具有一定刚度计量平台。 称重平台的设计可采用能有防冲击结构、有效抵抗 货车 长期对称重台的冲击收费车道称重系统的称重平台。 本设计中称重平台采用广东佛山市普量电子有限公司 的WPL401/402 柱式称重传感器 ，称重量程范围为 010T。 如图 所示 图 传感器称重平台设计 图 称重传感器的原理分析 称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。 用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。 称重传感器的分类及选择 行驶方向 LCD 显示屏 WPL401/402 柱式传感器 称重平台 声光报警 基于单片机的货车智能称重仪设计 11 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。 选择传感器要考虑以下几点： （ 1）数量的选择 根据称重系统的用途、秤体需要支撑点数而定，使用时根据实际情况来确定。 (2)量程的选择 传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。 一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。 但在实际使用时，由于加 在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。 (3)准确度的选择 传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。 在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。 (4)使用环境及介质性能的考虑 根据环境条件和被测介质的性能综合选择。 (5)传感器型号 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装空间，保证安装合适，称量安全可靠。 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，本课题选用常用的电阻应变式称重传感器 [15]。 电阻应变式称重传感器的原理分析 电阻应变式称重传感器的特点为：精度高，测量范围广；使用寿命长，性能稳定可靠；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；结构简单，体积小，重量轻；价格便宜，品种多样，便于选择和大量使用；频率响应较好，即可用于 货车 称重测量。 电阻应变式称重传感器是 基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产 生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。 下面就这三方面简要论述。 基于单片机的货车智能称重仪设计 12 （ 1）电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。 他的一个重要参数是灵敏系数 K。 我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为 L，横截面是半径为 r 的圆形，其面积记作 S，其电阻率记作 ，这种材料的泊松系数是μ。 当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为 R： （ 1— 1） 当他的两端受 F 力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。 设其伸长Δ L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少。 此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作。 对式（ 1— 1）求全微分，即求出电阻丝伸 长后，他的电阻值改变了多少。 我们有： （ 1— 2） 用式（ 1— 1）去除式（ 1— 2）得到 （ 1— 3） 另外，我们知道导线的横截面积 ，则 ，所以 （ 1— 4） 从材料力学我们知道 （ 1— 5） 其中，负号表示伸长时 ，半径方向是缩小的。 μ是表示材料横向效应泊松系数。 把式（ 1— 4）式（ 1— 5）代入式（ 1— 3），有 = = （ 1— 6） 其中 （ 1— 7） 基于单片机的货车智能称重仪设计 13 式（ 1— 6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数 K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材 料的 K 值一般在— 之间；其次 K 值是一个无因次量，即它没有量纲。 在材料力学中Δ L/L 称作为应变，记作。 用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。 常常把它的百万分之一作为单位，记作。 这样，式（ 1— 6）常写作： (1— 8) (2) 弹性体 弹性体是一个有特殊形状的结构件。 它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变 片比较理想的完成应变电信号的转换任务。 （ 3）检测电路 检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。 因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响、可以抑制侧向力干扰、可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等。 所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。 因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。 如图 图 惠斯登全桥式等臂电桥 电阻应变片把机械应变信号转 换为△ R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。 因此，要采用转换电路把应变片 基于单片机的货车智能称重仪设计 14 的△ R/R 变化转换成电压或电流变化。 由于直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。 上图 为一直流供电的平衡电阻电桥， 接直流电源 E。 当电桥输出 Uo 端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。 当忽略电源内阻时，由分压原理有： )= (1— 9) 当满足条件 时，即 (2— 0) U0=0,即电桥平衡。 式（ 2— 0）称平衡条件。 传感器信号调理电路设计 放大电路设计 由于称重传感器转换后的电压信号是幅度很小的毫伏级差动信号，很难直接进行模数转换，因此需要对这一模。