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1、智能汽车超载报警器课程设计一、 设计要求采用MCS51系列单片机构建系统。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
2、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：报警器MCS51系列单片机A/D转换放大器传感器三、 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： 式中： 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： 因此： 在外力作用下,应变片产生变化
3、,同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化为R时，可得到应变值，根据应力与应变关系，得到应力值为：式中： -应力,-应变（为轴向应变） E-材料的弹性模量 又重力G与应力的关系为：式中： G-重力,S-应变片截面积根据以上各式可得到：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 =16300 kg/mm2；S = 100；R0 =34；g=桥路部分原理： 电阻应变计把机械应变转换成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： 直流电桥当电桥平衡时,相对的两臂电阻乘积相等,即：R
4、1gR4=R2gR3设桥臂比n=R2/R1 由于R1R1,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： 桥电压灵敏度正比于电桥供电电压。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： 求Sv的最大值，由此得 求得n1时，Sv最大。也就是供电电压确定后，当R1=R2,R3=R4时，电桥得电压灵敏度最高，可得： 由于上面的分析中忽略了R/R，所以存在非线性误差，解决的办法有：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。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
5、受压，则应变符号相反。则电桥输出电压Uo为： 若R1=R2,R1=R2,R3=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=R2=R3=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
6、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R4、R5、R6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R1=R3,R4=R5, R6=R7。根据运算电路基本分析方法，可得到输出电压： 3、ADC0809管脚 ADC0809的引脚功能：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:
7、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称：GYJ型钢筋应变计仪器型号：生产厂家：北京斯创尔建筑测试技术开发有限公司工作原理：产品用途:钢筋应力计主要用于测量钢筋混凝土结构中的钢筋应力也可以串起来用于测量载重质量技术参数规 格：1036毫米应 力：28003000公斤/厘米分 辨 力：0
8、812公斤/厘米非 线 性：2满量程温度对电桥零点影响：01满量程/供桥电压：00.5伏特输入输出阻抗：120欧姆工作温度范围：-5+50传感器长度：0507米四、 软件框图1， 报警框图：Flag为标志位。 开始系统初始化启动A/D转换读取重量值设置5t/10t挡重量超出范围声光报警是否正常结束五、 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
9、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
