智能汽车超载报警.docx
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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:
式中:
μ—材料的泊松系数;
ε—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,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ε,根据应力与应变关系,得到应力值为:
式中:
σ-应力,ε-应变(为轴向应变)
E-材料的弹性模量
又重力G与应力σ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=16300kg/mm2;S=100;R0=34Ω;
g=
桥路部分原理:
电阻应变计把机械应变转换成ΔR/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:
R1gR4=R2gR3
设桥臂比n=R2/R1由于R1< 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: 求Sv的最大值,由此得 求得n=1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ΔR/R,所以存在非线性误差,解决的办法有: 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: 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: 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: ±2%满量程 温度对电桥零点影响: ﹤0﹒1%满量程/℃ 供桥电压: 0—0.5伏特 输入/输出阻抗: 120欧姆 工作温度范围: -5℃~+50℃ 传感器长度: 0.5~0.7米 四、软件框图 1,报警框图: Flag为标志位。 是 否 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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