機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、摘 要 本設(shè)計(jì)為機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求能夠判斷機(jī)動車是否超載并且在超載 時能夠提供報(bào)警和顯示超載的重量。本設(shè)計(jì)采用 at89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心， 利用橋式稱重傳感器 wpl110 將機(jī)動車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號；然后通過放大電路將電 壓信號調(diào)理后送到 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 tlc0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計(jì)算出載重量；所得的載 重量將通過 rs485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超 載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。 關(guān)鍵字：at89c51at89c51 單片機(jī)單片機(jī)；超載檢測；稱重傳感器；超載檢測；稱重傳感器；a/da/d 轉(zhuǎn)換；顯示；轉(zhuǎn)換；顯示；

2、abstract the design for the motor overload detection system design, requires to determine whether motor overloads and when overloads gives an alarm and displays the weight of overloading.this design uses at89c51 microcontroller as the core system processing, the use of a bridge load weighing sensor

3、wpl110 changed motor weight into voltage signals; then the voltage signal via amplifier circuit and sent to a / d converter chip tlc0838 into digital signals and calculates the load; obtained through the rs485 interface circuit load to the host computer, the host computer and the seting load for com

4、parison and to determine whether the overload, if overload shows the weight and gives an alarm. keyword: at89c51microcontroller；overloading detector；weighing sensor；a / d converter；show； ; 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別

5、 加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過 的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位 或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人 或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和 電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并 提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其 它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊?文的部分

6、或全部內(nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行 研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本 論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本 文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)

7、位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名：日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價(jià)：指導(dǎo)教師評價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程 1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實(shí)程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格 5、完成畢業(yè)論文

8、（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績：建議成績： 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所選等級前的內(nèi)畫“”） 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽名） 單位：單位：

9、 （蓋章） 年年 月月 日日 評閱教師評閱書評閱教師評閱書 評閱教師評價(jià)：評閱教師評價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平二、論文（設(shè)計(jì)）水平 1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績：建議成績： 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格

10、不及格 （在所選等級前的內(nèi)畫“”） 評閱教師：評閱教師： （簽名） 單位：單位： （蓋章） 年年 月月 日日 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價(jià)：教研室（或答辯小組）評價(jià)： 一、答辯過程一、答辯過程 1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（

11、包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平三、論文（設(shè)計(jì)）水平 1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評定成績：評定成績： 優(yōu)優(yōu) 良良 中中 及格及格 不及格不及格 （在所選等級前的內(nèi)畫“”） 教研室主任（或答辯小組組長）：教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年年 月月 日日 教學(xué)系意見：教學(xué)系意見： 系主任：系主任： （簽名） 年年 月月 日日 目目 錄錄 摘摘 要要.i abstrac

12、tabstract.ii 第一章第一章 緒緒 論論.1 1.1 選題背景.1 1.2 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi) 容 .2 1.3 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo).2 1.4 解決的關(guān)鍵問題.2 第二章第二章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).3 2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能.3 2.2 方案設(shè)計(jì).3 2.2.1 方案一.3 2.2.2 方案二.4 2.3 方案的論證.4 2.3.1 avr 系列 .4 2.3.2 51 系列 .5 2.4 方案的確定.5 第三章第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).7 3.1 單片機(jī).7 3.2 采集模塊.8 3.2.1 惠斯登電橋.8 3.2.2 稱重傳感器 wpl11

13、0 .9 3.2.3 op07 芯片 .11 3.2.4 tlc0838 芯片 .13 3.2.5 小結(jié) .15 3.3 鍵盤模塊.16 3.4 顯示模塊.17 3.5 通訊模塊.18 3.5.1 rs-485 的優(yōu)點(diǎn) .18 3.5.2 max485 芯片 .19 3.6 看門狗模塊.20 3.6.1 max813l 芯片 .20 3.6.2 24c02 芯片 .23 3.7 報(bào)警模塊.24 3.8 電源模塊 .24 第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).26 4.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì).26 4.1.1 設(shè)計(jì)思想 .26 4.1.2 資源分配 .26 4.1.3 主程序流程圖 .26 4.2 參數(shù)

14、恢復(fù)子程序的設(shè)計(jì).27 4.2.1 設(shè)計(jì)思想 .27 4.2.2 資源分配 .28 4.2.3 參數(shù)恢復(fù)子程序流程圖 .28 4.3 看門狗中斷子程序的設(shè)計(jì).30 4.3.1 設(shè)計(jì)思想 .30 4.3.2 資源分配 .30 4.3.3 看門狗中斷子程序流程圖 .31 4.4 通訊子程序的設(shè)計(jì).32 4.4.1 設(shè)計(jì)思想 .32 4.4.2 資源分配 .33 4.4.3 通訊子程序流程圖 .33 4.5 鍵盤子程序的設(shè)計(jì).34 4.5.1 設(shè)計(jì)思想 .34 4.5.2 資源分配 .35 4.5.3 鍵盤子程序流程圖 .35 4.6 采集子程序的設(shè)計(jì).36 4.6.1 設(shè)計(jì)思想 .36 4.6.2

15、 資源分配 .36 4.6.3 采集子程序流程圖 .37 4.7 顯示子程序的設(shè)計(jì).38 4.7.1 設(shè)計(jì)思想 .38 4.7.2 資源分配 .38 4.7.3 顯示子程序流程圖 .39 第五章第五章 總結(jié)總結(jié).40 5.1 系統(tǒng)先進(jìn)性.40 5.2 系統(tǒng)局限性.40 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).41 英文原文及翻譯英文原文及翻譯.43 原文 .43 翻譯 .49 致謝致謝.53 附錄附錄.54 1 程序清單:.54 (1)主程序： .54 (2)恢復(fù)參數(shù)子程序： .55 (3)看門狗中斷子程序： .58 (4)通訊子程序： .58 (5)鍵盤子程序： .59 (6)采集子程序： .60 (7)顯示子程

16、序： .63 2 元器件清單:.64 第一章 緒 論 1.1 選題背景 車輛超載是指運(yùn)輸車輛所載的貨物質(zhì)量超過了額定裝載質(zhì)量的情況,車輛超載有著 以下危害： 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(jì)算方法，汽車軸載質(zhì) 量對公路路面的破壞關(guān)系服從“十六次方法則” ，即汽車軸載質(zhì)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。 2. 容易引發(fā)道路交通事故，汽車超載之后，車輛處于超負(fù)荷狀態(tài)行駛，會導(dǎo)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(zhuǎn)向器輕 飄抖動、鋼板彈簧折斷、半軸斷裂等等。據(jù)統(tǒng)計(jì)載重貨車道路交通事故中

17、有 80%以上是 由于超載運(yùn)輸所造成的?？梢妼τ谌绾蜗拗破嚦d的研究對道路的保養(yǎng)和減少交通 事故有極其重要的意義。 目前，為有效治理機(jī)動車嚴(yán)重違章超載、超限運(yùn)輸現(xiàn)象，預(yù)防道路交通事故，維 護(hù)良好的道路交通秩序，許多交通管理部門專門成立了“治超”機(jī)構(gòu)，“治超”人員 日夜上路查堵，往往造成交通堵塞，查一漏百，而人工判斷又缺乏準(zhǔn)確性，查堵中的 不正之風(fēng)時有發(fā)生。鑒于這種情況，在超載車必經(jīng)的道路下埋上檢測儀器，通過電腦 自動識別是否超載就顯得尤為重要。 本設(shè)計(jì)就是基于這種需求，設(shè)計(jì)一基于單片機(jī)的機(jī)車超載檢測系統(tǒng)，對過往機(jī)動 車輛進(jìn)行稱重，判斷是否超載，若超載顯示超載重量并進(jìn)行報(bào)警。要判斷汽車是否超

18、載首先要知道車輛所裝載的貨物質(zhì)量，隨著傳感器技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，利用 電子技術(shù)也可以測量出物體的質(zhì)量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對汽車超載的監(jiān)控，而且精度可以做的很 高。利用電子技術(shù)判斷汽車是否超載的基本的原理是：利用傳感器將汽車的載重量轉(zhuǎn) 化為電壓信號，然后通過放大電路將這個微弱的電壓信號按比例放大后送 a/d 轉(zhuǎn)換芯 片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過接口電路將這個數(shù)字信號傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出汽 車的載重量并判斷是否超載，如果超載了要顯示超載的重量并報(bào)警。 1.2 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi) 容 本設(shè)計(jì)涉及一基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)車超載檢測系統(tǒng)，在高速公路收費(fèi)口的路面上 裝有固定連著傳感器的鋼板，當(dāng)汽車經(jīng)過時，車輛的重

19、量就會被稱重傳感器測量出來， 送到變送器處理后，再傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過分析判斷，就會對超載車輛發(fā)出警報(bào)。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能： （1）該系統(tǒng)有 32 個傳感器，每個收費(fèi)路口用 4 個傳感器組成一個稱，可同時檢測 8 個收費(fèi)口； （2）一臺計(jì)算機(jī)控制 32 個變送器工作，采用多點(diǎn)通訊形式； （3）計(jì)算機(jī)通過發(fā)送命令字控制相應(yīng)的變送器進(jìn)行校正、故障診斷、數(shù)據(jù)采集等 工作，； （4）具備掉電參數(shù)保護(hù)功能，上電后參數(shù)恢復(fù)功能； （5）能夠遵循 rs-485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，生成標(biāo)準(zhǔn) modbus 通信數(shù)據(jù)包。 1.3 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)如下: （1）參數(shù)測量誤差范圍為不大于1%；

20、 （2）實(shí)時采集周期1 次/1 分鐘，發(fā)送周期1 次/1 小時； （3）監(jiān)控?cái)?shù)量：32 臺； （4）數(shù)據(jù)輸出：所有表格數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果均可輸出為 excel 文件。 1.4 解決的關(guān)鍵問題 本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題如下： （1）尋找適合現(xiàn)場條件的稱重傳感器。傳感器的靈敏度、測量范圍都會影響所測 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 （2）測量數(shù)據(jù)的處理。若測量數(shù)據(jù)處理不當(dāng)，系統(tǒng)就會做出錯誤的判斷。 （3）鍵盤輸入。鍵盤用來設(shè)定上限值和解除報(bào)警。 （4）掉電保護(hù)。在一些測控系統(tǒng)中，存在電源開斷、瞬時電壓不穩(wěn)等不安全因素， 將會造成系統(tǒng)死機(jī)、信息丟失、運(yùn)行不穩(wěn)定等故障，這就需要掉電保護(hù)。 （5）與上位機(jī)的通信。 第二章

21、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。 圖 2.1 以單片機(jī)為處理器的系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)為機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求能夠判斷機(jī)動車是否超載并且在超載 時能夠提供報(bào)警和顯示超載的重量。本設(shè)計(jì)采用 at89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心， 利用橋式稱重傳感器 wpl110 將機(jī)動車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號；然后通過放大電路將電 壓信號放大后送到 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 tlc0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計(jì)算出載重量；所得的載 重量將通過 rs485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超 載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警；參數(shù)可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤

22、還可解除報(bào)警。 2.2 方案設(shè)計(jì) 2.2.12.2.1 方案一方案一 處理器基于 avr 的機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)。 本檢測系統(tǒng)主要由主控制板、顯示部分、鍵盤部分、采集部分、串行通信部分和 報(bào)警部分構(gòu)成。主控制板主要由 avr 單片機(jī)、cpld、濾波電路、電平轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。 avr 單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)控制功能，cpld 主要實(shí)現(xiàn) i/o 口擴(kuò)展、邏輯判斷等功能。系統(tǒng)經(jīng) 過初始化之后，先用鍵盤設(shè)定載重上限值，然后采集數(shù)據(jù)，由 avr 單片機(jī)判斷是否超 載，超載要發(fā)出報(bào)警。 2.2.22.2.2 方案二方案二 處理器基于 51 系列單片機(jī)的機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)。 系統(tǒng)硬件框圖如下所示: 圖 2.2 基于

23、51 系列單片機(jī)的系統(tǒng)硬件框圖 本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 at89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳 感器 wpl110 將機(jī)動車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號；然后通過放大電路將電壓調(diào)理后送到 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 tlc0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計(jì)算出載重量；所得的載重量將通過 rs485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超 載的重量并報(bào)警；參數(shù)可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤還可解除報(bào)警。 2.3 方案的論證 2.3.12.3.1 avravr 系列系列 avr 單片機(jī)是 atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速 度、低功耗。它取消

24、機(jī)器周期，以時鐘周期為指令周期，實(shí)行流水作業(yè)。 通用寄存器一共 32 個（r0r31） ，前 16 個寄存器（r0r15）都不能直接與立即 數(shù)打交道，因而通用性有所下降。 avr 系列沒有類似累加器 a 的結(jié)構(gòu)，它主要是通過 r16r31 寄存器來實(shí)現(xiàn) a 的功 能。在 avr 中，沒有像 51 系列的數(shù)據(jù)指針 dptr，而是由 x（由 r26、r27 組成） 、 y（由 r28、r29 組成） 、z（由 r30、r31 組成）三個 16 位的寄存器來完成數(shù)據(jù)指針的 功能(相當(dāng)于有三組 dptr)，而且還能作后增量或先減量等的運(yùn)行。 2.3.22.3.2 5151 系列系列 51 系列內(nèi)部的硬

25、件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處 理器。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能， 但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。51 系列在片內(nèi) ram 區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能 的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址 20h2fh，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理， 使用極為靈活。 avr 系列單片機(jī)不能直接對 ram 單元中的位進(jìn)行操作，若想對 ram 中的某位置位時， 必須通過狀態(tài)寄存器 sreg 的 t 位進(jìn)行中轉(zhuǎn)。 51 系列的 i/o 腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè) 置為高電平（復(fù)位時，各 i/o 口均置高電平） 。當(dāng)該

26、腳作輸出腳使用時，則為高電平或 低電平均可。低電平時，吸入電流可達(dá) 20ma，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時， 輸出電流僅數(shù)十 a 甚至更?。娏鲗?shí)際上是由腳的上拉電流形成的） ，基本上沒有驅(qū) 動能力。其原因是高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻 抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進(jìn)行高電平驅(qū)動時，得利用外 電路來實(shí)現(xiàn)，i/o 腳不通，電流經(jīng) r 驅(qū)動 led 發(fā)光；低電平時，i/o 腳導(dǎo)通，電流由該 腳入地，led 滅（i/o 腳導(dǎo)通時對地的電壓降小于 1v，led 的域值 1.51.8v） 。 2.4 方案的確定 本次設(shè)計(jì)采用 51 系列 at89c5

27、1 單片機(jī)，選用它作為核心控制新片，可使電路極大 地簡化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。 與系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)方案包括：看門狗的選擇、傳感器的選擇、a/d 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選 擇、顯示器的選擇、通訊模塊的選擇及電源方案等。 a)看門狗的選擇：看門狗芯片可以選擇 x25045 和 max813l 等。x25045 內(nèi)部沒 有故障檢測，而 max813l 內(nèi)部自帶了看門狗躍遷檢測器，故選用 max813l。它有加 電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為 200 ms；獨(dú)立 的看門狗輸出，如果看門狗輸入在 16 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑?.25 v 門限值檢測器，

28、用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測或5 v 以外的電源監(jiān)控；低電平 有效的手動復(fù)位輸入；8 引腳 dip 封裝。 b) 傳感器的選擇：橋式稱重傳感器有 wpl110、cl110 等, cl110 的額定載荷是 1030t，而 wpl110 的額定載荷 是 1050t ，故本設(shè)計(jì)選擇 wpl110。它抗偏載，組 合壓頭具有自動復(fù)位與調(diào)心功能。高精度、低功效、全密封，適用于各類惡劣環(huán)境。 量程是 1050t ，綜合精度達(dá)到 002（線性+滯后+重復(fù)性），靈 敏 度是 2.0 mv/v ，工作溫度在-20+65 ，輸入阻抗是 700 ，輸出阻抗是 750 ，安全 過載：150 f?s ，供橋電壓為 1

29、2vdc 。 c) a/d 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的選擇：a/d 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸出的信號格式，可分為并行 ad 和串行 ad。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串 行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 pcb 板上占用的空間也小。故本設(shè)計(jì)采用串行 adtlc0838。tlc0838 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具有輸 進(jìn)可配置的多通道多路器和串形輸進(jìn)輸出方式。它有 8 位分辨率；易于和微處理器接 口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通 8 輸進(jìn)通道；單 5v 供電，范 圍為 05v：輸進(jìn)和輸出與 ttl、cmos 電平兼容；時鐘頻率為 250khz

30、 時，其轉(zhuǎn)換時間 為 32s；總調(diào)整誤差為1lsb。 d) 顯示器的選擇：本設(shè)計(jì)采用 led（light emitting diode），發(fā)光二極管， 它是一種固態(tài)的 半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 led 的心臟是一個半導(dǎo) 體的晶片，晶片的一端附著在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極， 使整個晶片被 環(huán)氧樹脂封裝起來。 led 體積小，耗電相當(dāng)?shù)停绷黩?qū)動，超低功耗 （單管 0.03-0.06 瓦） ，電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%。一般來說 led 的工作電壓是 2- 3.6v，工作電流是 0.02-0.03a； e) 通訊模塊的選擇：本設(shè)計(jì)采用 rs-485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，r

31、s-485 驅(qū)動器和接收器 價(jià)格便宜，并且只需要單一的一個+5v（或者更低）的電源來產(chǎn)生差動輸出需要的最小 1.5v 的壓差。rs-485 是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅(qū)動器和接受器，而 不是限制為兩臺設(shè)備。利用高阻抗接受器，一個 rs-485 連接可以最多有 256 個接點(diǎn)， 最長可以達(dá)到 4000ft,比特率可以高達(dá) 10mbps。 f)電源方案：本設(shè)計(jì)中的電源主要有兩種：、+5v 和+12v。+5v 為單片機(jī)、 tlc0838、顯示、鍵盤、蜂鳴器、max813l 及 max485 的模擬電源與數(shù)字電源； +12v 的 電源是供給運(yùn)算放大器、傳感器和看門狗芯片的。 綜上所述，我們

32、本次設(shè)計(jì)采用 51 系列的 at89c51 單片機(jī)作為系統(tǒng)處理的核心， 利用橋式稱重傳感器 wpl110 將機(jī)動車載重量轉(zhuǎn)換成電壓信號；然后通過放大電路將 電壓信號放大后送到 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 tlc0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并計(jì)算出載重量；所得的 載重量將通過 rs485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否 超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警；參數(shù)可通過鍵盤設(shè)定，鍵盤還可解除聲光報(bào)警。 第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要由看門狗模塊、通訊模塊、鍵盤模塊、采集模塊和顯示模塊組成，硬 件框圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 系統(tǒng)硬件框圖 下面將具體介紹各個主要組成部分的功能、選型

33、以及具體連接方式。 3.1 單片機(jī) at89c51 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造。 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和系統(tǒng)可編程 flash，使得 at89c51 為眾多嵌入式 控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。芯片圖如圖 3.2 所示。 3.2 采集模塊 3.2.13.2.1 惠斯登電橋惠斯登電橋 1 1 橋路形式橋路形式 在應(yīng)變計(jì)的電測技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電路。測量電橋由 于具有靈敏度高、測量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)

34、點(diǎn)， 因此能很好地滿足應(yīng)變測量的要求。 電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng) ui 為直流時該電橋?yàn)橹绷麟?橋。電橋電路如圖 3.3 所示，它的四個橋臂由 r1、r2、r3、r4 組成。當(dāng)四臂電阻 r1=r2=r3=r4=r 時，稱為等臂電橋；當(dāng) r1=r2=r,r3=r4=rr 時，稱為輸出對稱電 橋；當(dāng) r1=r4=r，r2= r3=rr 時，稱為電源對稱電橋，本設(shè)計(jì)采用等臂電橋。 圖 3.3 電橋電路 2 2 工作方式：工作方式： 單臂工作：電橋中只有一個臂接入被測量，其它三個臂采用固定電阻； 雙臂工作：如果電橋兩個臂接入被測量，另兩個為固定電阻就稱為雙臂工作電橋， 又稱為半橋

35、形式； 全橋方式：如果四個橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。 本設(shè)計(jì)采用全橋方式。 3.3.輸出方式輸出方式 電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負(fù)載情況而定。本設(shè)計(jì)采用的 是電壓輸出型，故只介紹電壓輸出型。 當(dāng)電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的 負(fù)載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電 壓，其表達(dá)式為： (1-3-1) 對于等臂電橋 r1=r2=r3=r4=r ，當(dāng) r1 的電阻增量 r1=r 時，可得輸出電壓為： (1-3-2) 在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個 差動對稱的全橋工

36、作形式，r1=r+r,r2=r-r,r3=r+r,r4=r-r，將上述條件代入 式(1-3-1)得 (1-3-3) 由式(1-3-3)看出，由于充分利用了雙差動作用，它的輸出電壓為單臂工作時的 4 倍，所以大大提高了測量的靈敏度。 本設(shè)計(jì)中用的傳感器是 wpl110，它輸入阻抗是 770，輸出阻抗是 700，即 r=70，輸入電壓 u=12v，代入公式 1-3-3 可知，電橋的輸出電壓 v u 0909 . 1 770 7012 0 即電橋輸出電壓范圍是 01v.已知 tlc0838 的輸入電壓是 05v，故需將電壓放 大 5 倍。 3.2.23.2.2 稱重傳感器稱重傳感器 wpl110wp

37、l110 1 電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外 力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形， 電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一 電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流） ，從而完成了將外力變換為電信號的過程。 由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少 的幾個主要部分。彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承 受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生 一個高

38、品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)） ，使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號 的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 2 檢測電路檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓?有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解 決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵 銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。 3 稱重傳感器的選擇稱重傳感器的選擇 稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感 器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對

39、正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系 到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可 能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分 配到每個傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時，由于加在傳感器 上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用 傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其 30%70%量程內(nèi)，但對于一些在使用過程 中存在較大沖擊力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材

40、秤等，在選用傳感器時， 一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的 20%30%之內(nèi)，使傳感器的稱量儲備 量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型 和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一 般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn) 規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺秤、案秤等；鋼 式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道 衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。 所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要

41、求，能夠與所選儀表匹配。滿足整 臺電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對 傳感器準(zhǔn)確度選擇的時候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏?到客觀條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較 惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì) 效益，確保達(dá)到目的。 4 4 稱重傳感器的基本應(yīng)用稱重傳感器的基本應(yīng)用 稱重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過載報(bào)警、 材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域如電子汽車衡、電子臺秤、電子叉車、動態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、 電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤

42、、配料秤、罐裝秤等。 綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)采用橋式稱重傳感器 wpl110。橋式稱重傳感器 wpl110.具有大力值、抗偏載，組合壓頭具有自動復(fù)位與調(diào)心功能。高精度、低功效、 全密封適用于各類惡劣環(huán)境。適用于汽車衡、軌道衡以及各類電子衡器等。 wpl110 的技術(shù)參數(shù)如表 1 所示： 表 1 wpl110 的技術(shù)參數(shù) 型號wpl110 量程1050t 綜合精度002(線性+滯后+重復(fù)性) 靈 敏 度2.0mv/v 零點(diǎn)溫度影響0.02f?s/10 輸出溫度影響0.02f?s/10 工作溫度 -20+65 輸入阻抗770 輸出阻抗700 安全過載150 f?s 供橋電壓建議12vdc 材 質(zhì)

43、合金鋼 接線方式電源(+)紅線；電源(-)綠線； 輸出(+)黃線；輸出(-)白線 3.2.33.2.3 op07op07 芯片芯片 1.op071.op07 簡介簡介 op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運(yùn)算放大器集成電路。由于 op07 具有非 常低的輸入失調(diào)電壓（對于 op07a 最大為 25v） ，所以 op07 在很多應(yīng)用場合不需要額 外的調(diào)零措施。op07 同時具有輸入偏置電流低（op07a 為2na）和開環(huán)增益高（對于 op07a 為 300v/mv）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 op07 特別適用于高 增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 2.op072

44、.op07 特點(diǎn)特點(diǎn) op07 有許多特點(diǎn)，如不超過 150v 的超低偏移；1.8na 的低輸入偏置電流； 0.5v/的低失調(diào)電壓漂移；3v 至22v 的高電源電壓范圍 3.op073.op07 芯片引腳功能說明：（引腳如圖芯片引腳功能說明：（引腳如圖 3.43.4 所示，說明如表所示，說明如表 2 2 所示）所示） 圖 3.4 op07 芯片引腳圖 表 2 op07 引腳說明 op07 引腳說明op07 引腳說明 1 調(diào)零端 5 空腳 2 反向輸入端 6 輸出 3 正向輸入端 7 電源 4 接地 8 調(diào)零端 4.op074.op07 的接線方式的接線方式 如圖 3.5 所示為 op07 的差

45、分減法電路，根據(jù)“虛短” ， “虛斷” ，可得 （1-3-4） )(1 ( 1 3 2 23 3 1 0u r r u rr r r r u i f i f 當(dāng) r1= r2 ，r3= rf時， （1-3-5） )( 12 1 0uu r r u ii f 當(dāng) r1= r2 ，r3= rf時， u0=ui2- ui1 （1-3-6） 由于信號需放大 5 倍，取 r1=r2=10k，r3=rf=50k,正好滿足要求。 圖 3.5 op07 的差分減法電路 3.2.43.2.4 tlc0838tlc0838 芯片芯片 ad 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸出的信號格式，可分為并行 ad 和串行 ad。并行 方式

46、一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、 封裝小，在 pcb 板上占用的空間也小，但需要通過軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)， 故本設(shè)計(jì)采用 tlc0838。 1.tlc08381.tlc0838 的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn) tlc0838 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。具有輸進(jìn)可配置 的多通道多路器和串形輸進(jìn)輸出方式。這些接口在與微控制器連接時可以配置成移位 寄存器，其多路器可由軟件配置為單端或差分輸進(jìn)，也可以配置為偽差分輸進(jìn)。另外， 其輸進(jìn)基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。存全 8 位分辨率下，它答應(yīng)任意小的模擬電壓編碼間 隔。由于 tlc0838 采用的是

47、串行輸進(jìn)結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省 51 系列單片機(jī) io 資源，價(jià)格也較適中。其種類有貿(mào)易級別，工作環(huán)境為 0+70，_t 業(yè)級別， 工作環(huán)境為40+85。更高的可達(dá)40+125。在實(shí)際運(yùn)用中我們選用的是 tl0838i 型號，滿足了實(shí)際需要。 tlc0838 具有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可 用地址邏輯多路器選通 8 輸進(jìn)通道；單 5v 供電，范圍為 05v：輸進(jìn)和輸出與 ttl、cmos 電平兼容；時鐘頻率為 250khz 時，其轉(zhuǎn)換時間為 32s；總調(diào)整誤差為 1lsb。 2.2.工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)： tlc0838 可通過和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈

48、路來傳送控制命令，在使用前需要 對通道進(jìn)行選擇和輸進(jìn)端進(jìn)行配置，其控制邏輯表如表 3 所列。 表 3 tlc0838 配置信息位的功能 控制位選擇的模擬通道（ch0-ch7） com dif/sglodd/evensel1sel001234567 0000v+v- 0001v+v- 0010v+v- 0011v+v- 0100v+v- 0101v+v- 0110v+v- 0111v+v- 1000v+v- 1001v+v- 1010v+v- 1011v+v- 1100v+v- 1101v+v- 1110v+v- 1111v+v- 注：v+ 輸入電壓的正端，v-輸入電壓的負(fù)端。被轉(zhuǎn)換的電壓為 v

49、= v+ v-. 3.3.引腳功能描述引腳功能描述 圖 3.6 引腳排列 tlc0838 的引腳排列如圖 3.6 所示，其中 ch0ch7 為模擬輸進(jìn)端；cs 為片選 端；di 為串行數(shù)據(jù)輸進(jìn)，該端僅在多路器尋址時(mux settling time)才被檢測；do 為 ad 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；clk 為時鐘；sars 為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端 為高電平時，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成；ref 為參考電壓輸進(jìn)端； vcc 為電源；dgtlgnd 為數(shù)字地，angl gnd 為模擬地，com 公共端；se 為數(shù) 據(jù)保持，輸出，該端為高電平時，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)線上，該端為低電平時，

50、數(shù)據(jù)輸出。 4.4.與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì) 圖 3.7 tlc0838 與 at89c51 單片機(jī)的硬件接口電路 tlc0838 與 at89c51 單片機(jī)的硬件接口電路的電路原理如圖 3.7 所示。圖中， 單片機(jī)的 p2.0 接 tlc0838 的片選信號，p1.1 用于產(chǎn)生 ad 轉(zhuǎn)換的時鐘，p1.0 為一個 雙向 io 口，可用于對模擬輸進(jìn)進(jìn)行配置及輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。在這里，模擬信號 以單端方式輸進(jìn)，參考電壓為 5v，即 ad 模擬量的輸進(jìn)范圍為 05v。 3.2.53.2.5 小結(jié)小結(jié) 將惠斯登電橋、放大器、tlc0838 與單片機(jī)連接起來，就組成了本系統(tǒng)的采集

51、模塊。 四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，測得的信號經(jīng)計(jì)算輸出范圍是 0-1v, 而 tlc0838 的輸入電壓范圍是 0-5v，故信號需放大 5 倍。整體接口電路如圖 3.8 所示： 圖 3.8 采集模塊整體硬件接口電路 3.3 鍵盤模塊 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及工作原理： 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 i/o 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式， 如圖 3.9 所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通 過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口(如 p1 口)就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直 接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多

52、加一條線就 可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9 鍵)。 圖 3.9 矩陣式鍵盤電路圖 由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu) 的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電 源，行線所接的 8255 pc 口（pc7pc4）作為輸出端，列線所接的 8255 pc 口（pc3 pc0）作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。 行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的 狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。具體的識別如下所述。 介紹一種確定矩陣式鍵盤上何鍵被按

53、下的方法 “行掃描法” 。 行掃描法行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法， 如上圖所示鍵盤： 判斷鍵盤中有無鍵按下：將全部行線 pc7pc4 置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。 只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 4 個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置：在確認(rèn)有鍵按下后，依次將行線置為低電平，即在置某 根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測 各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉 合的按鍵。 3.4 顯

54、示模塊 如圖 3.10 是一種由 8255a 接口芯片、驅(qū)動器和共陰極 led 顯示器構(gòu)成的數(shù)字顯 示電路。 圖 3.10 顯示電路 由圖可見，先從 pb 口選通要點(diǎn)亮的的數(shù)碼管代碼，然后 cpu 送來的二進(jìn)制數(shù)字代 碼從 8255a 的 a 口輸出，并經(jīng) 7407 驅(qū)動后與 led 相連。若要顯示數(shù)字 0，應(yīng)使 g 段熄 滅，其余段均點(diǎn)亮。為此，可編程使 pa6 輸出高電平(經(jīng)反相后輸出低電平)，其余位 輸出低電平(經(jīng)反相后輸出高電平)，即數(shù)字 0 的編 碼為 01000000b40h，其中 pa7 未 派用處，我們也將它置為 0。同樣，可求出 l 的編碼為 79h，2 的編碼為 24h 等

55、等。將 數(shù)字 0f(也可以是 09)所對應(yīng)的七段代碼組成一個表，進(jìn)行查表，就可求得各數(shù)字 對應(yīng)的七段代碼值。把要顯示的數(shù)字的七段代碼從 8255a 輸出，就可點(diǎn)亮相應(yīng)的段， 顯示這個數(shù)字。依次循環(huán)點(diǎn)亮 4 個數(shù)碼管。 3.5 通訊模塊 在電參數(shù)儀的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集由單片機(jī) at89c51 負(fù)責(zé)，上位 pc 機(jī)主要負(fù)責(zé)通信 （包括與單片機(jī)之間的串行通信和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信） ，以及數(shù)據(jù)處理等工作。在工作中， 單片機(jī)需要定時向上位 pc 機(jī)傳送大批量的采樣數(shù)據(jù)。通常，主控 pc 機(jī)和由單片機(jī)構(gòu) 成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)，近則幾十米，遠(yuǎn)則上百米，并且數(shù)據(jù)傳輸通道環(huán)境 比較惡劣，經(jīng)常有大容量的電器（如

56、電動機(jī)，電焊機(jī)等）啟動或切斷。為了保證下位 機(jī)的數(shù)據(jù)能高速及時、安全地傳送至上位 pc 機(jī)，單片機(jī)和 pc 機(jī)之間采用 rs485 協(xié)議 的串行通信方式較為合理。 3.5.13.5.1 rs-485rs-485 的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) 我們可以用 rs-232 接口連接兩臺計(jì)算機(jī)，但是，當(dāng)你需要在一個更長的距離上或 者比 rs-232 更快的速度下進(jìn)行傳輸?shù)臅r候，rs-485 就是一個解決的辦法。rs-485 與 rs-232 相比有很多優(yōu)點(diǎn)： 1)成本低:驅(qū)動器和接收器價(jià)格便宜，并且只需要單一的一個+5v（或者更低）的電 源來產(chǎn)生差動輸出需要的最小 1.5v 的壓差。與之相對應(yīng)，rs-232 的最小+

57、5v 與-5v 輸 出需要雙電源或者一個價(jià)格昂貴的接口芯片，這個接口芯片可以生成這些電源。 2)網(wǎng)絡(luò)能力:rs-485 是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅(qū)動器和接受器，而 不是限制為兩臺設(shè)備。利用高阻抗接受器，一個 rs-485 連接可以最多有 256 個接點(diǎn)。 3)長距離連接:一個 rs-485 連接最長可以達(dá)到 4000ft,而 rs-232 的典型距離限制為 50 到 100ft。 4）快速:比特率可以高達(dá) 10mbps。電纜長度和比特率是有關(guān)的，較低的比特率允許 較長的電纜。 5）抗干擾:通常，485 通訊具有較高的抗干擾能力，但是在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣的場合， 難免會受到不同 程度

58、的干擾，為此，一般可使用 120 歐線路匹配電阻提高抗干擾能力。 3.5.23.5.2 max485max485 芯片芯片 max485 是用于 rs485 通信的小功率收發(fā)器，含有一個驅(qū)動器和一個接收器。驅(qū) 動器不是限斜率的，允許它們以每秒 2.5mbps 的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。收發(fā)器的工作電流在 120500ua 之間，只需一個+5v 的電源。驅(qū)動器具有短路電流限制和使用熱關(guān)閉控制 電路進(jìn)行超功耗保護(hù)。在超過功耗時，熱關(guān)閉電路將驅(qū)動器的輸出端置于高阻狀態(tài)。 接收器輸入端具有自動防止故障的特性，當(dāng)輸入端開路時，確保輸出為高電平。 max485 是為半雙工應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 max485 有很多特點(diǎn)，如

59、低靜態(tài)電流、三態(tài)輸出、半雙工工作方式、工作電源為單 一+5v、總線可接 32 個收發(fā)器以及限流和熱敏控制電路為驅(qū)動器提供過載保護(hù)等。 1.max4851.max485 芯片引腳及功能芯片引腳及功能 max485 芯片引腳圖如圖 3.11 所示，引腳說明如表 4 所示 圖 3.11 max485 芯片 表 4 max485 引腳說明 max485 引腳 名稱 功能 1 ro 接收器輸出端。若 a 大于 b200mvro 為高，若相反 ro 為低 2/re 接收器輸出使能端。當(dāng)為低時 ro 有效，為高時 ro 為高阻狀態(tài) 3 de 驅(qū)動器輸出使能端。 4 di 驅(qū)動器輸入端。 5 gnd 地 6

60、a 同向接收器輸入和同向驅(qū)動器輸出端 7 b 反向接收器輸入和反向驅(qū)動器輸出端 8 vcc 正電源輸入端：4.75v5.25v 2.max4852.max485 的接口電路的接口電路 max485 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路如圖 3.12 所示： 圖 3.12 max485 在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路圖 3.6 看門狗模塊 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以智能芯片為核心的單片 機(jī)系統(tǒng)集成化和小型化程度的日益提高，使系統(tǒng)具備了完全的自診斷、自檢測等性能。 目前，在一些測控系統(tǒng)中，存在電源開斷、瞬時電壓不穩(wěn)等不安全因素，將會造成系 統(tǒng)死機(jī)、信息丟失、運(yùn)行不穩(wěn)定等故障。為解決這