智能汽车超载报警.docx
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智能汽车超载报警
智能汽车超载报警器课程设计
一、设计要求
采用MCS5係列单片机构建系统。
如果汽车超载，报警器发出声或光报警信号，且超载阈值可设置成5吨和10吨两挡。
二、总体方案
测量压力的传感器多种多样，比如：
压电式压力传感器可以用在智能汽车超载报警器.压电式传感器可以静态测量.产品样本上就有超载限荷力传感器。
但是压电式压力传感器对放大器要求高，对
绝缘要求高，价格高.自己设计电路，静态测量,有难点.因此，不如用应变片的容易成功。
被称重物停在秤台上，在重力的作用下，秤台将重力传递至传感器，导致附着在传感器上的弹性体发生变形，则弹性体应变梁上的应变电阻片及桥路失去平衡，输出与重量成正比的电信号，经线性放大器将信号放大，再经A/D将模拟信号转换为数字信号，然后经过单片机处理，驱动报警器，从而实现超载报警。
对于5t和10t的换挡，可以采用按钮形式，进行切换。
基本工作原理框图如下：
三、硬件原理图
1、电阻应变片
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值将随着压力所产生的变化而变化。
对于金属导体,电阻变化率的表达式为：
（12）
式中：
卩一材料的泊松系数；
£—应变量。
通常把单位应变所引起电阻相对变化称作电阻丝的灵敏系数，对于金
属导体，其表达式为：
fA/?
7?
、
k°=—-—=（1+2“）
因此：
a=Ee
在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。
当
测得阻值变化R时，可得到应变值£，根据应力与应变关系，得
到应力值为:
a=Ew
式中：
（T-应力，£-应变（为轴向应变）
E-材料的弹性模量
又重力G与应力彷的关系为：
（］=mg=aS
式中：
G-重力，S-应变片截面积
根据以上各式可得到：
^R
R"
由此得出应变片电阻与重物质量的关系，即:
根据应变片常用的材料（如康铜）取
k0=2;E=16300kg/mm2;S=100;RO=34Q;
g=
M=[（2x98x348）/（16M）0xl（X））]/w=Q（mi伽
桥路部分原理：
电阻应变计把机械应变转换成厶R/R后，必须采用转换电路通常
采用惠斯登电桥电路实现这种转换。
图13-2所示的直流电桥，对于单臂电桥，如下图：
当电桥平衡时，相对的两臂电阻乘积相等，即:
R1gR4=R2gR3
°一（1+幽%+孔耐）（1+耳健）
设桥臂比n二R2/R1由于R1«R1分母中R1/R1可忽略，于是:
电桥电压灵敏度定义为:
从上式分析发现:
②桥电压灵敏度正比于电桥供电电压。
②电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，必须恰当的选择n的值,保证电桥具有较高的灵敏度由:
dn
求Sv的最大值，由此得
眠=1_才=0
dn（1十勿4
求得n=1时，Sv最大。
也就是供电电压确定后，当R仁R2,R3=R4寸,
电桥得电压灵敏度最高，可得:
有:
①提高桥臂比：
提高了桥臂比，非线性误差可以减小，但从电压灵敏度考虑，灵敏度将降低，这是一种矛盾。
②采用差动电桥：
根据被测试件的受力情况，若使一个应变片受拉，
另一个受压，则应变符号相反。
则电桥输出电压U0为：
&-唱R3+R斗丿
若厶R1=^R2,R仁R2,R3二R4则有：
由此可知，Uo和R1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差。
而起电压灵敏度为，比使用一只应变片提高了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。
若将电桥四臂接入四个应变片，即两个受拉，两个受压，将两个应变符号相同的接入相对臂上，则构成全桥差动电路，若满足△R1匕R2也R3也R4,则输出电压为：
由此可知，差动桥路的输出电压Uo和电压灵敏度比用单片时提高了
四倍，比半桥差动电路提高了一倍。
因为采用的是金属应变片测量，所以本设计采用全桥电路，能够有比
较好的灵敏度并且不存在非线性误差
2、放大电路:
该放大电路具有很强的共模抑制比。
它由两级放大器组成，第一级由集成运放A1、A2,由于他们采用同一型号的运放，所以可进一步降低漂移。
电阻R1、R2和R3组成同相输入式并联差分放大器，具有非常高的输入阻抗。
第二级式由A3和4个电阻R4R5R6和R7组成的反向比例放大器，它将双端输入变成单端输出。
阻值R仁R3,R4=R5,
R6=R7
根据运算电路基本分析方法，可得到输出电压：
%=-菩1+2”（I—）
3、ADC0809管脚
ADC080啲引脚功能：
1）、INT0-INT7:
八路模拟输入通道
2）、D7-D0:
8位三态数据输出线。
3）、A/B/C:
通道选择输入线，其中c为高位，A为低位
4）、ALE通道锁存控制信号输入线
5）、START启动转换控制信号输入线。
6）、CLK:
转换脉冲输入线
7）、VCC主电源+5V。
8）、GND数字地
4、报警电路
报警电路采用声光报警，同时通过按钮来换5t和10t档。
21、
22脚分别接扬声器和发光二极管，扬声器由三极管放大驱动；二极管经一电阻接到电源，从而构成报警电路。
5、总体电路设计:
选用传感器型号:
电阻应变片传感器结构
GYJ型钢筋应变计
产品名GYJ型钢筋应变计
称：
仪器型
号：
生产厂北京斯创尔建筑测试技术开发有限公司
家：
工作原
理：
产品用钢筋应力计主要用于测量钢筋混凝土结构中的钢筋应途：
力
也可以串起来用于测量载重质量
技术参数
规格：
10〜36毫米
应力：
2800〜3000公斤/厘米
分辨力：
0.8〜1.2公斤/厘米
非线性：
士2%满量程
温度对电桥零
v0•1%满量程/C
点影响：
供桥电压：
0—0.5伏特
输入/输出阻
120欧姆
抗：
工作温度范围：
-5C〜+50C
传感器长度：
0.5〜0.7米
四、软件框图
1,报警框图:
Flag为标志位。
五、设计总结：
该系统硬件主要包括以下几个模块：
8051单片机主控模块、
ADC0809模块、放大器模块、传感器模块、报警模块。
其中8051主要完成外围控件的控制以及一些运算功能。
传感器完成信号的采样功能，放大器模块起到放大传感器输出电压，用来驱动ADC0809的功能。
ADC0809主要负责把模拟量转换为数字量。
报警电路主要负责声光报警。
在此次课程设计的过程当中，遇到不少困难，比如对于传感器的选择，要考虑到经济，灵敏度，量程，精确度等情况。
由于长时间不用单片机，导致对于单片机与0809的引脚的连接问题搞不清楚，于是查阅了大量资料。
同时，由于ADC0809输入电压为0-5V，所以在通过放大器放大后不能超过这个范围。
通过此次课程设计，我得到了很多收获，在设计过程当中，组员之间相互配合，遇到问题共同解决，相互合作，相互学习，共同进步，使我们对于学习理论知识有了进一步的巩固。
通过广泛地查阅资料，结合各种资料总结，把传感器、放大器、数模转换器、单片机、报警器等各部分知识串联起来，拓展了大量知识，同时对于原理图的画法，得到了更熟练的掌握。
使我深刻体会到了学习与实践相互结合的重要性，期待以后还会有更多的机会学以致用。
六、参考文献
张新《单片机原理与应用》西北工业大学出版社
2008
楼然苗《51单片机设计实例》北京航空航天大学出版社
2003张靖等．《检测技术与系统》．设计中国电力出版社，2001年。
陈润泰．《检测技术与智能仪表》．中南工业大学出版社，1990年。
徐爱均．《智能化测量控制仪表原理与设计》．航空航天大学
出版社，1995年
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