动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计——软件部分_毕业论文(编辑修改稿)

动态汽车衡系统胎压形变及车速检测设计——软件部分_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

明的是，讫今为止， 8134 还只公布了 20xx 年修订的第五草案，并未最后定稿。 ASTM E1318 仍然是目前国际上唯一一个正式发布的动态车辆称重设备标准。 另外 8134 也规定了严格的适用条件。 利用冲击或压力原理测量动 态车辆整车重量或轴载荷的装置，不属于本规程的范围。 根据 OIML 8134，我国于 20xx 年颁布了 JJG9o7 动态汽车衡检定规程，并于 20xx 年做了修订。 JJG9o7 等效采用了国际建议 8134 39。 939。 o 目前，国内动态汽车衡厂家产品的生产、检验和标称采用最多的是JJG907(最新版于 20xx 年 11 月 23 口实施 )和 ASTM E1318(最新版为 20xx 版 )。 本次设计的目的和意义 车辆称重分为静态称重和动态称重。 现行公路管理部门普遍采用静态称重的方法。 静态称重具有称量准确，精度高的特点，但是静 态称重降低了车辆运输及道路通行的效率，并且极易造成交通排队现象，诱发交通事故。 公路动态称重是通过测量行驶车辆的动态轮胎受力，从而推算静态整车重量的。 显然，公路动态称重克服了静态车辆称重的缺点，同时也提高了道路通行效率和公路管理部门的西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 4 工作效率。 国家与交通部已经相继出台了多项政策与法规对车辆载重做出了强制性规定。 随着 20xx 年交通部《收费公路试行计重收费指导意见》的出台和《全国治超检测站点规范化建设试点工程实施方案》通知的下发，车辆计重收费设备和超载检测设备相继步入新设备试点运营、大规模设备采购和旧产品更新换 代的调研阶段。 而《中华人民共和国关于加强治超站点管理规范治超执法行为的通知》则进一步明确地提出了 :为保证交通畅通，在货车流量特别是超限超载车辆流量特别大的路段，要配置动态称重设备预检。 20xx 年，交通部在全国范围内开展了治理超限超载工作，随着治理超载工作的全面推进与深入，车辆动态称重系统越来越彰显其重要作用。 因此，对于车辆动态称重系统的研究具有十分重要的意义[1]。 本次 设计的主要工作和进程 基于汽车衡系统的动态称重及车速检测系统设计包括硬件设计和软件设计两部分内容。 本文着重介绍系统的软件设计。 a. 主要工作： (1) 了解掌握专业电工，电子技术； (2) 熟练掌握 MCS— 51系列单片机工作原理及应用技； (3) 自主设计系列典型软件，含以下部分及功能： 1） 典型 51 内核的单片机系统软件（推荐采用 intel 公司 51 系列， atmel公司 89 系列 Silabs 公司的 C8051F 系列）。 2) 车胎受压变形程度参数算法及车速算法。 3) 双四位 LED 车胎压变参数、车速显示。 4) 标准 RS232 协议半双工通信及常规可靠性设计。 b. 工作进程： 按照开题计划，遵循老师教导，合理安排时间，以 保质保量完成此次毕业设计任务。 1～ 3 周 前期准备工作（资料收集，复习相关知识）； 4～ 8 周 提交开题报告，方案内具体设计； 9～ 12 周 完成软件程序流程图的设计，中期答辩，并完成英文翻译； 13～ 15 周 编写程序代码； 16～ 18 周 提交电子档，完成论文，进行答辩 2 汽车衡系统介绍 5 2 汽车衡系统介绍 汽车衡系统组成 汽车衡系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件主要完成模拟信号向数字信号的转换，各部分电压的转换、信号的放大以 及 LED 显示等部分。 而软件则完成信号的采集、滤波、查表转换、控制输出、 LED 数码管显示等功能。 系统的主要原理和拟采用的方案 称重原理 如图 所示， lf — 为车轮转矩 M 在地面上产生的力密度函数， l 为车轮与地接触面E0G 段内任意点处由车轮转矩 M 产生当前力密度的作用力臂长度，即公斤 /单位作用力臂长度。 经分析， E0G 段内任意点 i 处的力密度 ilf （ 1） 可以进一步明确表示为 ilkM/ ，即力密度函数有： 式中 k 为待定比例常系数，车轮转矩 M 自身不随自变量作用力臂长度 l 的长度变化，在表达式中亦为常数。 当前点作用力臂长度 l 与车轮与地接触面 E0G段内当前点距中心 0 点的长度x 有函数关系： 220)( xOxl  （ 2） 式中 0O 轮轴距地高度为常量。 因此，力密度函数在车轮与地面形成的接触面 E0G 段内 i 点产生的切线力if ，在水平方向上产生的投影即其产生的水平分力可以表示为： （ 3） lkMlf ）（  iiiiii xxO OxO kMxxf  2222 0 00c o s 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 6 0ln ORkMFy  从而，车轮转矩 M 在接触面 E0G 段内水平方向上产生的总力 Fx ,既水平力传感器的输出数值可以表示为： （ 4） 鉴于 E0G 段内 E0 段与 G0 段在水平方向上产生的力呈对称性质，于是上式亦可表示为： （ 5） 结果有： （ 6） 同理，车轮转矩 M 在接触面 E0G 段内垂直方向上向下产生的总力 yF 则可表示为 : （ 7） 结果有： （ 8） 将式（ 6）代入式（ 8）有： （ 9） dxxO OkMdxxO OkMF gE xxx  0 220 22 000 0dxxOOkMF Exx  0 220102ExxOxa r c tgOOkM 022 00102 dxxO xkM Exx 0220ExxOxkM0)0ln (21 22  00ln2 OEFF Exy Ex kMF 2dxxO xxO kMF Exy 220 22 00  西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 7 表达式（ 9）为车轮转矩 M 在接触面 E0G 段内垂直方向上向下产生的总力 yF与水平方向上产生的总力 Fx 的工程计算关系表达式。 E0/O0值范围 ln(E0/O0)值 10 11 12 13 14 15 E0/O0值范围 0.95 ln(E0/O0)值 16 17 18 19 20 21 E0/O0值范围 0.95 ln(E0/O0)值 22 23 24 25 26 27 E0/O0值范围 0.85 ln(E0/O0)值 28 29 29 表 部分 E0/O0 值范围 对应的 ln(E0/O0)值 表 车轮参数部分 车轮参数测量旨在取得称重车辆当前车轮的半径 R、车轴距地高度 O0 及车轮与称重台接触面长度 E0G，然后通过表达式（ 9）实现工程计算。 车轮参数测量装置为光电原理。 图 2 中 D’D 及 B’B 为依称重台水平面安装高度分别为 10cm 及 20cm 的光电接收管线阵，其阵列中每个接收管水平相距1cm，故此装 置测量误差不会低于 1cm。 测量装置由计算机通过对两列测量线阵中光电接收管输出高低电平的判读，直接获得 D’D 及 B’B 的参数，此即为当前被测车轮的两个弦长。 在此基础之上进行计算机内部处理。 当前车轮的半径 R 及 OA 参数： 222 OAABR  （ 10） 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 8 222 )10(  OACDR （ 11） 联解等式（ 10）、（ 11），获得当前车轮的半径 R 及 OA 参数。 车轴距地高度 O0： 200 OAO ( 12 ) 车轮与称重台接触面 E0G 中 E0 长度： 222 00 ORE  (13 ) 至此，车轮参数中车轮的半径 R、车轴距地高度 O0 及车轮与称重台接触面E0G 中 E0 长度全部获知。 车速测量 如图 在称台两侧距地面 10cm， 20cm 处分别安装 64 个红外传感发射装置阵列，相邻 传感器距离均为 1cm，若能接收到红外光，则为低电平，否则为高电平，并且必须在第一位和最后一位状态都为 0 时才能读取。 汽车由左向右运动，若第一次读取传感器状态为 0„ 0000111„„ 111100„ 0，第二次读取传感器状态为 0„ 0111„„ 111100000„ 0，并且单片机从读取第一个位置时再读取第二个位置传感器状态所用时间为 T(ms)，通过对两数据处理，可得到汽车向前运动了3CM，于是，车速 V(公里 /时 )=3CM*105/（ T*103/3600）。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 图 称重示意图 3 主要器件及开发工具简介 本设计中主要应用芯片 AT89C51 完成控制及数据处理，红外传感器对轮胎参数测量， AD976 芯片进行数据采集转换。 AT89C51 概述 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。 它集 Flash程序存储器既可在线编程 (ISP)也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中， ATMEL 公司 的功能强大，低价位 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数 : 与 MCS51 产品指令系统完全兼容 4k 字节在系统编程 (ISP) Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 的工作电压范围 全静态工作模式 :0Hz24MHz 三级程序加密锁 128 8 字节内部 RAM 32 个可编程 I/0 口线 2 个 16 位定时 /计数器 6 个中断源 全双工串行 DART 通道 低功耗空闲和掉电模式 中断可从空闲模唤醒系统 看门狗 ((WDT)及双数据指针 掉电标识和快速编程特性 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 10 功能特性概述 : AT89C51 提供以下标准功能 :4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM, 32 个 I/O 口线，看门狗 (WDT )，两个数据指针，两个 16 位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时，AT89C51 可降至 OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有 部件工作直到下一个硬件复位。 引脚功能说明： Vcc:电源电压 GND:地 PO 口 :PO 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。