畢業(yè)設計（論文）-汽車超載的控制

1、<p><b>　　1緒 論</b></p><p><b>　　1.1選題的背景</b></p><p>　　車輛超載是指運輸車輛所載的貨物質量超過了額定裝載質量的情況,車輛超載有著以下主要危害：</p><p>　　1.車輛超載會增加車輛對路面的損害，按照國際上通用的計算方法，汽車軸載質量對公路路面的破

2、壞關系服從“十六次方法則”，即汽車軸載質量每增加一倍，公路受損將增加16倍。全國公路每年因車輛超載造成的損失超過300億元。</p><p>　　2.容易引發(fā)道路交通事故，汽車超載之后，車輛處于超負荷狀態(tài)行駛，會導致車輛的制動和操作性等安全性能迅速下降，表現(xiàn)為輪胎變形爆胎、剎車失靈、轉向器輕飄抖動、鋼板彈簧折斷、半軸斷裂等等.</p><p>　　而在近幾年，隨著經濟的發(fā)展和科技的進步，我

3、國現(xiàn)代交通運輸業(yè)取得了快速發(fā)展。與此同時，道路交通事故卻頻頻發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，在2001年至2010年這10年里，我國已經有近90萬人死于各類道路交通事故。在統(tǒng)計的25起特大交通事故中，超載導致的事故為14起，占比56%，是所有事故原因中最多的，并且全國公路每年因車輛超載造成的損失超過300億元，因此對汽車超載的研究已是刻不容緩。</p><p>　　1.2國內外汽車超載研究現(xiàn)狀</p><p&g

4、t;　　1.2.1 國外汽車超載研究</p><p>　　20 世紀，在國外幾乎所有的國家都存在汽車超載運輸?shù)默F(xiàn)象，據(jù)調查美國和德國的貨運汽車中汽車超載的數(shù)量都在 50%左右，而情況稍好的日本也達到 20%。為此，20 世紀 50 年代，國外許多國家如美國、韓國、日本等國都在開始研究汽車動態(tài)稱重系統(tǒng)，想通過利用汽車動態(tài)稱重技術來避免汽車超載對公路造成早期破壞等，并取得相應的成果。美國約有 1000 多個動態(tài)稱重站

5、，采用照相機和路邊控制器技術，并與高速公路巡警車中的筆記本計算機相連接，對貨車進行檢查，可以及時觀察數(shù)據(jù)和鑒別超載車輛的身份。日本廣泛使用固定或移動稱重設備對超限車輛進行檢測。在高速公路收費站設有電子秤測量軸載。大型貨車還要安裝貨物自動測重儀。韓國從1973 年7月開始對重車實行重點檢查。1994 年10月，超限超載車輛過多導致圣水大橋坍塌后，韓國政府進一步加大了治理力度，在全國設立400余個超限超載檢測站（點）。圖 1.1 為一種韓國

6、的超載監(jiān)控系統(tǒng)。車輛通過電子稱重設備來檢測重量，通過車輛識別系統(tǒng)來識別車輛型號，通過網(wǎng)絡中的 PC 機來判斷車輛是否超載，如一旦超載系統(tǒng)將自動對超載的車輛進行照相，以作為懲罰的依據(jù)。</p><p>　　圖1.1 韓國超載監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　許多先進國家都先后采用了超限運輸車輛檢測與限制（控制）技術，完善管理對策，來解決超限超載問題，并取得了較好的效果。為從根本上遏制超載現(xiàn)象的發(fā)

7、生，同時采取了相應措施，主要體現(xiàn)在從源頭上杜絕超載現(xiàn)象產生的可能。國外卡車多采用空氣彈簧，車輛超載不能行駛。在裝卸、搬運的過程中其附屬設施已嚴格地限制了超載超限情況的發(fā)生，比如集裝箱運輸車，由貨場的吊車的起重量限制了車輛的載貨量；加大監(jiān)控力度，在路口設置超載檢測設備，檢測車輛是否超載；制定相應法規(guī)，嚴厲制裁超載相關人員。</p><p>　　1.2.2 國內汽車超載研究</p><p>　

8、　國內在超載檢測技術方面起步晚，還處于探索階段。20 世紀 80 年代出現(xiàn)了帶基坑和無基坑的電子汽車衡，其中帶基坑的電子汽車衡對道路破壞較大，介紹了主要基于懸臂梁式稱重傳感器的電子汽車衡。對于治理超載，國內一般還是在道路入口安裝稱重系統(tǒng)進行靜態(tài)或動態(tài)稱重，作為主要手段。如圖 1.2所示為杭州四方電子衡器廠研制的一種 DCS 固定式超限檢測/計重收費系統(tǒng)。</p><p>　　圖1.2 DCS系統(tǒng)實景圖</p

9、><p>　　同時，我國也開始引進國外汽車載荷監(jiān)控方面的技術，如云南航天新技術工程有限公司年與 1999 年引進了德國 PAT 載荷監(jiān)控產品，同年獲得了國家級《計量器具型式批準證書》?？傮w而言，國內對超載控制大多是通過一些相關的政策實現(xiàn)，對超載檢測技術研究起步晚、時間也比較短，盡管也對動態(tài)稱重系統(tǒng)進行了研究，但是研究過程中，對諸多影響汽車動態(tài)稱重的因素分析不深入，而只是進行了簡單的處理，導致檢測精度不高。所以目前國內

10、在研究的同時，也積極引進國外關于超載檢測的技術，如南京長江二橋上安裝的汽車稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)就屬于典型國外高精度產品，但這類產品開發(fā)代價太高，在我國實現(xiàn)推廣不切實際，同時還存在超限標準與我國實際情況不一致等問題。</p><p>　　1.3 本論文主要內容</p><p>　　本論文涉及一基于單片機設計的機車超載檢測系統(tǒng)，選擇載重汽車EQ1090E為研究對象，首先利用Ansys軟件對其車架進

11、行受力分析，找出其最大受力處。選擇電阻應變式傳感器，將應變片安裝在車架的最大受力處。然后設計合理的報警系統(tǒng)，該超載報警系統(tǒng)采用80C51單片機作為系統(tǒng)處理的核心，由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電子開關、聲音報警器、閃光燈報警器以及自動上鎖裝置控制系統(tǒng)電路組成。要求當汽車超載時，報警系統(tǒng)啟動，并對汽車的點火系統(tǒng)進行通斷控制，使汽車不能正常啟動。</p><p>　　1.4 擬解決的關鍵問題</p><p>

12、;　　本系統(tǒng)需要解決的關鍵問題如下：</p><p>　?。?）對車架進行有限元分析，找到其最大受力處。</p><p>　?。?） 根據(jù)量程和使用環(huán)境選擇合適的傳感器，并將傳感器安放在車架最大受力處。</p><p>　?。?）當車輛在行駛中，不超載的汽車由于路面顛簸而發(fā)出錯誤警報。</p><p>　?。?）設計合理的報警系統(tǒng)，并能使汽車

13、在超載情況下不能正常啟動。</p><p>　　2 汽車車架的受力分析</p><p>　　汽車車架俗稱“大梁”。它是整個汽車的裝配基礎，其上裝有發(fā)動機、變速器、傳動軸、前后橋、車身等部件。車架的功用是支撐、連接汽車的各部件，使各部件保持相對正確的位置，并承受汽車內外載荷。圖1為載重汽車EQ1090E型汽車車架: 由兩根縱梁和八根橫梁鉚接而成, 又稱階梯形車架。</p>&l

14、t;p>　　圖2.1 EQ1090E型汽車車架示意圖</p><p>　　縱梁通常用16Mn的鋼板沖壓而成, 端面形狀一般是槽型。橫梁不僅是用來保證車架的扭轉剛度和承受縱向載荷, 而且還可以支撐汽車上主要部件。該汽車載重5t，車架前后等寬，寬度為865mm。縱梁長6700mm，最大剖面尺寸為：235×75×8mm（高×寬×厚）。</p><p>

15、;<b>　　2.1車架模型建立</b></p><p>　　由于Pro/E強大的建模建模能力及導入到ANSYS中非常容易，所以選擇在Pro/E的環(huán)境下實體建模。</p><p>　　Pro/E能夠完成特征建模、參數(shù)化設計、零件實體造型及裝配造型、完整工程圖產生等工作。通過標準數(shù)據(jù)交換格式，Pro/E可以輸出三維或二維圖形用于其它應用軟件。使用Pro/E配置的開發(fā)模塊

16、或利用C語言，用戶也可以擴展與增強Pro/E的功能。Pro/E的基本功能是： </p><p><b>　?。?）特征建模 </b></p><p>　　在Pro/E中，特征是組成模型的基本單位，如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等特征。模型創(chuàng)建過程就是按照一定順序以“搭積木”的方式添加各類特征的過程，通過構建不同的特征建立幾何模型。</p><p>

17、<b>　?。?）參數(shù)化設計 </b></p><p>　　參數(shù)化設計是指設計者只需抓住圖形的某一個典型特點繪出圖形的大致形狀，通過向圖形添加適當?shù)募s束條件規(guī)范其形狀，最后修改圖形的尺寸數(shù)值，經過系統(tǒng)再生即可獲得需要的圖形。</p><p>　?。?）支持大型、復雜組合件的設計 </p><p>　　Pro/E支持大型、復雜組合件的構造和管理，

18、可以利用一些直觀的命令，如“嚙合”、“插入”、“對齊”等，將基本零件裝配起來，形成組合件。</p><p>　?。?）整個設計環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)完全相關 </p><p>　　在整個設計過程，Pro/E各個模塊共享模型的數(shù)據(jù)庫文件，在產品開發(fā)過程中某一處數(shù)據(jù)修改了，整個設計中的所有相關數(shù)據(jù)也隨之自動修改。</p><p>　　載重汽車EQ1090E型汽車車架簡化三位實體模型

19、如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 車架的三維實體簡易模型 </p><p>　　2.2 車架的ANSYS有限元分析</p><p>　　2.2.1有限元法概述</p><p>　　有限元是一種把連續(xù)的結構分成很多個單元，即利用單元分析的結果來得出結構的整體性能的方法。與傳統(tǒng)分析方法相比較，有限元法具有以下特點:</p>

20、;<p>　　(l)不用管分析物體的CAD形狀，可以利用有限元多單元進行描述，因此該方法能適合多種多樣的工程結構。</p><p>　　(2)利用有限元法時，在單元描述材料特性時，可以任意的按照物體的實際情況而定。所以不用考慮各結構之間的影響。</p><p>　　(3)在有限元分析時，工程人員可以根據(jù)物體的實際載荷與約束情況下，對該物體進行多種工況下的分析，這樣大大提高了工

21、程項目的效率，還可以從中發(fā)現(xiàn)載荷與約束之間的相互關系。</p><p>　　(4)有限元的各種單元用來模擬計算時，這些單元各自的運算公式是一樣的，這樣在計算時，使模擬計算更加快速，也方便在計算機上統(tǒng)一編程，易于將程序編成模塊式結構。</p><p>　　(5)有限元分析方法最終的目的是，讓工程項目快速的解決，因些有限元分析不能在計算機中模擬計算的太慢。</p><p&g

22、t;　　有限元分析軟件主要是在50前發(fā)展起來的，它們的由來也是因為有限元方法的發(fā)展而來的。這些軟件可以通過有限元分析，可以很容易計算出結構應力應變值，碰撞值等。這樣致使軟件公司開發(fā)了很多軟件，比如:ABAQUS、MARC、SAP、ASKA、</p><p>　　ANSYS、NASTRAN、HYPERWORKS等。本設計采用的是ANSYS軟件對車架進行有限元分析。</p><p>　　2.2

23、.2 ANSYS簡介</p><p>　　ANSYS公司是由美國著名力學專家美國匹茲堡大學力學系教授John Swanson博士于1970年創(chuàng)建并發(fā)展起來的，是目前世界CAE行業(yè)中最大的公司。ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設計程序，可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應用于以下工業(yè)領域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學、橋梁、建筑、電子產品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。

24、軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。</p><p><b>　?。?）前處理模塊</b></p><p>　　前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型。ANSYS的前處理模塊主要有兩部分內容：實體建模和網(wǎng)格劃分。</p><p><b>　?。?）分析計算模塊</b

25、></p><p>　　析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。</p><p><b>　　（3）后處理模塊</b></p><p>　　后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、

26、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。</p><p>　　在汽車行業(yè)中，ANSYS廣泛應用于各大汽車總成，包括車架、車身、車橋、離合器、輪胎、殼體等零部件以及整車的通過性和平順性的分析，大大提高了汽車的設計水平，正在成為設計計算的強有力工具之

27、一。</p><p>　　2.2.3 汽車車架受力處理</p><p>　?。?）將三位立體模型導入ANSYS軟件中，將ANSYS的工作環(huán)境設置在國際標準單位制下。根據(jù)實際情況，我們選擇SOLID92單元作為車架裝配體所有零件分網(wǎng)時的單元賦予類型。</p><p>　　（2）定義材料屬性，車架的材料為16Mn ，其彈性模型為2.06×1011Pa，泊松比為

28、0.29，密度為7.85×103 Kg/m3，定義材料模型的對話框分別為圖2.3和2.4。</p><p>　　圖2.3 定義材料彈性模量和泊松比 </p><p>　　圖2.4 定義材料密度</p><p>　　使用Overlap命令將車架各零件連接成一個相互聯(lián)系的整體，使用壓縮編號命令選擇將所有元素編號壓縮。</p><p>　

29、　劃分網(wǎng)格，車架被離散成一個個連續(xù)的單元。</p><p>　　求解，選擇分析類型，如圖2.5所示：</p><p>　　圖2.5 選擇的分析類型</p><p>　?。?）對車架各處進行位移約束。左側前鋼板彈簧滑板端支架全部約束，右側前鋼板彈簧滑板端支架、前鋼板彈簧固定端支架處和后鋼板彈簧固定端支架處的節(jié)點均為Y方向約束，約束施加后如圖2.6所示：</p&g

30、t;<p>　　圖2.6 約束后的車架有限元模型</p><p>　?。?）施加重力。汽車靜止時，車架只承受鋼板彈簧以上部分的載荷，它由于車身和車架的自身質量、車架上各總稱與附件質量及有效載荷組成，其總和稱之為靜載荷。</p><p>　?。?）施加載荷后求解，繪制位移和應力的節(jié)點解，圖2.7為節(jié)點位移場分布等值線圖，圖2.8為節(jié)點等效應力場分布等值線圖。</p>

31、<p>　　圖2.7 節(jié)點位移場分布等值線圖</p><p>　　圖2.8為節(jié)點等效應力場分布等值線圖</p><p>　　2.2.4 車架受力結果分析</p><p>　　由車架的位移場分布等值線圖可知車架后部和左側前鋼板彈簧滑板端變形量比較大，最大節(jié)點位移仍然出現(xiàn)在車架后部。</p><p>　　從應力場分布等值線圖可以看出

32、，應力主要集中在發(fā)動機后懸置橫梁與縱梁的連接處和第七橫梁與縱梁的連接處，在發(fā)動機后懸置橫梁與縱梁的連接處的應力值最大。</p><p>　　3 傳感器的選擇及性能分析</p><p>　　3.1 傳感器的基本概念</p><p>　　傳感器是那些能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉換元件組成。其中敏感元件指傳感器

33、中能直接感受被測量的部分，轉換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉換為適于傳輸和測量的電信號部分?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會進入了信息時代，在信息時代人們的社會活動將主要依靠對信息資源的開發(fā)和獲取、傳輸和處理，而傳感器處于自動檢測與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測信息的窗口；傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學研究和生產過程要獲取的信息，都要通過它轉換為易傳輸與處理的電信號。因此，傳感器的地位與作用特別重要。</p>

34、;<p>　　傳感器的作用是人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程

35、系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。 </p><p>　　傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。</p

36、><p>　　傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。</p><p

37、>　　在本論文中，根據(jù)第二章的車架受力分析可知，需要一種測量壓力的傳感器來檢測出車架所受到的載荷。同時根據(jù)設計方案，需要在汽車啟動時是報警系統(tǒng)不能工作，以防止在行駛中出現(xiàn)錯誤報警，因此可安放汽車輪速傳感器以檢測車輪的轉動。</p><p><b>　　3.2測力傳感器</b></p><p>　　由于傳感器位于減振鋼板處設計的鋼片，將超載引起的鋼板變形信號轉換成

38、電壓信號，是整個硬件系統(tǒng)的起始部分，是構成系統(tǒng)信息輸入的主要來源，是系統(tǒng)預警的必要基礎，因此所選傳感器性能的好壞直接影響整個預警系統(tǒng)的實現(xiàn)。</p><p>　　3.2.1測力傳感器的選擇</p><p>　　測量壓力的傳感器有很多種，如壓電式，壓感式，應變片式，電容式等，本文在論述時，選擇傳感器主要考慮以下幾點：</p><p><b>　?。?）量程的

39、選擇 </b></p><p>　　被測壓力的大小通常是傳感器量程的主要決定因素。依據(jù)經驗，在傳感器 50%左右的量程內工作比較理想，這樣就避免了如果遇到有較大沖擊力而不至于傳感器因為超出其測量的范圍而被損壞，所以遇到有較大沖擊力的稱重系統(tǒng)，一般要擴大傳感器量程進行選擇，一般都會擴大傳感器量程來選擇合適的設計所需的傳感器，根據(jù)經驗一般使得傳感器在 20%到 30%的量程的之內工作，這樣就使得傳感器儲存

40、量得到了很好的保證，最后的結果是不僅延長了傳感器的使用時間，而且還能在使用的過程中保證其安全和可靠。</p><p>　　（2）準確度的選擇 </p><p>　　傳感器準確度等級的選擇，主要依據(jù)系統(tǒng)的準確度要求為準，而不能片面追求高的準確度等級。</p><p>　?。?）使用環(huán)境和介質性能 </p><p>　　對于傳感器使用環(huán)境和介質性

41、能主要取決于被測介質的性能和傳感器安裝環(huán)境。</p><p><b>　　（4）傳感器型號 </b></p><p>　　汽車超載預警系統(tǒng)設計傳感器型號的選擇要考慮不同類別傳感器的適用范圍。主要考慮傳感器稱量的可靠性，安裝的合適穩(wěn)定性?？傊?，既要滿足各方面檢測的要求，又要考慮經濟預算。</p><p>　　基于上述考慮，選用常用的電阻應變式傳感

42、器，該傳感器不僅結構簡單、使用壽命長、性能穩(wěn)定可靠，而且精度高、成本低、測量范圍廣；同時可在高低溫、高壓、強烈振動、惡劣環(huán)境中正常工作，所以應用非常普遍。當然電阻應變式傳感器也存在一些缺點，如大應變狀態(tài)下具有較大的非線性，輸出信號較薄弱，故其抗干擾能力較差等。</p><p>　　3.2.2 電阻應變式傳感器工作原理及測量電路</p><p>　　電阻應變片式傳感器包括兩個主要部分：一個是

43、將被測的力轉換為彈性體的應變值的敏感彈性元件。另一個是同步地轉換傳感器的一個彈性體的應變?yōu)殡娮柚底兓碾娮钁冇?。其結構如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 電阻應變式傳感器結構</p><p>　　電阻應變片式傳感器工作原理為：在縱向和橫向貼上四個應變片于一個彈性體，當彈性體受力 F 作用時，應變片變電阻值，而應變計是連接成平衡電橋式的，所以電橋平衡因應變計電阻的變化而被破壞，

44、進而輸出信號。在彈性范圍內，彈性體的變形的與受到的力 F 成正比，即 </p><p>　　式中：ε為彈性體的相對變形；</p><p>　　L、ΔL為彈性體的長度及其變化量；</p><p><b>　　F 為受到的力，</b></p><p>　　E 為彈性體的彈性模量</p><p>　　S

45、 為彈性體的橫截面積。</p><p>　　而電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發(fā)生變化。應變片是由金屬導體或半導體制成的電阻體，其阻值將隨著壓力所產生的變化而變化。對于金屬導體，電阻變化率的表達式為：</p><p>　　式中： μ—材料的泊松系數(shù)； </p><p>　　通常把單位應變所引起電阻相對變化稱作電

46、阻絲的靈敏系數(shù)，對于金屬導體，其表達式為：</p><p>　　因此： </p><p>　　在外力作用下,應變片產生變化,同時應變片電阻也發(fā)生相應變化。當測得阻值變化為時，可得到應變值，根據(jù)應力與應變關系，得到應力值為：</p><p>　　式中： -應力,-應變（為軸向應變） E-材料的彈性模量 </p>

47、<p>　　又重力G與應力的關系為：</p><p>　　式中： G-重力,S-應變片截面積</p><p><b>　　根據(jù)以上各式可得到</b></p><p>　　由此得出應變片電阻與重物質量的關系，即：</p><p>　　根據(jù)應變片常用的材料（如康銅）取 </p><p>

48、;　　=2；E =16300 kg/mm2；S = 100；=34Ω；</p><p>　　橋路部分原理：電阻應變計把機械應變轉換成/R后，必須采用轉換電路通常采用惠斯登電橋電路實現(xiàn)這種轉換。</p><p>　　對于單臂電橋,如圖3.1所示： </p><p><b>　　圖3.2 直流電橋</b></p><p>　

49、　當電橋平衡時,相對的兩臂電阻乘積相等,即：</p><p>　　設橋臂比 由于,分母中可忽略，于是：</p><p>　　電橋電壓靈敏度定義為：</p><p><b>　　從上式分析發(fā)現(xiàn)：</b></p><p>　　橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓。</p><p>　　電橋電壓靈敏度是橋臂電

50、阻比值n的函數(shù)，必須恰當?shù)倪x擇n的值，保證電橋具有較高的靈敏度</p><p><b>　　由： </b></p><p><b>　　求的最大值，由此得</b></p><p>　　求得n＝1時，最大。也就是供電電壓確定后，當,時，電橋得電壓靈敏度最高，可得： </p><p>　　由于上面的分析

51、中忽略了，所以存在非線性誤差，解決的辦法有：</p><p>　?、偬岣邩虮郾龋禾岣吡藰虮郾?，非線性誤差可以減小，但從電壓靈敏度考慮，靈敏度將降低，這是一種矛盾。</p><p>　?、诓捎貌顒与姌颍焊鶕?jù)被測試件的受力情況，若使一個應變片受拉，另一個受壓，則應變符號相反。則電橋輸出電壓為：</p><p><b>　　若,,,則有：</b>&l

52、t;/p><p>　　由此可知，和成線性關系，差動電橋無非線性誤差。而起電壓靈敏度為，比使用一只應變片提高了一倍，同時可以起到溫度補償?shù)淖饔谩Ｈ魧㈦姌蛩谋劢尤胨膫€應變片，即兩個受拉，兩個受壓，將兩個應變符號相同的接入相對臂上，則構成全橋差動電路，若滿足,則輸出電壓為：</p><p>　　由此可知，差動橋路的輸出電壓和電壓靈敏度比用單片時提高了四倍，比半橋差動電路提高了一倍。</p>

53、;<p>　　因為采用的是金屬應變片測量，所以本設計采用全橋電路，能夠有比較好的靈敏度并且不存在非線性誤差。</p><p>　　3.2.3 電阻應變式傳感器的安裝</p><p>　　根據(jù)對車架的受力分析，電阻應變片安放在車架的所受最大應力處，即發(fā)動機后懸置橫梁與縱梁的連接處。隨著大梁的彈性變形的改變，電阻應變片輸出信號的強度也隨之變化，超載控制系統(tǒng)接收此信號，并進行相應的

54、檢測分析，判定車輛是否超載。其安裝示意圖見圖3.2：</p><p>　　圖3.2 電阻應變片的安裝示意圖</p><p>　　3.2.4選用傳感器的型號</p><p>　　本論文選擇的是GYJ型鋼筋應變計，如圖3.2所示:</p><p>　　圖3.3 GYJ型鋼筋應變計</p><p>　　該型號傳感器的參數(shù)如表

55、3.1所示：</p><p>　　表3.1 GYJ型鋼筋應變計參數(shù)</p><p>　　3.3 汽車輪速傳感器</p><p>　　車速通常檢測汽車傳動系統(tǒng)的轉動，換算為汽車驅動輪的轉速間接獲得的。輪速傳感器一般是直接檢測車輪的轉速且所有車輪的轉速均檢測，并把檢測結果輸入ABS/ASR等用于制動或驅動控制的系統(tǒng)的ECU。常用的輪速傳感器有電磁感應式、霍爾式兩類。&l

56、t;/p><p>　　3.3.1 輪速傳感器的選擇</p><p>　　電磁感應式輪式傳感器結構簡單、成本低，所以應用范圍廣泛。但由于其輸出信 號的頻率和幅值受轉速影響較大，抗電磁波干擾能力差，且易產生誤信號，只適用于15～160km/h的速度，當速度擴大到更大時，電磁感應式輪式傳感器很難適應。 </p><p>　　而霍爾效應式輪速傳感器能克服電磁式輪速傳感器的

57、不足，具有輸出信號不受轉速影響、頻率響應高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點?；魻柶骷哂薪Y構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點。且霍爾線性器件的精度高、線性度好，霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級），因此霍爾效應式輪速傳感器被廣泛應用于輪速檢測及其他控制系統(tǒng)的轉速檢測中。</p><p>　　按照霍爾器件

58、的功能可將它們分為: 霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。由上述可知，根據(jù)設計要求，本論文選擇的是霍爾效應式輪速傳感器（開關型）。</p><p>　　3.3.2 霍爾效應式輪速傳感器的工作原理及測量電路</p><p>　　霍爾效應式輪速傳感器屬于霍爾式傳感器，是利用霍爾效應的原理制成的，利用霍爾效應使位移帶動霍爾元件在磁場中運動產生霍爾電熱，即把位移信號轉換成電

59、熱變化信號的傳感器。</p><p><b>　?。?）霍爾效應</b></p><p>　　如果對位于磁場(B)中的半導體薄片(d)施加一個電壓(V)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應，該半導體薄片成為霍爾元件，如圖3.3所示：<

60、;/p><p>　　圖3.4 霍爾效應原理</p><p>　　假設在N型半導體薄片上通一電流I，則半導體中的載流子（電子）沿著和電流相反的方向運動（電子速度為v），由于在垂直于半導體薄片平面的方向上施加磁感應強度為B的磁場，所以電子受到洛侖茲力的作用，向一邊偏轉，并使該邊形成電子積累，于是形成電場。該電場組織運動電子的繼續(xù)偏轉，當電子作用在運動電子上的力與洛侖茲力相等時，電子的積累便達到動態(tài)

61、平衡。在薄片兩橫斷面之間建立電場，相應的電勢稱為霍爾電勢，其大小可用下式表示：</p><p><b>　?。╒）</b></p><p>　　式中 ——霍爾系數(shù)，；</p><p>　　I——控制電流，A；</p><p>　　B——磁感應強度，T；</p><p>　　D——霍爾元件厚度，

62、m。</p><p><b>　　霍爾系數(shù)為</b></p><p>　　式中 ——載流體的電阻率</p><p><b>　　——載流體的遷移率</b></p><p>　　令，稱為霍爾元件的靈敏度，則</p><p>　　如果磁感應強度B和元件平面法線成一定角度θ

63、，則作用在元件上的有效磁場是其法線方向的分量，即，這時</p><p>　　當控制電流的方向或磁場的方向改變時，輸出電勢的方向也將改變。但當磁場與電流同時改變時，霍爾電勢極性不變。</p><p>　　綜上所述，霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。</p><p>　?。?）霍爾效應式輪速傳感器的工作原理</p><p>　　霍爾效

64、應式輪速傳感器是由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永磁體，霍爾元件和電子電路等組成，永磁體的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪，如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.5霍爾輪速傳感器示意圖</p><p>　　當齒輪位于圖中(a)所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場相對較弱；而當齒輪位于圖中(b)所示位置時，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場相對較強。齒輪轉動時，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生

65、變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個毫伏(mV)級的準正弦波電壓。此信號還需由電子電路轉換成標準的脈沖電壓。此電壓輸出給電子控制裝置，電子控制裝置以此作為計算輪速和汽車的參考速度。</p><p>　　3.3.3 霍爾輪速傳感器的測量電路</p><p>　　霍爾傳感器（開關型）的霍爾元件靠近齒圈，當汽車車輪轉動時，齒圈上的齒會在一定的周期內靠近霍爾元件一次，這樣霍爾傳感器將輸

66、出一個高電平，當齒遠離霍爾元件時，傳感器輸出一個低電平；利用單片機內部定時器，計算出脈沖一個周期的時間，就可以算出車輪的轉速，見圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 霍爾效應式輪速傳感器的測量電路</p><p>　　3.3.4 霍爾效應式輪速傳感器的安裝部位</p><p>　　霍爾效應式輪速傳感器的齒圈一般安裝在隨車輪一起轉動的部件上，如半軸、輪轂、制動

67、盤等，而感應觸頭則安裝在車輪附近不隨車輪轉動的部件上，如半軸套管、轉向節(jié)、制動底板等。汽車前輪和后輪均可安裝，安裝部位如圖3.4、3.5所示：</p><p>　　圖3.7 前輪安裝示意圖</p><p>　　圖3.8 后輪安裝示意圖</p><p>　　4 超載控制系統(tǒng)設計</p><p>　　超載控制系統(tǒng)的總體結構如圖4.1所示：

68、</p><p>　　圖4.1 超載控制系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　由圖4.1可知，本設計是在基于80C51單片機控制的基礎上，通過對汽車承受載重的檢測，從而在超重時，該系統(tǒng)產生警報并通過汽車點火控制系統(tǒng)使汽車不能正常啟動。利用電阻應變式傳感器將汽車承受的壓力信號轉換為電壓信號，然后通過放大電路將電壓信號放大后送到A/D轉換芯片ADC0809轉換成數(shù)字信號。當超重時，該信號通過80C

69、51單片機使報警系統(tǒng)啟動，產生報警，并切斷點火系統(tǒng)，使汽車無法啟動。同時，當汽車啟動車輪轉動時，霍爾效應式輪速傳感器（開關型）將輪速轉換為數(shù)字電壓信號，通過80C51單片機控制報警系統(tǒng)，使得汽車開動后報警系統(tǒng)不能工作，從而避免了當不超載的汽車在行駛時，由于路面的顛簸而產生錯誤報警。</p><p>　　4.1 放大電路設計</p><p>　　在許多需要用A/D轉換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中

70、，多數(shù)情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。 </p><p>　　為了實現(xiàn)信號的放大，其設計電路如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 利用高精度低漂移運放設計的差動放大器</p><p>　?。?） 前級采用運放Al和A2

71、組成并聯(lián)型差動放大器。理論上不難證明，存運算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放人器的輸入阻抗為無窮人，共模抑制比也為無窮人。在理論上并聯(lián)型差動放人器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關。</p><p>　?。?） 阻容耦合電路放存由并聯(lián)型差動放大器構成的前級放大器和由儀器放大器構成的后級放大器之間，這樣可為后級儀器放大器提高增益，進而提高電路的共模抑制比提供了條件。同時，位于前置放大器的輸出阻抗很低，同

72、時又采用共模驅動技術，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對稱（匹配）導致的共模干擾轉換成差模干擾的情況發(fā)生。</p><p>　　（3） 后級電路采用廉價的儀器放大器，將雙端信號轉換為單端信號輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級的儀器放大器可以做到很高的增益，進而得到很高的共模抑制比。</p><p><b>　　4.2 A/D轉換</b></p>

73、<p>　　A/D 轉換器是前向通道中的一個環(huán)節(jié)，并不是所有的前向通道中都需要 A/D 轉換器。只有用到模擬量輸入通道，顯然本文的設計需要A/D轉化傳感器模擬信號，以便后面的信號顯示與判斷。</p><p>　　4.2.1 A/D轉換原理</p><p><b>　?。?）逐次逼近法</b></p><p>　　逐次逼近式A/D是比

74、較常見的一種A/D轉換電路，轉換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉換器是由一個比較器、D/A轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉換器，經D/A轉換后生成的模擬量送入比較器，稱為 ，與送入比較器的待轉換的模擬量進行比較，若，該位1

75、被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉換器，輸出的再與比較，若，該位1被保留，否則被清除。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。轉換結束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行的。</p><p><b>　?。?）雙積分法</b></p><p>　　采用

76、雙積分法的A/D轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成?；驹硎菍⑤斎腚妷鹤儞Q成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉換成數(shù)字量，屬于間接轉換。雙積分法A/D轉換的過程是：先將開關接通待轉換的模擬量，采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間Ｔ的正向積分，時間Ｔ到后，開關再接通與極性相反的基準電壓，將輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為0V時停止積分。越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。計數(shù)器在反向積

77、分時間內所計的數(shù)值，就是輸入模擬電壓所對應的數(shù)字量，實現(xiàn)了A/D轉換。</p><p>　　4.2.3 A/D轉換器選用的原則：</p><p>　　（1）A/D 轉換器的位數(shù)。A/D 轉換器決定分辨率的高低。在系統(tǒng)中，A/D 轉換器的分辨率應比系統(tǒng)允許引用誤差高一倍以上。</p><p>　?。?）A/D 轉換器的轉換速率。不同類型的A/D 轉換器的轉換速率大不相

78、同。積分型的轉換速率低，轉換時間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構成低速A/D 轉換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。逐次逼近型屬于中速A/D 轉換器，轉換時間為納秒級，用于個通道過程控制和聲頻數(shù)字轉換系統(tǒng)。</p><p>　?。?）是否加采樣/保持器。</p><p>　?。?）A/D 轉換器的有關量程引腳。有的A/D 轉換器提供兩個輸入引腳，不同量程范圍內的模擬量可從不同引腳

79、輸入。</p><p>　?。?）A/D 轉換器的啟動轉換和轉換結束。一般A/D 轉換器可由外部控制信號啟動轉換，這一啟動信號可由CPU提供。轉換結束后A/D 轉換器內部轉換結束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉換結束標志電平。通知微處理器讀取轉換結果。</p><p>　　（6）A/D 轉換器的晶閘管現(xiàn)象。其現(xiàn)象是在正常使用時，A/D 轉換器芯片電流驟增，時間一長就會燒壞芯片。</p>

80、<p>　　綜上所述，本文基于計算機接口特征、前向通道的總誤差、信號對象的變化率及轉換精度要求、環(huán)境條件選擇 A/D 轉換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求（工作溫度、功耗、可靠性等性能）以及成本等方面的綜合考慮，最后結合本設計要求選擇 A/D 轉化芯片為 ADC0809。</p><p>　　ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉換器，可處理 8 路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出功能，既可與各種

81、微處理器相連，也可單獨工作，輸入輸出兼容 TTL。</p><p><b>　　其主要特性如下：</b></p><p>　　8路8位A/D轉換器；</p><p>　　單個＋5V電源供電；</p><p>　　模擬輸入電壓范圍：0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。</p><p>　　圖4.3 A

82、DC0809引腳圖</p><p>　　如圖4.3所示，ADC0809的引腳功能：</p><p>　　1）、INT0-INT7：八路模擬輸入通道</p><p>　　2）、D7-D0：8位三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線。</p><p>　　3）、A/B/C:通道選擇輸入線，其中c為高位，A為低位</p><p>　　4）、ALE：

83、通道鎖存控制信號輸入線</p><p>　　5）、START:啟動轉換控制信號輸入線。</p><p>　　6）、CLK:轉換脈沖輸入線</p><p>　　7）、VCC：主電源+5V。</p><p>　　8）、GND:數(shù)字地</p><p><b>　　4.3單片機設計</b></p&g

84、t;<p>　　單片機是本檢測系統(tǒng)的核心，它完成系統(tǒng)的功能設定、測量對象選擇、信號處理存儲、驅動LED顯示等功能。本設計選用的是80C51單片機，該單片機是MCS-51系列的典型芯片。</p><p>　　4.3.1 80C51單片機的結構</p><p>　　圖4.4 80C51結構框圖</p><p>　　在一小塊芯片上，集成了一個微型計算機的各個

85、組成部分。每一個單片機包括：</p><p>　?。?）一個 8 位的微處理器（CPU）。</p><p>　?。?）片內數(shù)據(jù)存儲器 RAM(128B/256B)，用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。</p><p>　　（3）片內程序存儲器 ROM/EPROM（4KB/8KB），用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。</p&g

86、t;<p>　?。?）四個 8 位并行 I/O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。</p><p>　　（5）兩個定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制。</p><p>　?。?）五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。</p><p>　　（

87、7）一個全雙工 UART(通過異步接收發(fā)送器)的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信。</p><p>　?。?）片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率為 12MHz。</p><p>　　4.3.2 80C51單片機引腳及其功能</p><p>　　該型號單片機亦是采用 40 腳雙列直插封裝（DIP）

88、方式。由于 80C51 單片機是高性能單片機，而由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能，如圖4.5所示:</p><p>　　圖4.5 80C51 單片機引腳圖</p><p>　　各引腳功能簡要介紹如下：</p><p>　　（1）電源引腳 Vcc 和 Vss</p><p>　　Vcc（40 腳）：電源端，為＋5V。</

89、p><p>　　Vss （20 腳）：接地端。</p><p>　?。?）時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2</p><p>　　XTAL2（18 腳）和 XTAL1(19 腳)分別接外部晶體和微調電容的一端和另一端；對 80C51 單片機，外部脈沖信號須從 XTAL1 端輸入，XTAL2 端懸空。 </p><p>　?。?）控制信號引腳

90、 RST，ALE， 和</p><p>　　RST/VPD(9 腳)：RST 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持兩個機器周期（24 個時鐘振蕩周期）得高電平時，就可以完成復位操作。RST引腳的第二功能是 VPD，即備用電源的輸入端。</p><p>　　（30 腳）：地址鎖存允許信號端。當 80C51 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/

91、6。</p><p>　　/VPP （31 腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。</p><p>　　當引腳接高電平時，CPU 只訪問片內 EPROM/ROM 并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令，但當 PC（程序計數(shù)器）的值超過 0FFF 時，將自動專區(qū)執(zhí)行片外程序存儲器內的程序。</p><p>　　當輸入信號引腳接低電平（接地）時，CPU 只訪問外

92、部 EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。</p><p>　?。?） 輸入/輸出端口 P0，P1，P2 和 P3</p><p>　　P0 口（P0.0～P0.7，39～32 腳）：P0 口是一個漏極開路的 8 位準雙向 I/O</p><p>　　端口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動 8 個 LS 型 TTL 負載。當

93、P0 口作為輸入口使用時，應先向 P0 口鎖存器（地址 80H）寫入全 1，此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫 1，這就是準雙向的含義。</p><p>　　P1 口（P1.0～P1.7，1～8 腳）：P1 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 端口。P1 口的每一位能驅動（灌入或輸出電流）4 個 LS 型 TTL 負載。</p><p>　　在

94、 P1 口作為輸入口使用時，應先向 P1 口鎖存器（地址 90H）寫入全 1，此時 P1 口引腳由內部上拉電阻拉成高電平。</p><p>　　P2 口(P2.0～P2.7，21～28 腳)：P2 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 端口。</p><p>　　P3 口（P3.0～P3.7，10～17 腳）：P3 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 端口。P3 口的

95、每一位能驅動（灌入或輸出電流）4 個 LS 型 TTL 負載。</p><p>　　P3 口與其他 I/O 端口有很大區(qū)別，它除作為一般準雙向 I/O 口外，每一</p><p>　　個引腳還具有第二功能。</p><p>　　4.4 報警器控制電路</p><p>　　該超載控制報警器是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路、電子開關、聲音報警器和閃光燈報警器

96、組成。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路是由時基集成電路NE555，電阻、電容器、、和電位器組成。</p><p>　　電子開關電路由電阻和晶體管組成。</p><p>　　聲音報警器電路是由音效集成電路KD-9561、電阻、、晶體管和揚聲器BL組成。</p><p>　　閃光燈報警電路是由晶體管、電位器、電阻、尾燈（額定電壓為5V）和發(fā)

97、光二極管VL組成。如圖4.6所示：</p><p><b>　　圖4.6 報警電路</b></p><p>　　4.5 汽車點火控制系統(tǒng)</p><p>　　4.5.1 點火系統(tǒng)的功用</p><p>　　點火系統(tǒng)的功用是在發(fā)動機各種工況和使用條件下，按照氣缸的工作順序定時地在火花塞兩電極間產生足夠能量的電火花，以點燃可

98、燃混合氣體，使汽油發(fā)動機實現(xiàn)做功。</p><p>　　4.5.2 點火系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　如圖4.6所示是傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的工作示意圖。點火線圈初級繞組的一端經點火開關SW與蓄電池相連，另一端經分電器殼上接線柱接斷電器的活動觸點臂，固定觸點通過分電器殼體接地。電容器并聯(lián)在斷電器觸電之間。點火線圈次級繞組的一端在點火線圈內與初級繞組相連，另一端經高壓導線接分電器蓋的中心電極。

99、接通點火開關，發(fā)動機開始運轉。在發(fā)動機運轉的過程中，斷電器凸輪不斷旋轉，使斷電器觸點不斷開閉。</p><p>　　圖4.7 點火系統(tǒng)工作示意圖</p><p>　　當觸點閉合時，電流從蓄電池的正極經點火開關、點火線圈的初級繞組、斷電器觸點臂、觸點，搭鐵流回蓄電池的負極，如圖4.7左圖所示，由于回路中流過的是低壓電流，因此稱這條電路為低壓電路或一次電路。在初級繞組通電時，其周圍產生磁場，并

100、由于鐵芯的作用而加強。</p><p>　　當斷電器凸輪頂開觸點時，如圖4.7右圖所示，一次電路被切斷，一次電流迅速下降到零，鐵芯中的磁通隨之迅速衰減以至消失，因而在匝數(shù)多，導線細的次級繞組中感應出很高的電壓，是火花塞兩極之間的間隙被擊穿，產生電火花。初級繞組中電流下降的速度愈大，鐵芯中的磁通變化就愈大，次級繞組中的感應電壓也就愈高。次級繞組中感應出的電壓，稱為二次電壓，其中通過的電流稱為二次電流，二次電流流過的

101、電路稱為二次電路。</p><p>　　在斷電器觸點分開的瞬間，二次電路中分火頭恰好與側電極對準，二次電流從點火線圈的次級繞組，經蓄電池正極、蓄電池、搭鐵、火花塞側電極、火花塞中心電極、高壓導線、配電器流回次級繞組。</p><p>　　4.6 控制系統(tǒng)的總電路圖及工作原理</p><p><b>　　電路圖的工作原理</b></p>

102、;<p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路接收到從傳感器輸出端即80C51輸出的電壓信號，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路通電工作，當汽車未超載時，采集到的電壓信號很小，時基集成電路NE555的3腳輸出低電平，處于截止狀態(tài)，四聲模擬音效集成電路KD--9561和、均無工作電壓，BL不發(fā)聲，VL和L不發(fā)光。當被測汽車裝載超過額定值時，有電阻應變式傳感器采集的壓力信號經放大和A/D轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號，再將轉化的電壓信號經80C51單片機輸出

103、給報警器電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路通電工作，NE555手觸發(fā)而翻轉，有穩(wěn)態(tài)進入暫態(tài)，其3腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，使導通，KD--9561輸出的音效電信號經放大后，驅動揚聲器BL發(fā)出報警聲。集成電極的一部分信號經進一步放大后，驅動VL工作，使VL與報警器同步閃光，且汽車報警尾燈亮。</p><p>　　而當車主發(fā)現(xiàn)汽車超載后，對超載汽車卸載，當卸載后使載重汽車在額定載荷內時，下端與非門電路工作，使二極管電路單向導通，形成

104、閉合回路，揚聲器BL停止鳴笛，發(fā)光二極管停止閃爍，尾燈由于電流信號消失而熄滅。</p><p>　　同時當霍爾效應式輪速傳感器接收到車輪轉動量時轉換為電壓信號，經過檢測電路后進入單片機，然后輸入到報警電路，同理，采集到的電壓信號很小，時基集成電路NE555的3腳輸出低電平，處于截止狀態(tài)，四聲模擬音效集成電路KD--9561和、均無工作電壓，BL不發(fā)聲，VL和L不發(fā)光，從而使得整個報警電路不工作，這樣在車輛行駛時不

105、會因為道路顛簸，使得大梁因所受壓力突然增大而產生錯誤報警。</p><p>　　圖4.8 電阻應變式傳感器測量電路與放大電路</p><p>　　圖4.9 霍爾效應式輪速傳感器測量電路與單片機接口</p><p>　　圖4.10 80C51單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　圖4.11 ADC0809與80C51接口</p>&

106、lt;p>　　圖4.12 報警電路</p><p><b>　　控制過程的實現(xiàn)</b></p><p>　　在點火接通電火開關線路處接一可控電流開關，與報警電路（VL閃光電路）端相連接，當電流信號達到一定值時，揚聲器報警。同時VL閃光燈電路經放大電路將電路電流放大，使閃光燈和尾燈同時工作，放大電流在蓄電池控制回路的電磁閥處，由于電流大產生電磁力是控制蓄電池點火系

107、統(tǒng)電路電流開關打開，蓄電池點火系統(tǒng)處于無工作電流通過而處于開路狀態(tài)，使載重汽車點火系統(tǒng)不能正常點火，從而抑制發(fā)動機工作，達到了控制汽車啟動的目的。</p><p>　　當汽車卸載到額定載荷以內時，控電電流開關活動觸點由于電流小而產生的電磁力小，使得電子閥開關回到初始狀態(tài)而處于閉合，使點火系統(tǒng)形成無控制狀態(tài)的點火回路，初級繞組中有電流通過，汽車能正常啟動。如圖4.13所示：</p><p>

108、　　圖4.13 汽車點火系統(tǒng)控制電路圖</p><p>　　1-點火開關；2-點火線圈；3-電容器；4-斷電器；5-配電器；6-火花塞；7-阻尼電阻；8-高壓導線；9-起動機；10-電流表；11-蓄電池；12-附加電阻；13-可控電流開關</p><p><b>　　5 程序設計</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)主程序的設計</p

109、><p>　　5.1.1 設計思想</p><p>　　主程序分兩大個模塊，包括A/D轉換模塊、報警模塊。用外部中斷0實現(xiàn)掉電保護功能；在8通道采集結束后，查詢一次鍵值，即8通道在同一輪采集過程中上限值是一樣的。當檢測到超載時，產生報警。</p><p>　　5.1.2 主程序流程圖</p><p>　　當系統(tǒng)開始后首先對系統(tǒng)初始化，完畢后，調用

110、A/D轉換程序，采集數(shù)據(jù)，若超載則調用報警程序</p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y </p><p>　　圖6.1 主程序流程圖 </p><p>　　5.1.3 資源分配</p><p>　　表6.1 用戶

111、寄存器說明</p><p>　　表6.2 主程序工作寄存器說明</p><p>　　5.2 A/D轉換模塊設計 </p><p>　　A/D 轉化的功效主要是實現(xiàn)對放大后的傳感器模擬信號轉化為數(shù)字信號以便單片機的識別。當主程序調用 A/D 轉換程序時，首先須對 A/D 轉換模塊進行必要的初始化設置，再等待傳感器檢測信號的輸入，等待輸入完成并存儲以便后面的