静态汽车衡系统硬件部分毕业设计.docx

静态汽车衡系统硬件部分毕业设计目录1绪论11.1 汽车称重的意义11.1.1 诱发了大量道路交通安全事故11.1.2 严重损坏了路桥基础设施11.1.3 导致了道路运输市场的恶性竞争21.1.4 造成汽车“大吨小标”泛滥21.1.5 车辆尾气严重超标污染环境21.1.6 对车辆本身造成巨大的损失21.2 汽车静态称重系统的国外研究现状21.3 本课题研究的主要内容31.4 本章小结32静态汽车衡系统的分析与设计42.1 静态汽车衡系统的构成和原理42.2 静态称重过程的测量精度影响因素分析42.3 静态汽车衡系统的设计思想52.4 提高精度的设计方法与干扰因素的抑制思路52.4.1 提高精度和抑制干扰因素的措施52.5 本章小结63静态汽车衡系统硬件电路设计73.1 称重传感器的选择与性能分析73.1.2电阻应变式称重传感器的性能分析83.2 信号调理电路设计93.2.1 信号放大电路93.2.2 信号组合电路113.3 电源电路的设计133.4 单片机典型系统电路的设计153.4.1 AT89C51 简介153.4.2 单片机的复位电路183.4.3 口寸钟电路193.4.4 JTAG 软件193.4.5 单片机在系统中的应用203.5 . A/D转换接口电路设计203.5.1 AD转换器的分类及选择203.5.2 AD976 简介223.5.3 AD976的管脚说明233.5.4 工作过程及转换结果243.5.5 与AT89C51单片机硬件接口设计253.6 键盘部分设计263.6.1 键盘电路概念263.6.2 按键功能介绍273.6.3 键盘电路设计中要解决的问题283.7 显示电路设计293.7.1 液晶显示简介293.7.2 1602 简介303.7.3 1602管脚功能30LCD 1602管脚排布如图3.21所示： 303.7.4 1602LCD 的特性303.7.5 LCD 1602 的接线图313.8 通信电路313.8.1 MAX232 芯片介绍313.8.2 管脚功能313.8.3 8.3主要特点323.8.4 RS232 与 RS485 的区别323.8.5 接线图333.9 系统抗干扰设计333.9.1 系统干扰原因333.9.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计333.10 本章小结344结论354.1 全文总结354.2 设计过程的重点难点35参考文献36致谢37毕业设计（论文）知识产权声明38毕业设计（论文）独创性声明39附录A原理图40附录BPCB图411结论1绪论公路运输是货物运输的主要手段，因为公路运输可实现门到门的运输。在我国，公路运输占五大货物运输（公路、水路、铁路、航空和管道）总量的3/4o近几年来，伴随着交通运输业的迅猛发展，汽车超限超载运输现象越来越严重。超载超限运输严重破坏公路路面及其桥梁设施，引发道路交通事故，危及人民群众的生命财产安全，治理公路上的超限超载运输行为迫在眉睫。为了有效治理公路及汽车超载，对车辆的重量进行计量就显得十分迫切和必要，世界上有75%的货物需要经过称重这一环节。1.1 汽车称重的意义多年来，国际上许多国家，公路车辆在运输货物时，普遍存在着超限超载现象，而且超限超载车辆占相当高的比例。据调查，德国超限超载车辆达50%,美国40260%的大型载货汽车超限超载。近年来，我国道路运输车辆超限超载现象也极为普遍，在严重地区，儿乎所有的货运车辆都存在不同程度的超限超载行为。货运部门通过改装车身、后桥和轮胎来大幅度提高货车的装载能力，使运输效率和经济效益得到很大的提高，但是超限超载却带来了一系列的重大危害。1.1.1 诱发了大量道路交通安全事故据统计，70%的道路安全事故是由于汽车超限超载引发的，多于50%的重特大道路交通事故与超限超载有直接关系，汽车超限超载运输给人民生命财产造成了巨大损失，间接经济损失更是难以估量。超限超载汽车的荷载远远超过了公路和桥梁的设计承受荷载，致使路面损坏、桥梁断裂，大大缩短公路的正常使用年限，使其不得不提前进行大修。交通部的实验表明，一辆超载100%的车辆，通过沥青路面一次所造成的破坏程度，相当于核定载荷的标准车辆走265次;通过水泥路面一次造成的破坏程度，相当于核定载荷的标准车辆走6. 55万次。据有关专家介绍，载重10吨的货车超载一倍，对公路的破坏力相当于正常载重时的16倍;超载2倍，对公路的破坏力增加80倍。而且核定载重量越大的车辆，超载对公路的破坏越严重。一条设计使用15年的公路，如果行驶车辆超载1倍，其使用年限将缩短90%,即只能使用一年半。另一项科学检测表明，当车重增大至路面设计称重的两倍时，其对路面的损坏将增大到原来的20倍左右。由于过量超载运输的碾压，2003年4月才建成通车的京珠高速公路乳源段在短短的8个月后即出现了路面车辙，京珠高速公路的大修被迫提早8年进行。每年全国公路因汽车超限超载而造成的损失超过300亿元，给国家造成了巨大财产损失西安工业大学毕业设计(论文)1.1.3 导致了道路运输市场的恶性竞争货车车主竞相压价承揽货源，以超限超载来获取利润，超的越多，赚的越多，形成了“压价一超限超载一运力过剩一再超限超载”的恶性循环。1.1.4 造成汽车“大吨小标”泛滥为迎合车辆超限超载运输的需求，一些汽车生产厂商竞相生产“大吨小标”车，一些汽车改装厂和修理厂也纷纷非法改装车辆，影响了汽车工业的健康发展。1.1.5 车辆尾气严重超标污染环境由于超限超载车辆燃油系统负荷过大，尤其是燃油净化系统不能正常运转，燃烧不完全，尾气严重超标，致使车辆行驶过程中浓烟滚滚，有的甚至只见黑烟不见车，对公路两旁环境造成了严重污染。1 .L6对车辆本身造成巨大的损失超限超载运输对车辆的损坏十分厉害，据一位从事超限超载运输的车主介绍，由于超负荷运行，汽车每两个月要换10个轮胎，一个轮胎1700元左右，如果不超限超载、不出意外，轮胎每一年才一换一次。鉴于超限超载运输车辆所造成的巨大危害，有关部门和地方也先后开展了一系列治理超限超载工作，取得了一定成效。但是由于超限超载现象涉及面广，治理难度大，加之利益驱动，使超限超载现象成为一个“顽症”，有“愈演愈烈”之势，所以有效治理超限超载迫在眉睫。1.2 汽车静态称重系统的国外研究现状纵观世界车辆称重技术的发展历程，车辆称重技术的发展与完善和科技与铁路运输业的发展紧密相连。就称重装置的结构而言，车辆称重系统可分机械式和机电式两大类.机械式的称重系统是通过杠杆传动装置把被测质量和已知质量相比较实现称重的,机电式的称重系统是利用传感器把被测质量产生的作用力转变成电信号。再经过转换、放大、输入到计算机进行采集处理.，由打印机直接将被测质量的重量打印出来。第一台带有加载与卸载设备的机械称重装置是1940年由德国率先研制定型的。车辆只能停在台面上实现静态称重，误差一般为千分之二到千分之三这一阶段由40年代初期一直延续到60年代的中期。此间，大多数欧洲国家和美国车辆称重技术的发展和德国相似。我国，从八十年代开始引进和消化吸收国外的称重系统，同时也开始了对称重系统的研究。但是，引进的称重系统大都是国外的己经被替换下来的产品，存在着各种问题，比如传感器庞大等。国内研究较早的是重庆公路科学研究所，可以应用于公路自动化交通调查、轴载检测、限重执法等领域。山西计量测试研究所和太原工学院也联合开发出轴计量式汽车衡。特别是最近儿年来，国内工业界对汽车衡称重的需求有了很大的增长，许多生产厂家和公司都相继推出了自己的汽车衡产品。电子汽车衡按传感器输出信号分类可分为模拟式汽车衡和数字式汽车衡；按称量方式分为静态汽车衡和动态汽车衡；按安装方式可分为地上衡和地中衡；按秤台结构分为钢结构台面和混凝土台面；按使用环境状况可分为防爆电子汽车衡和非防爆电子汽车衡；按汽车衡的自动化程度可分为非自动汽车衡和自动汽车衡。近来年，随着企业管理水平的不断提高，无人值守的自动电子汽车衡正成为未来汽车衡的发展方向。1.3 本课题研究的主要内容本文主要研究的内容如下：(1)按照设计要求，对汽车静态称重系统进行整体的分析与设计。将系统按实现的功能划分为不同的模块。(2)根据各模块实现的功能，选择相应的器件，掌握各器件实现的功能，为实现系统硬件设计做准备。(3)设计硬件电路及PCB板。硬件电路主要完成数据采集、处理、显示及键盘输入的功能。利用protel软件绘制硬件电路原理图及PCB图。1.4 本章小结本章主要阐述了汽车静态称重系统研究的目的和意义，目前静态称重系统的国内外研究现状和发展趋势，最后说明课题研究所做的主要工作。52静态汽车衡系统的分析与设计2.1 静态汽车衡系统的构成和原理静态汽车衡系统一般由称重平台、信号调理电路、数据采集电路、处理器以及LCD显示、键盘电路等组成。本系统采用称重传感器采集信号，当汽车停在称重台上后，分布在称重台四角的四个称重传感器在重力的作用下，弹性体在弹性范围内发生与荷重力成正比的变化，从而使弹性体上的应变片阻值也发生正比的变化，配合检测电桥，得到与重力成正比的检测信号，传感器的输出是一个毫伏级的模拟信号，在进行模数转换之前，需要经过运算放大器进行放大。为了得到精确的放大倍数及最低限度的零点漂移，放大器采用了高精度、超低漂移的四路差动输入前置放大电路，然后使四路信号进入由运放构成的硬件加法器，将四路信号进行加法运算输出一路信号，进行硬件滤波（若需要的话）。采集上来的模拟信号在进入单片机前，需要转换成数字信号，故采用16位A/D将模拟信号转换成数字信号后送入单片机系统。单片机处理后送LCD数码管显示相应的重量信息，从而实现汽车的静态称重。系统键盘输入系统的控制信息和命令，以便对系统进行控制和处理等一些特殊操作（如工作模式和运行参数等）。系统框图如图2. 1所示：图2. 1系统框图2.2 静态称重过程的测量精度影响因素分析称重系统的静态精度主要包括：(1)温度漂移的问题。系统由于工作在不同的温度下，所以温漂是我们必须要考虑的首要问题。引起漂移的原因很多，如:应变片的电阻温度系数不同，电阻应变片胶基厚度和固化程度不一致，弹性元件的线膨胀系数不均匀，连接导线长度不同及焊点质量影响等。可以把这些不一致看成是由四个桥臂的电阻温度系数不一致引起的。需要采用合适的硬件电路来克服零点漂移。(2)A/D分辨率的问题分辨率是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与最小刻度的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。本设计根据精度的需要选择合适的 A/D。(3)传感器本身的非线性问题。传感器系统本身的线性都不是太好，要想提高精度必须对其测得的数据进行处理对于传感器的非线性误差，我们采用数字非线性校正方法消除。2.3 静态汽车衡系统的设计思想由于各种干扰信号的存在，使得称重信号会淹没在各种噪声中。引起很大误差，如何减少或消除噪声，减弱各种干扰的影响，提高静态测量精度是系统设计的主导思想。要建立车辆静态称重系统，就需要一个合理的硬件结构作为系统的基础。系统