畢業(yè)設計--動態(tài)稱重系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前我國經(jīng)濟正處于一個高速發(fā)展的階段，人們的生活質量日益提高，財產(chǎn)也慢慢積累，漸漸富裕起來，買車的人也越來越多(家用車，客車，貨車)，但是隨之而來的是一系列嚴峻而又急需要解決的問題，比如公路收費站停車稱重效率低下，通車速度慢，容易引起擁堵；公路上貨車超載引起的交通安全事故頻繁，威脅人們的生命財產(chǎn)安全；超載還會加快對道路的

2、破壞，使公路的維護周期大大縮短，從而讓國家在道路維護上過多投入，造成資源浪費；超載也會減少國家的稅收大量流失，影響過家財政收入，此外，由于過載發(fā)動機會超負荷工作，容易造成環(huán)境的污染等系列衍生的嚴峻問題。為了解決這些問題，提高通行效率，減少超載現(xiàn)象，于是動態(tài)測重技術（WIM）應運而生。本設計參考國外動態(tài)稱重技術的基礎上，以壓力傳感器，放大器，數(shù)模轉換裝置，微型控制器，顯示設備為核心部件，設計一個實用的動態(tài)測重系統(tǒng)。選用一種合適的數(shù)據(jù)處理方

3、案，編寫程序，最后通過Proteus軟件的仿真，模擬整個稱重過程，從而驗證此方案的可行性。</p><p>　　關鍵詞：動態(tài)稱重；壓力傳感器；算法；Proteus仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　At present, with the high-speed development of China

4、’s economy, people's quality of life is increasing , and property is accumulating slowly. More and more people start to buy car,such as home car, passenger car and truck.However,it cause a series of severe and urgent

5、 problems. For example, because of the poor efficiency of toll station parking weighing,the slow traffic will easily lead to congestion. The traffic accident caused by truck overload will seriously threaten people’s life

6、 and propert</p><p>　　Key words:Weigh-in-motion; Pressure sensor; Algorithms; Proteus simulation</p><p>　　目 錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>

7、　　AbstractII</p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1動態(tài)稱重的定義以及研究意義1</p><p>　　1.2畢業(yè)設計要求2</p><p><b>　　2 方案論證3</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)電路設計整體

8、方案3</p><p>　　2.2數(shù)據(jù)處理方案選擇3</p><p>　　2.2.1最大值測量法4</p><p>　　2.2.2算術平均測量法4</p><p>　　2.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡法5</p><p>　　2.2.4基于參數(shù)估計的系統(tǒng)辨識法5</p><p><b>

9、　　3硬件電路設計6</b></p><p>　　3.1 數(shù)據(jù)處理器件電路6</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)采集電路8</p><p>　　3.2.1電阻應變片式傳感器電路設計8</p><p>　　3.2.2信號放大器電路設計11</p><p>　　3.2.3數(shù)字模擬轉換器電路設計13<

10、;/p><p>　　3.2.4精密基準電壓源14</p><p>　　3.3光電門車輪檢測電路15</p><p>　　3.4顯示電路16</p><p>　　3.5電源電路17</p><p>　　3.6外部通信電路17</p><p><b>　　4 程序設計19</

11、b></p><p>　　4.1 程序流程圖19</p><p>　　4.2 部分程序20</p><p>　　4.2.1 max18720</p><p>　　4.2.2顯示21</p><p>　　5 仿真與調(diào)試24</p><p><b>　　6總結與展望26&

12、lt;/b></p><p><b>　　致謝詞28</b></p><p><b>　　【參考文獻】29</b></p><p>　　附錄1：系統(tǒng)總體電路圖30</p><p>　　附錄2：源程序代碼31</p><p><b>　　1 前言<

13、/b></p><p>　　近年來，在國家政策的大好形勢下，國民經(jīng)濟不斷攀升，人民財富不斷累計，買車的人（私家車，客車，貨車等）越多了起來，由此衍生了一些列問題，比如收費站傳統(tǒng)停車稱重效率低，在收費站安裝WIM設備不僅減少了人的工作強度，同樣更能保證交通的流暢性、秩序性、安全性；對于公路來說，安裝改設備能有效減少超載現(xiàn)象，不僅能夠有效的延長公路壽命，大大縮短維護的周期，為社會節(jié)約資源，減小對環(huán)境的污染，另一

14、方面，對于保護生命財產(chǎn)安全，減少交通之故的發(fā)生也具有重大的意義。WIM技術的發(fā)展歷史分為以下幾個階段：</p><p>　　1958年，美國帶頭開始研發(fā)WIM系統(tǒng)；</p><p>　　1974年，美國最先在車輛載荷研發(fā)中投入配置weigh in motion；</p><p>　　1983年，vibracoax技術下研發(fā)的系統(tǒng)最先在法國批量生產(chǎn)使用；</p&

15、gt;<p>　　1988年，英國制造出性能好于Vibraeoax的新型稱重壓電傳感器Vibeteks；</p><p>　　1993年，歐盟WIM被納入COST重點計劃并且實施；</p><p>　　1995年，第一次ICWIM1會議正式召開；</p><p>　　1996年，歐盟花巨資，建立WAVE項目；</p><p>　

16、　2000年，MSI研制出更高性能的傳感器，可以同時測量移速、軸的個數(shù)、車軸的距里；</p><p>　　2008 年， 重要國際會議ICWIM5和 HVTT10成功舉辦</p><p>　　80年代以前，我國沒有改革開放，公路上沒有這種系統(tǒng)，都是整車稱重，秤臺比車還大，改革開放以后開始從國外引入WIM系統(tǒng)。后來，摸索并開始研發(fā)軸重秤，2000年以后頒布并實施有兩部有關于測重的法律規(guī)定，新

17、法規(guī)推動了WIM技術的研發(fā)熱潮，眼前國內(nèi)的研究主要是引進和改進，自主研發(fā)能力比起國外的厭煩能力，還有很大的距離</p><p>　　1.1動態(tài)稱重的定義以及研究意義</p><p>　　動態(tài)稱重簡稱WIM。相比停車稱重來說是可以測量運動物體的重量，比如可以通過測量運動的輪胎的壓力，來測得車身總重量。通常由傳感設備，數(shù)字模擬轉換設備，微型控制設備 ，顯示設備，以及有軟件控制的稱重儀器。<

18、;/p><p>　　WIM系統(tǒng)在每一個國家使用都非常廣泛，主要用于檢測計算車身總重量（車輛總重），車軸重量，超重，車輛速度，車身總長度，軸間距和車輛種類（如轎車，公共汽車，卡車或牽引車/半掛車）。WIM用于收費站稱重，該系統(tǒng)可以在不停車的情況下，測量車的重量，保證車輛通過的效率；公路保護以及交通安全保護方面，，該系統(tǒng)可以有效的防止超載，超載一方面容易引發(fā)交通安全事故，另一方面使公路的使用壽命縮短，所以該系統(tǒng)可以有效的

19、延長公路壽命，保障人生安全。</p><p>　　隨著改革開放政策的實施，我過的國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，汽車行業(yè)正在快速崛起，車輛的急劇增多，這讓WIM系統(tǒng)如如魚得水，為了保證安全，提高效率，研究WIM系統(tǒng)顯得格外具有意義。此外，WIM技的使用范圍非常廣泛，藥品、食品、化工、石油等生產(chǎn)計量部門，采用該技術能大幅度工人的工作強度，節(jié)省人力資源，明顯的提高生產(chǎn)效益，增加經(jīng)濟收入。所以，稱重行業(yè)對我國的國民經(jīng)濟的發(fā)展，有著舉

20、足輕重的作用 </p><p><b>　　1.2畢業(yè)設計要求</b></p><p>　　要求：最大額定測量：50 t，精確度：勻速時≤±2%（速度≤5Km/h），采樣頻率：200次/S，5位LED顯示，分辨率15kg。</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務：</b></p><p>

21、;　?。?）查閱相關資料，了解各種動態(tài)稱重的設計原理；</p><p>　　（2）完成方案論證報告；</p><p>　　（3）完成系統(tǒng)硬件電路圖的設計及器件選型；</p><p>　　（4）畫出軟件流程圖及編寫軟件；</p><p>　?。?）在Proteus下進行仿真、調(diào)試；</p><p>　?。?）按照要求撰寫

22、設計說明書；</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)電路設計整體方案</p><p>　　動態(tài)稱重系統(tǒng)主要由壓力傳感器、信號放大電路、轉換器、微型控制器、LED液晶顯示器、光電計數(shù)器、電源等主要部件組成。其系統(tǒng)整體電路設計思想為：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)電路設計思想&

23、lt;/p><p>　　2.2數(shù)據(jù)處理方案選擇</p><p>　　當車輛經(jīng)過秤臺時，傳感器會輸出一個信號，但是這個信號并不等于被對象體實際的真實值，因為除了傳感器本身的誤差意外，最終的測量值還容易受到溫度、濕度、車輛的速度、加速度、車身本身的抖動、操作車輛轉向、路面凹凸不平等外界因素的干擾，顯然如果直接把傳感器的測量值當做真實值，測出的數(shù)據(jù)沒有使用價值，設備也就沒了實際作用，所以對信號的預處

24、理顯得格外具有實際意義。根據(jù)不同的測量方式，不同的測量要求，選擇不同的信號數(shù)據(jù)處理方案可以極大地提高測量的精確度。是提高動態(tài)稱重精度的重要環(huán)節(jié)，不同的稱重方式有各自的特點，其信號處理方法也不同。對于低速工作模式，主要采用應變式軸重設備數(shù)據(jù)處理方案；速度比較高的情況，則一般采用條狀傳感器信號處理方案。</p><p>　　下圖2.1是常見的多軸車輛輸出的軸重信號。明顯的可以知道當車輪壓過傳感器后，會出現(xiàn)一個沖擊激振

25、，然后慢慢的衰減下去，激振的陡峭程度是由被測物體移動速度決定的，移動速度越高就上升就越快，激振也就越強烈，極值點與實際值的差距就越大，設測量值為Z1,實際值為Z2，差值為δ，當車速V→0時，δ→0，測量值Z1無窮接近于Z2，所以移動速度非常低的情況下，將測量值人為的認為等于實際值。如果移動速度比較高，速度帶來的影響就非常之大，速度會造成一些列的后續(xù)干擾，因此就必須對測量值進行信號處理，下面介紹幾種常見的方案[1]。</p>

26、<p>　　圖2.1典型的汽車軸重信號</p><p>　　2.2.1最大值測量法</p><p>　　該方案將得到的最大值直接視為真實值，對被測對象行駛速度有絕對的要求，精度低缺點多，優(yōu)點是易實現(xiàn)，算法容易。</p><p>　　2.2.2算術平均測量法</p><p>　　該方案就是對采樣值進行求平均值，能夠達到一定的精度，算

27、法相對容易，需要比較大的秤臺，采樣的值要足夠多才能達到理想的精度，同時受激振的影響較大，但是我發(fā)現(xiàn)文獻[2]給出了一種非常有效果，算法也相對容易的處理方案，大概原理是去掉兩邊激振沖擊較大的部分，對中間相對平穩(wěn)的采樣值段求平均值。</p><p>　　(1)對采樣值 (即車輪在秤臺時稱重系統(tǒng)的采樣值)進行排序,去個較小的采樣值,保留個較大的采樣值,設為 ();</p><p>　　(2)求的

28、平均值,設為;</p><p>　　(3)求, ,…,對,，進行排序;</p><p>　　(4)在中找到個較小值，…,(),再找到與，…,對應的，，…，;</p><p>　　(5)求，，…，的平均值,設為,即為所求值。其中,m、n、p均為整數(shù)。</p><p>　　該方案，能夠有效去除激振沖擊帶來的干擾，但是需要大量的采樣值才能達到理想的

29、精度。并且需要對車速進行限制，能在低速情況方可采用。經(jīng)過比較，此方案精度較高，采樣數(shù)據(jù)較多，適用于低速工作情況，所以滿足我們的設計需要，故選用該方案作為我們的設計方案。</p><p>　　2.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡法</p><p>　　該方法主要是基于并行技術的思想，以神經(jīng)網(wǎng)絡技術為控制核心，采取多因素協(xié)調(diào)，將檢測過程中對影響稱重精度和限制車輛通過速度起主導作用的因素作為訓練樣本，通過訓練獲得

30、較好的網(wǎng)絡模型，再根據(jù)該模型和網(wǎng)絡輸入數(shù)據(jù)得出車重，并期望提高檢測精度。目前來看，利用數(shù)學模型的稱重檢測方法是比較有前途的，絕大多數(shù)稱重系統(tǒng)基本上是具有二階(或準二階)傳遞特性的系統(tǒng)，假如稱重系統(tǒng)采用二階的自回歸滑動模型ARMA，再借助于這個模型和遞推的最d,-乘法RLS即可由極短的稱重階躍響應估計出模型參數(shù)和被稱重量。在現(xiàn)有的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)中，為了提高檢測精度，信號的測量往往是在衰減到一定程度并穩(wěn)定后才進行，這就大大限制了車輛通過速

31、度。高速情況下的測量數(shù)據(jù)屬于短時間歷程數(shù)據(jù)，而使用RLS估計重量的方法要求時問很短，通常不超過一個振蕩周期即可得到良好的結果，這為測量時提高車輛通過速度提供了廣闊的空間。另外，考慮到稱重臺結構比較復雜，要進行高精度建模很困難，利用神經(jīng)網(wǎng)絡技術可以避開復雜的物理建模，僅根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)進行黑箱建模。</p><p>　　式中：代表實際的測量值。代表模型的輸入值。</p><p>　　

32、總體來說，該方案就是通過用大量的時間通過大量的實驗測出大量的數(shù)據(jù)擬合推導出一個測量的數(shù)學模型（實驗模型）。該方案精度高，能夠用于高速模式，缺點是需要花費大量的時間，經(jīng)費，并且需要實驗環(huán)境，由于我們的時間比較緊，買實際的實驗設備需要太多經(jīng)費，沒有實驗環(huán)境，故不采用此方案</p><p>　　2.2.4基于參數(shù)估計的系統(tǒng)辨識法</p><p>　　這個方案對于我來說比較難，沒有這方面的知識儲備

33、，該方案大概的意思是通過分析建模（理論建模），引入系統(tǒng)辨識法（通過3個要素選定一個最能代表該系統(tǒng)的數(shù)學模型），再用參數(shù)估計法簡化問題。次方案能在極短輸入信號估計出數(shù)學模型、軸重值，精度也非常高，能夠用在速度高的情況下。由于我們的設計要求是低速工作模式，且我覺得該方案復雜，沒有知識儲備，故不選用此算法。</p><p><b>　　3硬件電路設計</b></p><p>

34、;　　硬件電路元器件種類繁多，選擇方案多種多樣，我主要選擇的元器件有稱重傳感器信號放大器A/D轉換器LED顯示控制芯片</p><p>　　3.1 數(shù)據(jù)處理器件電路</p><p>　　單片機國外稱微控制器縮寫“MCU”，實際上就是一個小型地計算機系統(tǒng)，包含一個處理器核心，存儲器，可編程輸入/輸出外圍設備。微控制器被用于自動控制的產(chǎn)品和設備，如汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)，植入式醫(yī)療設備，遙控器，辦

35、公室機器，電器，電動工具，玩具和其他嵌入式系統(tǒng)。通過降低尺寸和成本使微控制器有了廣闊的使用空間。微控制器的公司繁多，種類繁多，但是原理大致一樣，由于我們專業(yè)只集中學習過AT89C52/AT89C51,系列微型控制器，所以就選擇我們熟悉的AT89C52微型控制器，如下圖是一種用的非常廣泛的微型控制器。</p><p>　　圖3.1.1 AT89C52微型控制器</p><p><b&

36、gt;　?。?）主芯片</b></p><p>　　主要特性 </p><p>　　·與MCS-52 兼容 </p><p>　　·8K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p><p>　　·壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p&g

37、t;　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p><p>　　·256*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個16位定時器/計數(shù)器

38、 </p><p>　　·8個中斷源 圖3.1.2 AT89C52單片機</p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式

39、 </p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p><b>　?。?）晶振電路</b></p><p>　　晶振電路如圖3.1.3所示。由C2、C3串聯(lián)之后并聯(lián)一晶振組成，與單片機的XTAL1和XTAL2端口相連接。晶振振蕩頻11.0592MHZ，兩電容約為30pF，注意電容接地處。</p&g

40、t;<p>　　圖3.1.3 時鐘電路</p><p><b>　?。?）復位電路</b></p><p>　　在微型控制器系統(tǒng)中，該電路是用來防止程序跑飛死機時使用的，采用上電+按鈕復位的方式。當開關打開時，RST通過電阻接地，當按下復位按鈕時，由于C6的作用使電源VCC通過R2接在單片機的RET端口，從而讓系統(tǒng)復位。電容的典型取值為10uF,電阻為2

41、k[4]。</p><p>　　圖3.1.4 復位電路</p><p><b>　　3.2數(shù)據(jù)采集電路</b></p><p>　　3.2.1電阻應變片式傳感器電路設計</p><p>　　該元件原理是，車輪壓力引起電阻的變形，電阻形變在激勵電壓的作用下會輸出變化的電壓信號。生產(chǎn)傳感器的公司，傳感器型號繁多，我們根據(jù)設計

42、需求，最大額定稱量：50 t，精度：勻速時≤±2%（速度≤5Km/h）我們選擇JHBU-3型 輪輻式稱重傳感器，該元件的參數(shù)以及實物圖片見下方。</p><p>　　圖3.2.1(a)，JHBU壓力傳感器</p><p>　　表3.2.1 JHBU-3型傳感器參數(shù)</p><p>　　將應變電阻，通過惠斯通電橋，按全橋或者半橋方式連接起來，可以精確的將壓力

43、以電流或者電壓的形式表現(xiàn)出來。圖3.2.1（a）為直流電橋電路</p><p>　　圖3.2.2(b) 電橋的工作模式</p><p>　　普通電橋的輸出電壓： </p><p>　　(式3.2.1.1)</p><p>　　兩臂差動電橋電路的電壓輸出為：</p><p>　　(式3.2.1.2)</p>

44、<p><b>　　初始狀態(tài)；</b></p><p><b>　　有壓力時</b></p><p><b>　　整理的：</b></p><p>　　（式3.2.1.3）</p><p><b>　　該電橋電壓靈敏度：</b></p&g

45、t;<p>　?。ㄊ?.2.1.4）</p><p>　　若采用全橋四臂電路，初始狀態(tài)：</p><p><b>　　有壓力輸入時</b></p><p>　?。ㄊ?.2.1.5） </p><p>　　四臂電橋的電壓靈

46、敏度為</p><p>　　顯然我們選擇靈敏度高的模式。關于實際選的器件，我們選擇JHB3型壓力傳感器。</p><p>　　圖3.2.1（b）是傳感器的簡化圖，1接口接激勵電壓，2接地，3為輸出信號</p><p>　　圖3.2.1(c) 傳感器接線圖</p><p>　　3.2.2信號放大器電路設計</p><p>

47、;　　儀表放大器也稱精密放大器“INA”，是一種經(jīng)過改良的差分放大器。有很多優(yōu)點，性能好，在測量的電子儀器設備上經(jīng)常使用該元件。目前的儀表放大器，大多被許多制造商（包括德州儀器，國家半導體，美國模擬器件公司，凌力爾特和 Maxim Integrated Products）作成IC形式封裝，不但可以降低電阻阻抗匹配的問題，而且使用上也非常方便，線路面積大大的縮小，例如 AD620、MAX4194、LT1167、INA1

48、28等。下面是常見的儀用放大器原理圖。</p><p>　　圖3.2.2(a) 典型的儀表放大器原理圖</p><p>　　根據(jù)畢業(yè)設計的要求，傳感器的輸出電壓為0-0.048v,A/D轉換器的輸入范圍為0-5v,需要放大100倍，根據(jù)經(jīng)濟適用原則，我們采用儀用ad620放大器，改元件成本小，功耗低，精度高，體積小，放大倍數(shù)滿足需求。下面為ad620的參數(shù)</p><p

49、>　　表2.2.2 AD620特性參數(shù)</p><p>　　下圖為AD620的引腳接口圖，該元器件的增益范圍是1-10000，的計算方式為式（3.2.2.1）</p><p>　　圖2.2.2（b）AD620引腳接口圖</p><p>　　查手冊該元件的手冊可得</p><p>　　（式3.2.2.1）</p><p

50、>　　我們需要放大100倍，即G=100，帶入可以解得，= 498.989898</p><p>　　所以取整數(shù)R19=500Ω，3接傳感器的輸出采集信號，6接口為放大后的信號。</p><p>　　圖3.2.2(c)，ad620接線圖</p><p>　　3.2.3數(shù)字模擬轉換器電路設計</p><p>　　模擬數(shù)字轉換器簡稱“ADC

51、”，該元件可以將連續(xù)模擬信號轉換成脈沖的數(shù)字信號。我們的設計要求是，要求最大額定稱量為50T，分辨率為15kg推算，需要選擇的傳感器位數(shù)為，12位。因為</p><p>　?。ㄊ?.2.3.1）</p><p>　　所以，根據(jù)需要以及經(jīng)濟適用原則，我們選用max187數(shù)模轉換器，下面為max187的參數(shù)資料。</p><p>　　表3.2.3 max187參考資料

52、</p><p><b>　　接口說明</b></p><p>　　VDD：接+5V電源；AIN：模擬量輸入模擬范圍0- ；SHDN：工作模式控制高電平為正常工作模式，低電平休眠模式，懸空則禁止使用內(nèi)6tttttttttt部參考電壓；REF：基準電壓，接4.7uf電容是為內(nèi)部基準電壓4.96V，外部可接5V的基準電壓；DOUT：數(shù)字量串行輸出口；CS：使能端，低電平有

53、效；SCLK：位移脈沖輸入，下降沿觸發(fā)最高頻率5MHZ</p><p>　　圖3.2.3 等效電路圖與接線圖</p><p>　　3.2.4精密基準電壓源</p><p>　　改元件用來給max187,提供精準電壓，確保全換精度。2接口為電壓輸入接口，我們接24V,VO口為輸出電壓，接max187的REF口，max187使用外部基準電壓。</p>&l

54、t;p>　　表3.2.4精密基準電壓源參數(shù)</p><p>　　圖3.2.4 精準電壓引腳接口</p><p>　　3.3光電門車輪檢測電路</p><p>　　該電路由電壓比較器LM393跟光電門組成，光電門由發(fā)光二極管跟光敏電阻組成，無車經(jīng)過車的情況下二極管發(fā)光照在光敏電阻上，光敏電阻阻減小，即光敏電阻兩端電壓非常小，趨近于0，Lm393反相端電壓為0，

55、同相端電壓大于反相端，比較器輸出為1，當有車經(jīng)過時，光電門二極管發(fā)出的光被遮住，光敏電阻阻值阻值極大，此時LM393反相端電壓大于同相端，放大器輸出為0。LM393的輸出端口接單片機的p3.2口。通過檢測LM393的輸出，判斷是否有車軸壓過秤臺，也可用來檢測車軸數(shù)目。</p><p>　　圖3.3 光電門電路</p><p><b>　　3.4顯示電路</b><

56、/p><p>　　七段顯示器（SSD）或七段指示器或七段數(shù)碼管，借由七個發(fā)光二極管以不同組合來顯示數(shù)字是電子形式的顯示裝置，七段數(shù)碼管分為共陽極數(shù)碼管及共陰極數(shù)碼管，該元件有使用更換方便，便于維護，功耗低，壽命長的特點。七段顯示器被廣泛應用于數(shù)字鐘表，電子儀表，基本計算器，以及顯示數(shù)值信息的其它電子設備。如下圖是一種常見的七段顯示器，根據(jù)設計要求，考慮到耗能，易使用的特點，我們選擇6位LED液晶數(shù)碼管顯示。</

57、p><p>　　圖3.4(a)七段顯示器</p><p>　　在本次設計中，根據(jù)設計要求，選擇6位數(shù)碼管LED顯示測量數(shù)據(jù)，能夠直觀的顯示出來，方便程序調(diào)節(jié)，對于LED數(shù)碼管結構有共陽極和共陰極兩種方法，其內(nèi)部結構如下圖所示。本次設計采用共陽極的結構進行編程與仿真。</p><p>　　(a)共陰極二極管 (b)共陽極二極管</

58、p><p><b>　　圖3.4(b)</b></p><p>　　6位顯示數(shù)碼管是將兩個一位八段式數(shù)碼接相應的電路組合在一起。并引出兩控制端 1和2，本次設計是采用共陽極的6位數(shù)碼管顯示，其低電平有效。其中兩個數(shù)碼管的八個端子A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP為公共所用。（其圖形如圖3.4.2所示）</p><p>　　圖3.4(c) 六位共陽極數(shù)

59、碼管</p><p><b>　　3.5電源電路</b></p><p>　　在圖3.5中可以看出，本電路是用變壓器將220V電壓轉變?yōu)?4V電源，經(jīng)過穩(wěn)壓二極管D2后，再經(jīng)過7805后輸出穩(wěn)定的+5V電壓為后續(xù)電路供電，電路實現(xiàn)比較簡單。其原理為：電源驅動電路經(jīng)過整流器整流后，通過濾波器電容C1、C3進行濾波后，再經(jīng)過7805的穩(wěn)壓，7805的輸出管腳輸出穩(wěn)定的線性

60、5V電源，電容C2、C4的設置也是起到濾波的作用，R1為限流電阻，D1是LED作顯示電路部分，起指示作用，D2為穩(wěn)壓二極管[5]。</p><p>　　要求U0=+5V，故選用7805型號，若輸入電壓較大時，應配上散熱板。</p><p>　　圖3.5 電源原理圖</p><p><b>　　3.6外部通信電路</b></p>&

61、lt;p>　　RS232是一種接口類型，用來作為計算機與單片機的通信，屬于串行通信。Max232是控制通信的芯片。參考官方手冊</p><p>　　圖3.6 RS232通信端口引腳接口</p><p><b>　　4 程序設計</b></p><p><b>　　4.1 程序流程圖</b></p>&l

62、t;p>　　如圖4.1所示，當程序啟動時，首先窗口復位，初始化定時器1；然后ADC采集數(shù)據(jù)，判斷是否為零，并通過6為數(shù)碼管顯示出來。當有數(shù)據(jù)傳入時，進入中斷，將采集的數(shù)據(jù)賦值到數(shù)組，當采集數(shù)據(jù)位0時關閉中斷，對數(shù)據(jù)進行處理，按照前面所提到的算法處理數(shù)據(jù)并通過led顯示出來。</p><p><b>　　圖4.1程序流程圖</b></p><p><b>

63、;　　4.2 部分程序</b></p><p>　　本設計包含的程序主要包含以下幾部分，數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、顯示程序。</p><p>　　4.2.1 max187</p><p>　　X187/MAX189 串行12 位模數(shù)轉換器可以在單5V 電源下工作，接受0－5V 的模擬輸入。MAX187,189 均為逐次逼近式ADC，快速采樣/保持（1.

64、5uS），片內(nèi)時鐘，高速3 線串行接口。</p><p>　　MAX187/MAX189 轉換速度為75Ksps。通過一個外部時鐘從內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)，并可省卻外部硬件而與絕大多數(shù)的數(shù)字信號處理器或微控制器通訊。接口與SPI，QSPI，和Microwire兼容。</p><p>　　MAX187 有內(nèi)部基準，MAX189 則需要一個外部基準。MAX187 和MAX189 采用節(jié)約空間的8 腳DI

65、P 和16 腳SO 封裝。電源消耗為7.5mW，在關斷模式下可以減少至10uW。優(yōu)異的AC 特性和極低的電源消耗，同時及其容易的使用和較小的封裝尺寸使得MAX187/189 能理想的應用于遠程DSP 和傳感器，或者應用于對電源消耗和空間極為苛刻的地方。其MAX187程序見附錄所示。</p><p><b>　　4.2.2顯示</b></p><p>　　我設

66、計的顯示是LED顯示，LED是動態(tài)掃描，通過多LCD數(shù)碼六位進行快速掃描，使人的肉眼感覺到其實時6位同時顯示的其數(shù)據(jù)處理與顯示程序見附錄所示。</p><p>　　4.2.3數(shù)據(jù)處理部分</p><p>　　由于本設計每一條程序無法詳細說明，整個程序參見附錄</p><p><b>　　5 仿真與調(diào)試</b></p><p&

67、gt;　　Proteus軟件具有強大的功能與簡易的要求，成為嵌入式系統(tǒng)領域技術最先進的開發(fā)工具。提供了三十多個元器件庫、上萬個元器件，包括電阻、電容、二極管、晶體管、MOS管、變壓器、繼電器、各種放大器等</p><p>　　目前，有很多仿真軟件，包括Multisim、Proteus、Matlab軟件等。Multisim 側重于模擬數(shù)字電路原理特性級仿真分析，其優(yōu)點是在國內(nèi)使用比較普遍各種資料比較多,模型制作容易

68、獲得。缺點是沒有MCU級仿真。MATLAB 是適合做數(shù)據(jù)分析計算。</p><p>　　而Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境，具有以下4大功能模塊：智能原理圖設計（ISIS）、完善的電路仿真功能（Prospice）、獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）、實用的PCB設計平臺。同時Proteus還提供了豐富的資源。利用該軟件可以對本次設計的交通燈控制系統(tǒng)進行直觀的仿真，也可以與Keil軟件進行聯(lián)調(diào)，通過在ke

69、il軟件中修改所編輯的程序來改進交通燈系統(tǒng)的控制，使用方便靈活。</p><p>　　根據(jù)原理圖，用proteus畫出仿真原理圖，導入編寫的程序，并仿真。未開機時仿真軟件顯示如下圖所示，我們用滑動變阻器模擬傳感器的采樣值，用OP放大器模擬AD620放大器，D1為發(fā)光二極管，與D1串聯(lián)的為保護電阻，用來顯示是否在進行數(shù)據(jù)采樣，如果有數(shù)據(jù)輸入，則D1燈亮，反之則不亮，按鍵是模擬光電門</p><p

70、><b>　　圖5（a）</b></p><p><b>　　開機時</b></p><p><b>　　圖5（b）</b></p><p>　　按下按鍵，然后拉動滑動變阻器，對模擬采樣值得輸入，系統(tǒng)會自動進行多次求平局值計算，最后穩(wěn)定在某一特定值，該值即為測出的平均值。</p>

71、<p><b>　　圖5（c）</b></p><p><b>　　6總結與展望</b></p><p>　　雖然我知道我自己做得很差勁，但韋老師還是認真的為我講解問題，孜孜不倦的用紅色字體標出問題。挺有感觸的，因為我知道以后到社會上去，基本上找不到會這細心給我指點問題的人。</p><p><b>　

72、　我所遇到的問題：</b></p><p>　?。?）本設計作品的有關問題，本設計能夠對稱軸數(shù)量進行檢測，對低速運動的車輛進行稱重，能夠有效的防止超載，與傳統(tǒng)的靜態(tài)稱重相比，更高效，更安全，不但節(jié)省了人力，也提高了效率；相比其他低速動態(tài)稱系統(tǒng)重來說，本設計采用的元件精度高，而又價格便宜。對于此次設計中，我學到了很多，我們需要結合實際情況去設計，比如，外界的插座是22v,我們必須要加一個變壓器才能達到自

73、己想要的電壓；傳感器的輸出會隨著激勵電壓的改變而改變，于是我們又需要給激勵電壓加一個穩(wěn)壓管；ad轉換器輸出信號會受到激勵電壓的干擾，于是我們提供了精準電壓REF02；最初我沒有計算直接，用的ad0832,后來一計算才發(fā)現(xiàn)，8位的轉換器根部不能滿足我們的設計需要；電源部分我做了一個用來指示電源在工作的二極管指示燈，后來知道在那么高的電壓下二極管必須要加一個限流電阻；在本次設計中，我們的設計做的還不夠全面，不夠完善，缺少實踐的驗證。由于自己

74、的知識結構有限，很多功能都沒有達到，比如，不能對車進行分類，不測量車的移動速度，對于超重的車也不能事實報警，只能靠人工識別。如果車速過高，將會大大印象測量的精度。同時，由于沒有做出實物，對硬件這部分也不能</p><p>　　(2)當我拿到這個題目的時候，剛開始不知所措，完全不懂任何東西，不知道去哪里查資料，不知道怎么下筆。我以前只知道百度，這次百度不管用了。百度出來的東西很多都是錯誤的，或者是殘缺的。后來老師叫

75、我們通過圖書館鏈接到專門的學術論壇，我邁出了第一步，解決了沒有資料的問題。</p><p>　　(3)資料我下了一大堆，但是沒有一個看得懂的，看每一種文獻都是霧里觀花，我還是堅持看下去，看不懂的就做標記，下來問老師或者問同學，不懂的也就漸漸懂了，事后我細想，有些事不做永遠也不會做。做著做著就會了</p><p>　?。?）為了省事偷懶，我沒有自己寫摘要，老師發(fā)現(xiàn)以后說我態(tài)度不好把我批評了，

76、我知道是我自己的問題，下來我把摘要全改正了，摘要的每一個字都是自己寫的。</p><p>　?。?）期初我什么語言也不會，現(xiàn)在我能夠看懂一點C語言寫的程序。軟件都不會，甚至連office都沒怎么用過，proteus、keil、ad從來沒聽過，連安裝都不會，后來我自己把這些軟件全部裝上，學會了用ad畫原理圖，用proteus 畫仿真圖仿真；最初我的總結都是口水話，現(xiàn)在我知道需要結合自己的設計，自己的問題，來寫總結。

77、</p><p>　　目前，單一的動態(tài)稱重采用平均值已不能滿足當前的狀況，在未來的動態(tài)稱重系統(tǒng)中，會有很多的數(shù)據(jù)處理方案可被選擇應用，比如參數(shù)估計系統(tǒng)辨識法等。要根據(jù)車輛速度最佳的控制方法，在動態(tài)稱重這個領域里，我覺得以后將會出現(xiàn)以下法站趨勢：</p><p>　　（1）多模式化。高速低速模式都能使用，價格也會更加便宜。</p><p>　?。?）智能多功能化。傳統(tǒng)

78、的動態(tài)稱重系統(tǒng)精度不能滿足需求，以后會更加智能化，比如能夠對超載的車進行拍照識別與公安部系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，對駕照分數(shù)進行超載扣分 </p><p>　?。?）最優(yōu)化。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，模型算法的求解和模型的建立就有可能獲得最優(yōu)解并建立最佳模型。</p><p>　?。?）通用化和模塊化。有利于未來的升級和換代。</p><p><b>　　致謝詞</

79、b></p><p>　　我最想感謝的是韋老師，因為我知道我做得不太好，但是他每次都是非常耐心的給我講解，就算是在非上班時間，也可以想他問問題，這讓我產(chǎn)了生極大地熱情與勇氣。對于我的錯誤指正并用紅色字體標注，讓我可以及時的有效的做出改正。我們遇到困難，他做出的不僅僅是對問題的講解，也從我們的心理上的給予幫助，讓我們從內(nèi)心戰(zhàn)勝困難，戰(zhàn)勝懶惰。</p><p>　　時至今日，伴隨著畢業(yè)設

80、計的完成，我的大學也就完了?；蛟S也是一個新的開始。一路走來走到最后我明白了許多事情。以前覺得畢設設計就是對曾經(jīng)學習的知識做個總結，但是通過這次做畢業(yè)設計才發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面、太偏激了。畢業(yè)設計不僅需要我們對前面所學習的知識總結，還需要不斷的開拓新的知識才能圓滿的完成任務，這也是對自己能力的一種提高。</p><p>　　在這次設計過程中，我通過查閱資料，和同學交流經(jīng)驗還有自主學習，并向老師請教等方式，使自己

81、學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少挫折。努力總會有所收獲，在這次畢業(yè)設計中我的收獲同樣巨大。在整個設計過程中我懂得了許多東西，開闊了視野，了解了許多以前從來沒接觸過的東西，比如我以前從來沒聽過proteus,現(xiàn)在會基本的操作，以前不會ad，通過不斷的摸索與向同學學習，現(xiàn)在會一些基本畫法。逝者如斯，匆匆四年，嚴格來說對于我們專升本的來說是五年，做了畢業(yè)設計算是自己對大學學習生活做一次一個小小的總結吧。</p><p>&

82、lt;b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1]張文斌.公路車輛動態(tài)荷載測量及車型分類技術的研究[J].2009</p><p>　　[2]魏魯原.伍斌;崔霞動態(tài)稱重系統(tǒng)的設計[J]-自動化儀表，2002</p><p>　　[3]黃惟公.單片機原理與應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007</p><

83、;p>　　[4]趙建領.Protel電路設計與制版寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5]劉 坤.51單片機C語言應用開發(fā)技術大全[M].北京：人民郵電出版社．2012</p><p>　　[6]劉飛飛等.車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的設計[J].科技應用，2004</p><p>　　[7]徐剛.高速公路稱重系統(tǒng)布置[J].公路交通科學，2

84、003</p><p>　　[8]張放等.多功能機車車輛稱重臺的設計與應用[J].科技應用</p><p>　　[10]美信集成產(chǎn)品公司MAXIM產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊，1999</p><p>　　[11]劉淑紅.單片機系統(tǒng)的Proteus和Kiel聯(lián)調(diào)設計與仿真[J].儀器儀表用戶，2009</p><p>　　[12]樓然苗.單片機課程設計指導[

85、M].北京：北京航空航天大學出版社．2007</p><p>　　[14]姚恩濤.季娟.張明兩軸車輛動態(tài)稱重信號分析方法研究[J].傳感器技術.2005</p><p>　　[15]楊敏.汽車動態(tài)稱重系統(tǒng)算法研究[學位論文].2010</p><p>　　[16]蘇良昱.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的公路動態(tài)稱重系統(tǒng)及其DSP實現(xiàn)[學位論文].2007</p>&

86、lt;p>　　[17]何紅麗.汽車動態(tài)稱重系統(tǒng)的研究與設計[D]鄭州：鄭州大學2007</p><p>　　[18]孫賀欣.動態(tài)稱重裝置的研究[學位論文].2005</p><p>　　[19]胡雄立.淺談電子汽車衡的結構設計[J]． 2000</p><p>　　[20]凌杰.公路車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)解決方案[學位論文].2001</p><

87、p>　　附錄1：系統(tǒng)總體電路圖</p><p><b>　　附錄2：源程序代碼</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　sbit s1=P0^0;</p><p>　　sbit s2=P0^1;</p><p>　　sbit s3=P0

88、^2;</p><p>　　sbit s4=P0^3;</p><p>　　sbit s5=P0^4;</p><p>　　sbit s6=P0^5;</p><p>　　sbit sclk=P2^0;</p><p>　　sbit sdout=P2^2;</p><p>　　sbit cs=P

89、2^1;</p><p>　　sbit led=P2^3;</p><p>　　sbit key=P3^2;</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigne

90、d long</p><p>　　uchar code Num[10]={ 0xC0,/*0*/0xF9,/*1*/0xA4,/*2*/0xB0,/*3*/0x99,/*4*/0x92,/*5*/0x82,/*6*/0xF8,/*7*/0x80,/*8*/0x90,/*9*/}; //0-9對應二進制代碼</p><p>　　uint weight[20];</p>

91、<p>　　uint wnum;</p><p>　　uchar js1,js2;</p><p><b>　　bit flag;</b></p><p>　　ulong num1,num2,a,b,c,d,e;</p><p>　　void timer1_init()</p><p>

92、<b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x10; //置定時器T1為方式1</p><p>　　TL1=0x00; //置定時器初值0.05S</p><p><b>　　TH1=0x4c;</b></p><p>　　EA=1;//開總中斷</p><

93、p>　　ET1=1;//開T1中斷</p><p>　　TR1=1;//啟動定時器T1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(uint n)//延時</p><p><b>　　{</b></p><p><b>

94、;　　uchar i;</b></p><p>　　while(n--)</p><p>　　for(i=0;i<123;i++); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　uint max187(void)</p><p><b>　　{<

95、;/b></p><p><b>　　char i;</b></p><p>　　uint result;</p><p>　　uint hbyte,lbyte;</p><p><b>　　cs=0;</b></p><p><b>　　delay(1);&

96、lt;/b></p><p><b>　　sclk=1;</b></p><p><b>　　sclk=0;</b></p><p><b>　　hbyte=0;</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++)//高四位數(shù)據(jù)</p>&l

97、t;p><b>　　{</b></p><p>　　// sdout=1;</p><p><b>　　sclk=1;</b></p><p><b>　　if(sdout)</b></p><p><b>　　hbyte++;</b><

98、;/p><p><b>　　sclk=0;</b></p><p><b>　　if(i!=3)</b></p><p>　　hbyte<<=1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　lbyte=0;&l

99、t;/b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)//高八位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// sdout=1;</p><p><b>　　sclk=1;</b></p><p><b>　　i

100、f(sdout)</b></p><p><b>　　lbyte++;</b></p><p><b>　　sclk=0;</b></p><p><b>　　if(i!=7)</b></p><p>　　lbyte<<=1;</p>&l

101、t;p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　cs=1;</b></p><p>　　hbyte<<=8;</p><p>　　result=hbyte+lbyte;</p>

102、<p>　　return result;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void keyON()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key==0)</p><p><b>　　{</b&g

103、t;</p><p><b>　　num2=0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void lcdxs1() //動態(tài)掃描顯示</p><p><b>　　{<

104、;/b></p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p>　　P1=Num[0];</p><p>　　s1=1;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　

105、s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p>　　P1=Num[a];</p><p>　　s1=0;s2=1;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;

106、</p><p>　　P1=Num[b];</p><p>　　s1=0;s2=0;s3=1;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p>　　P1=Num[

107、c];</p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=1;s5=0;s6=0;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p>　　P1=Num[d];</p><p>　　s1=0

108、;s2=0;s3=0;s4=0;s5=1;s6=0;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;</p><p>　　P1=Num[e];</p><p>　　s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=1;<

109、/p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void dataprocess()//數(shù)據(jù)處理</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;</p&

110、gt;<p>　　uint n,y;</p><p>　　for(i=0;i<19;i++) //排序 0-9位較大的十個數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=i+1;j<20;j++)</p><p><b>　　{</b>&l

111、t;/p><p>　　if(weight[i]<weight[j])</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　n=weight[i];</p><p>　　weight[i]=weight[j];</p><p>　　weight[j]=n;</p><

112、p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=0;i<10;i++)//前十個數(shù)求平均值</p><p><b>　　{</b></p>

113、<p>　　num2=weight[i];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　num2=num2/10;</p><p><b>　　y=num2;</b></p><p>　　for(i=10;i<20;i++) // 將平均值與個數(shù)比較求差值賦給數(shù)組1

114、0-19</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(weight[i-10]>y)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　weight[i]=weight[i-10]-y;</p><p><b>　　}</

115、b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　weight[i]=y-weight[i-10];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&l

116、t;/b></p><p>　　for(i=10;i<20;i++) //選出一半差值較小值</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=10;j<20;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>

117、;　　if(weight[i]>weight[j])</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　n=weight[i];</p><p>　　weight[i]=weight[j];</p><p>　　weight[j]=n;</p><p>　　n=weight[i-

118、10];</p><p>　　weight[i-10]=weight[j];</p><p>　　weight[j-10]=n;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>

119、</p><p>　　for(i=0;i<5;i++) //計算剩下四分之一的平均</p><p><b>　　{</b></p><p>　　num2+=weight[i];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　num2=num2/5;&l

120、t;/p><p>　　num2=num2*14;//-6888-4578;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P0=0;</b><

121、;/p><p>　　timer1_init();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　a=num2/10000;</p><p>　　b=num2/1000%10;</p><p&g

122、t;　　c=num2/100%10;</p><p>　　d=num2/10%10;</p><p>　　e=num2%10;</p><p><b>　　lcdxs1();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b

123、></p><p>　　void Timer1() interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p><b>　　TH1=0x00;</b></p><p>&l

124、t;b>　　keyON();</b></p><p><b>　　js1++;</b></p><p>　　if(js1==8)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wnum=max187();</p><p>　　num1=wnum