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1、 摘要本文介绍的是一种基于单片机控制的测量转速及重量并予以超限限制的系统来模拟残疾人用车限速限重系统。该系统由STC89C52单片机控制，测速部分由一种开关型霍尔传感器A3144和一块磁铁组成，利用可调电源控制直流电机来模拟残疾人用车转速的改变，电机转动时带动磁铁旋转，受磁铁所产生的磁场的影响，霍尔传感器输出脉冲信号给单片机，其频率和转速成正比。称重部分由一个半桥式称重传感器、LM324多级放大电路及8位A/D转换芯片ADC0804组成，将传感器内部的电阻应变片受力变形时引起的电阻变化转化为电信号，经放大电路及A/D转换后送入单片机，经处理后由LCD液晶显示器显示。当转速超过设定值时通过蜂鸣器
2、报警，若速度仍然增加，则由继电器控制切断电源，当重量超过设定值时则直接切断电源。此设计在很大程度上已基本完成了对残疾人用车限速限重的要求。关键词：STC89C52；霍尔传感器；称重传感器；A/D转换器；继电器Abstract This article describes the measurement of the speed and weight of a microcontroller-based control system to simulate the speed limit weight limit system of disabled vehicles and be overru
3、n limit. The system controlled by STC89C52 microcontroller velocimetry in part by a switch-type Hall sensor A3144 and a magnet, using the change of the adjustable power control DC motor to simulate the speed of disabled vehicles, the motor rotates the drive magnet rotation, by the magnet the influen
4、ce of the magnetic field generated by the Hall sensor output pulse signal to the microcontroller, is proportional to its frequency and speed. Weighing part of the load cell by a half-bridge, the LM324 amplifier and eight A / D converter chip ADC0804 composition, the sensor within the resistance stra
5、in gauge by the resistance change caused by deformation into electrical signals, amplified into the microcontroller circuit and A / D converter, and displayed by the LCD monitor after treatment. Buzzer alarm when the speed exceeds the set value, if the rate is still increasing, cut off power from th
6、e relay control, cut off the power when the weight exceeds the set value. To a large extent, this design has been basically completed the speed limit weight limit requirements for disabled vehicles.Keywords: STC89C52; hall sensor; weighing sensor; A / D conversion; relay 目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 设计目的
7、11.2 称重传感器的类型及工作原理11.3 转速的测量方法及存在的问题11.3.1 概述11.3.2 转速的测量方法21.3.3 转速测量技术存在的问题22 系统方案论证与选型32.1 控制器部分32.2 数据采集部分42.2.1 称重传感器的选择42.2.2 放大电路的选择62.2.3 A/D转换器的选择62.2.4 测速传感器的选择72.3 显示电路部分的选择82.4 报警部分的选择83 系统概述103.1 系统实现的功能103.2 单片机控制限速限重系统的构成103.3 主要芯片介绍114 硬件电路的设计174.1 电源和复位模块174.2 电机驱动控制模块174.3 称重模块184.
8、4 测速模块194.5 液晶显示模块194.6 报警模块205 系统软件的设计21结论26参考文献27附录一 原理图28附录二 PCB图29附录三 实物图30附录四 源程序31致谢361 绪论1.1 设计目的 随着社会的发展与进步，道路交通建设也越来越完善，但随之而来的车辆超速现象却越来越严重。而残疾人作为社会的一个特殊群体，其用车的安全问题更是备受关注。因残疾人用车的特殊性，在限制速度的同时，还要限制载重以防止有些人将残疾人用车作为运营用，这不仅违反交通法规，也是很危险的。因此本文设计了一种残疾人用车限速限重系统来保证其用车的安全问题。1.2 称重传感器的类型及工作原理传感器是信息采集系统的
9、首要部件，它置于系统的最前端。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器就无法实现监测、控制表征生产过程中各个环节的参量，也就不能实现自动控制。因此在现代技术中，传感器是实现现代测试技术和自动化技术的基础。 称重传感器是一种可以将质量信号转变成可测量的电信号输出的装置。按照其转换方法的不同可分为光电式、液压式、电容式、电磁力式、磁极变形式、陀螺仪式、振动式、电阻应变式等八类。电阻应变式称重传感器工艺成熟、制作简单、准确度高（最高准确度可达到非线性、重复性、滞后指标优于0.01）。它可用于静态或动态条件下力和质量的测量，并且广泛应用在工业生产过程控制、检测以及自动称量等领域。本次设计采用的就是电阻
10、应变式称重传感器。该传感器主要由电阻应变片、弹性元件、测量电路和传输电缆这四个部分组成。它的工作原理是：弹性元件受力变形时，贴在上面的电阻应变片也会随之变形，从而导致电阻值的改变。应变片电阻的变化经由测量电路测出，并转化为输出与外力大小成比例的电信号。该电信号经处理后再以数字的形式显示出被测物的质量。1.3 转速的测量方法及存在的问题1.3.1 概述转速是指单位时间内，物体做圆周运动的次数，它是描述各种旋转机械运转性能的一个重要技术参数。工程上一般用它来描述动力机械的运动特性。在计量学中，转速是一个导出单位，它的物理意义是在单位时间内旋转物体转过的转数。转速和频率的量纲相同，即单位时间内某一量
11、值（如脉冲个数、转数等）出现的次数，理论上转速值是可以直接和频率值进行比对的。因此测时计数是转速计量的前提和基本方法。1.3.2 转速的测量方法随着科学技术的发展，各式各样的转速测量仪不断出现，它们在结构和性能上都有着很大的差异。这些转速测量仪没有系统的分类方法，在这里就按照它们的测量原理的不同进行分类说明。根据测量原理可以分为测频法和测周法这两种基本方法。由于电子计数器有1个数的误差，因此要根据转速脉冲频率的大小适当地选择测量方法，以此提高测量精度。首先来介绍测频法，即测量转速脉冲频率的方法，它采用基准时间信号发生电路产生的脉冲来控制计数门的开与闭，然后计数在单位时间内来自转速传感器的脉冲个
12、数。测周法就是测量转速脉冲周期的方法，它是用转速传感器产生的脉冲来控制计数门的开与闭，然后计数在转速脉冲周期内来自基准时间信号发生电路的脉冲个数，再根据公式f=1/T 换算成转速脉冲的频率。1.3.3 转速测量技术存在的问题目前我国使用的转速测量仪在测量范围、测量精度、性价比等方面均存在一定的缺陷。就非接触式转速表检测而言，大家对脉冲光源式测速装置是否能与转速标准源装置共存这一问题上就有着很大的分歧。有些人认为，非接触式转速表检测的标准装置若使用脉冲光源测速装置，能够提高测量的准确度，方法可行。而有另一方认为，此方法的存在势必会造成转速计量领域的混乱。对此，有调研结果显示了一个比较统一的看法，
13、即使用转速标准源装置对现有的各类型转速表进行检测和校准，综合考虑转速表实际工况更加科学、合理。2 系统方案论证与选型按照本设计的功能要求，系统由7个部分组成：控制器部分、电机驱动控制部分、称重部分、测速部分、报警部分、数据显示部分和电源电路部分，系统设计总体方案框图如图1所示。 测速传感器A/D转换器放大电路称重传感器电源STC89C52单片机 语音报警LCD显示电机驱动电路图1 设计思路框图 称重部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），然后经放大电路、A/D转换电路，将这个模拟信号转换为数字信号输出。测速部分首先通过可调电源驱动电机来模拟残疾人用车的车轮转速，
14、再利用测速传感器检测得到电机转速的脉冲信号。控制器部分接收来自A/D转换器和测速传感器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转化为物体的实际重量信号和电机的转速信号，并将其存储到存储单元中。数据显示部分根据需要实现显示功能。当速度超过设定值时通过报警电路报警，若速度仍然增加，则由继电器控制切断电源，当重量超过设定值时则直接切断电源。2.1 控制器部分根据总体设计方案的分析，在这里选用STC公司生产的STC89C系列单片机。它与MCS-51相比有两大优势：第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳定的MCP
15、U，具有8K8ROM、2568RAM、3个16位定时计数器、4个8位I/O接口。这些配置能够很好地实现本设计的测量和控制要求。最后我们选择了STC89C52这个比较常用的单片机，它的内部带有8KB的程序存储器，可以实现系统的功能要求。2.2 数据采集部分该系统的数据采集部分主要由称重和测速这两部分组成，称重部分包括称重传感器、放大电路和A/D转换电路，测速部分主要就是测速传感器。2.2.1 称重传感器的选择 在设计中，传感器是一个十分重要的元件，因此传感器的选择也特别重要,不仅要注意其量程和参数，还要考虑到与其相配置的各种电路的设计难易程度和设计性价比等等。 传感器量程的选择可依据被测物体重量
16、的最大值、使用传感器的个数、可能产生的最大偏载、动载等因素综合考虑来确定。一般情况下，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。为保证称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。在实际工作中，要求称重传感器的有效量程应在20%80%之间，线性好，精度高。结合该系统的实际情况，限制残疾人用车的载重，即将最大重量值设置为大约一个人的体重即可。我们在座椅的两边各放置一个称重传感器，那么分配到每个传感器上的重量大约为50kg就能满足该系统的要求。所以我们确定传感器的额定载荷为50kg，允许过载为150%F.S，综合误差为0.2%F.S。电阻应变片一般可以分为金属电阻应变
17、片和半导体电阻应变片。其中金属电阻应变片应用比较广泛，其基本原理基于电阻应变效应，即导体产生机械形变时它的电阻值发生变化。金属电阻应变片又可以分为以下几种： 1.丝绕式电阻应变片0.025mm金属丝（康铜、镍铬合金、贵金属）做敏感栅。 2.箔式电阻应变片用光刻腐蚀工艺、照相制版制作成厚0.0030.01 的金属箔栅，它又分为单臂式、半桥式、全桥式。 3.薄膜式电阻应变片用真空溅射技术或真空沉积技术，在绝缘基片上镀几至几百纳米金属电阻薄膜。综合考虑,本设计采用了一种半桥式称重传感器,内部使用一个半桥式电阻应变片，其量程为50kg。该称重传感器由金属箔式应变片构成，其惠斯登电桥结构又具有抑制温度变
18、化的影响、抑制干扰、补偿方便等优点，所以该传感器温度特性好、测量精度高、工作稳定，广泛应用于各种结构的动、静态测量。 该传感器主要由电阻应变片、弹性元件、测量电路和传输电缆这四部分组成。它的工作原理是：弹性元件受力变形时，贴在上面的电阻应变片也会随之变形，从而导致电阻值的改变。应变片电阻的变化经由测量电路测出，并转化为输出与外力大小成比例的电信号。该电信号经处理后再以数字的形式显示出被测物的质量。其内部结构如图2所示：图2 半桥式称重传感器内部结构图表1 半桥式称重传感器技术参数技术参数参数值量程(kg)50综合误差(%F.S)0.2灵敏度(mV/V)1.10.15非线性(%F.S)0.2重复
19、性(%F.S)0.1滞后(%F.S)0.2蠕变(%F.S/3min)0.1零点漂移(%F.S/1min)0.1零点温度漂移(%F.S/10)0.2额定输出温度漂移(%F.S/10)0.15零点输出(mV/V)0.3输入电阻()10005输出电阻()10005绝缘电阻(M)2000(100VDC)推荐激励电压(V)510输出电压范围（mV）05工作温度范围()-10+50过载能力(%F.S)150尺寸规格(mm)34347.82.2.2 放大电路的选择称重传感器的输出电压范围为05mV，而A/D转换的输入电压要求为05V，因此放大环节需要1000倍的增益。结合该系统的实际情况，我们要称量的大约是
20、一个人的重量，精度要求为5%，故选择普通低温漂运算放大器即可。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。本设计采用的就是LM324构成多级放大来实现称重传感器输出信号的放大。2.2.3 A/D转换器的选择 称重传感器实质就是压力传感器，它采集的压力信号是模拟量，而单片机系统内部运算时用的都是数字量，即0和1，因此必须将模拟量转换为数字量。这就需要在单片机前端加上A/D 转换器，即模拟/数字转换器（ADC），将输入的模拟信号转换成数字信号。因只有一路信号需经模数转换，所以我们选择使用简单方便的逐次比较型A/D转换芯片ADC0804，它采用
21、CMOS工艺20引脚集成芯片，分辨率为8位，转换时间为100us，输入电压范围为05V。芯片内部具有三态输出数据锁存器，可直接接在数据总线上。2.2.4 测速传感器的选择转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）。由于转速是以单位时间内的转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁铁固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随转轴旋转，磁铁也将跟着同步旋转，在转盘前方安装一个霍尔器件，转盘随转轴旋转时，受磁铁所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉
22、冲信号的周期与电机的转速有以下关系：n=60/PT 式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期，根据上式即可计算出直流电机的转速。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。在这里选用Aleg MicroSystems公司生产的A3144霍尔开关传感器，其工作温度范围为-40150。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元
23、件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出级构成，通过使用上拉电路可以将其输出接入CMOS逻辑电路。图3为它的引脚图。图3 A3144引脚图 A3144引脚说明：Pin1：电源输入，接+5V电源；Pin2：接地线；Pin3：信号输出端。2.3 显示电路部分的选择数据显示是该系统的一项重要功能，也是人机交换的主要组成部分，它可以将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。数据显示部分有以下两种方案可供选择：一是 LED数码管显示；二是LCD液晶显示。LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍式仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示
24、器。并且由于该系统需要同时显示速度和重量这两项值，所以本设计选择了1602LCD液晶显示器显示,它具有以下特性： (1)+5V电压，对比度可调 (2)内含复位电路 (3)提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 (4)有80字节显示数据存储器DDRAM (5)内建有192个57点阵的字型的字符发生器CGROM (6)8个可由用户自定义的57的字符发生器CGRAM2.4 报警部分的选择报警主要用于系统运行出错、测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。在本系统中，设置报警的目的就是当电机的转速超出系统设置的报警速度值时，发出声音报警信号，提示用
25、户已超速，应当减速慢行。超限报警电路是由单片机的I/O口来控制的，当电机的转速超过系统所设置的允许速度时，通过程序控制给该I/O口一个低电平，从而使9012三极管导通，蜂鸣器发出报警声。3 系统概述3.1 系统实现的功能根据方案的要求，该系统由STC89C52单片机控制，测速部分由一种开关型霍尔传感器A3144和一块磁铁组成，利用可调电源控制直流电机来模拟残疾人用车转速的改变，电机转动时带动磁铁旋转，受磁铁所产生的磁场的影响，霍尔传感器输出脉冲信号给单片机，其频率和转速成正比。 称重部分由一个半桥式称重传感器、LM324多级放大电路及8位A/D转换芯片ADC0804组成，将传感器内部的电阻应变
26、片受力变形时引起的电阻变化转化为电信号，经放大电路及A/D转换后送入单片机，经处理后由LCD液晶显示器显示。当转速超过设定值时通过蜂鸣器报警，若速度仍然增加，则由继电器控制切断电源，当重量超过设定值时则直接切断电源。3.2 单片机控制限速限重系统的构成 如图4所示为残疾人用车限速限重系统总结构框图。称重传感器电路放大电路A/D转换电路霍尔传感器电路时钟电路复位电路STC89C52液晶显示电路电机驱动控制电路电源电路报警电路 图4 单片机限速限重系统总结构框图 系统由电源和复位模块、称重模块、测速模块、电机驱动控制模块、液晶显示模块、报警模块组成。电源为整个系统提供稳定供电电压，复位电路对单片机
27、进行相应的复位操作；称重模块称量人体的重量；测速模块测量电机的转速；电机驱动控制模块驱动电机正常运转，继电器则控制切断电源；而液晶显示模块显示测速模块测量出的速度及称重模块称量出的重量，当速度超过设定值时，报警电路工作，若速度仍然增加，则由继电器控制切断电源，而当重量超过设定值时则直接切断电源。框图各模块说明如下： (1)单片机系统：采用STC公司的STC89C52单片机为微控制器，控制整个系统的工作； (2)电源和复位模块：本模块采用7805稳压芯片为系统提供50.5V直流电压，复位电路对单片机实现上电自动复位，也可以通过按键手动复位； (3)称重模块：该模块由称重传感器、放大电路、A/D转
28、换器三部分构成，称重传感器采用的是电阻应变式，电阻阻值随应变片变形而改变，通过转换输出电信号，经由LM324芯片三级放大，再送入A/D转换器输出数字信号给单片机； (4)测速模块：测速电路采用霍尔传感器产生脉冲，通过对脉冲计数来测量转速； (5)电机驱动控制模块：采用三极管构成直流电机控制与驱动电路，由继电器控制超过最大速度或最大重量时切断电源； (6)液晶管显示模块：显示当前电机的转速和人体的重量； (7)报警模块：若超过我们所设定的最大速度，则执行报警。3.3 主要芯片介绍1.STC89C52单片机的简介STC89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，它具有 8K 在系统可编程
29、Flash 存储器，这使得它在嵌入式控制系统中应用广泛。 STC89C52的主要功能特性：8K字节在系统可编程Flash存储器；2568bit内部RAM；时钟频率024MHz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；六个中断源；低功耗空闲和掉电模式；软件设置睡眠和唤醒功能；看门狗定时器；可编程UART串行通道；与80C51指令系统兼容。STC89C52的引脚图及各引脚功能介绍如下： 图5 STC89C52双列直插式引脚图 (1)主电源引脚（2根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源 GND(Pin20)：接地线 (2)外接晶振引脚（2根） XTAL1(Pi
30、n19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端 (3)控制引脚（4根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令 (4)可编程输入/输出引脚（32根） STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。 P0口（Pin39Pin32）：8
31、位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O.口线，名称为P3.0P3.7 2.ADC0804的简介 ADC0804属于连续渐进式的A/D转换器，这类型的A/D转换器转换速度快（可达到几十至几百us）、分辨率高、价格便宜，被普遍应用于微电脑的接口设计上。该芯片的芯片参数介绍如下： (1)工作电压：+5V，即VCC=+5V (2)模拟输入电压范围：0+5V (3)分辨率：8位，即分辨率为1/2=1/2
32、56，转换值介于0255之间 (4)转换时间：100us（fCLK=640KHz时） (5)转换误差：1LSB (6)参考电压：2.5V，即VREF=2.5V图6 ADC0804引脚图 ADC0804各引脚介绍如下： CS(Pin1)：片选信号，低电平有效 RD(Pin2)：外部读数据控制信号，此信号低电平时ADC0804把转换完成的数据加载到DB口 WR(Pin3)：外部写数据控制信号，此信号的上升沿可以启动ADC0804的A/D转换过程CLK IN(Pin4)：时钟输入引脚，ADC0804使用RC振荡器作为A/D时钟，CLK IN是振动器的输入端INTR(Pin5)：转换结束输出信号，AD
33、C0804完成一次A/D转换后，此引脚输出一个低脉冲，对单片机可以成为中断出发信号VIN(+)、VIN(-)(Pin6、Pin7)：输入信号电压的正负极AGND(Pin8)：模拟电源接地端VREF2(Pin9)：参考电源输入端DGND(Pin10)：数字电源接地端DB7 DB0(Pin11Pin18)：数字信号输入口，连接单片机的数据总线CKL R(Pin19)：时钟输入端Vcc(Pin20)：驱动电压输入端补充说明：CLKI（引脚4）和CLKR（引脚19）：ADC0801ADC0805片内有时钟电路，故只要在外部CLKI与CLKR两端外接一对电阻电容就可以产生A/D转换所需要的时钟，其振荡频
34、率为fCLK=1/1.1RC。如果采用外部时钟电路，则外部fCLK从CLKI端送入，此时就不需要R、C。允许的时钟频率范围为100KHz1460KHz。 模数转换器ADC0804工作的三个过程：复位中断触发信号该信号表明ADC0804转换已结束，提示单片机随时能够读取转换结果，它是ADC0804的一个输出信号。一般启动A/D转换前应该复位这个信号，等待新的转换结束后，ADC0804发出新的信号，这样就可以读到新的转换结果。复位信号的时序如图7中的图A，在实现片选的前提下，使用一个读信号的下降沿就可以复位信号。图A INTR复位时序 图B 启动转换过程图7 ADC0804的A/D转换时序启动AD
35、C0804的A/D转换ADC0804中的A/D转换器在满足一定条件下开始转换，这个条件是：在实现片选的前提下，引脚上要出现一个上升沿。启动A/D转换的时序如图7中的图B，在实现片选后，使用一个写信号可以启动一个转换过程。读取转换结果在A/D转换结束后，ADC0804的引脚将给出一个低脉冲，若把这个引脚直接连接到单片机的外部中断引脚，那么这个低脉冲将引起单片机中断，单片机就可以在这个中断处理程序中读取到ADC0804的转换结果。图8 ADC0804转换器的工作时序3.LM324芯片的简介LM324内含4个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，既可接单电源 (330 V)使用，也可接双电源(1
36、.515 V)使用，驱动功耗低，可与TTL逻辑电路相容。它是最常用的运算放大器，1、2、3脚是一组，5、6、7脚是一组，8、9、10脚是一组，12、13、14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1、7、8、14是各组放大器的输出脚，其它的是输入脚。应用领域包括传感器放大器、直流增益模块和所有传统的运算放大器，现在可以更容易地在单电源系统中实现。图9 LM324管脚连接图图10 LM324多级放大电路 LM324的特点： 1.短路保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大100nA 5.每封装含四个运算放大器。 6.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源
37、8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能4 硬件电路的设计4.1 电源和复位模块本模块中变压器的初级电压为220V，次级电压约为912V，采用7805稳压芯片为系统提供50.5V电压。复位电路实现上电自动复位，也可通过按键手动复位，如图11所示：图11 电源电路和复位电路4.2 电机驱动控制模块该模块主要由电机、继电器及外围电路组成。它与单片机的P3.7口连接，当系统的速度和重量都未超过设定值时，通过程序控制给单片机的P3.7口一个高电平，使9012三极管截至，继电器开关接在引脚2上，电机在可调电源的驱动下正常运转并带动电机上的圆盘转动，此时还可以通过调节可调电源的大小来改变电机的转
38、速，从而改变圆盘的转速。当圆盘的转速上升至超过最大设定值时或测得物体的重量超过最大值时，再由程序控制给单片机的P3.7口一个低电平，使9012三极管导通，此时继电器线圈通电产生磁力吸合开关使它接在引脚3上，即可切断可调电源供电，电机停止运转。该模块中的4007二极管起到保护继电器线圈的作用。图12 电机驱动控制电路4.3 称重模块本模块主要由一个半桥式称重传感器、LM324多级放大电路和ADC0804模数转换器组成。首先由称重传感器上的弹性元件受力变形，而后贴在其上面的电阻应变片也随之变形，变形时它的电阻阻值就会发生变化。应变片电阻的变化经由测量电路测出，然后转化为输出与外力大小成比例的电信号
39、（该输出电信号的范围为05mV），再将这个微弱的电信号送入LM324放大电路。该放大电路使用了LM324芯片的三路放大，每级的放大倍数为10倍，这样电路的增益就可达到1000倍（此时输出电信号的范围为05V），最后经由ADC0804模数转换器将电压这个模拟信号转换为能够被单片机识别的数字信号。将该数字信号送入单片机的P1口，通过程序控制单片机将这个信号转换为被测物的实际重量值由LCD液晶显示器显示。图13 称重模块电路4.4 测速模块测速电路采用霍尔传感器产生脉冲，通过对脉冲计数来测量转速。测速电路使用一块永久磁铁固定在电机转轴上的转盘边沿，当电机正常运转时，转盘随转轴旋转，磁铁也将跟着同步旋
40、转。在转盘前方安装一个开关型霍尔传感器A3144，转盘随转轴旋转时，受磁铁所产生的磁场的影响，霍尔传感器输出脉冲信号，其频率和转速成正比。将此输出脉冲信号送入单片机的P3.2口，即INT0，通过程序控制单片机将这个信号转换为电机的实际转数值由液晶显示器显示出来。图14 测速电路4.5 液晶显示模块在设计1602液晶显示器与单片机的接口时，我们将它的D0D7八个数据口与P0口相连，但必须注意的是单片机STC89C52的P0口不带上拉电阻，所以连接时必须附加10K的上拉电阻。由于我们只对液晶进行写指令和数据，而不对液晶进行读操作，所以RW（5脚）应接低电平，即接地。其余引脚与单片机的接法如下图所示
41、。图15 液晶显示电路4.6 报警模块 当电路检测到电机的转速超过系统设置的报警速度时，将产生一个信号给报警电路。使报警电路报警从而提醒车辆驾驶人员若还不减速将切断电源，超限报警电路如下图所示。它是由单片机STC89C52的P2.0口来控制的，当超过设置的速度时，通过程序使P2.0口值为低电平，从而使9012三极管导通，报警电路接通，蜂鸣器发出报警声。图16 报警电路5 系统软件的设计 程序设计的步骤可概括为以下三点： (1)分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出高质量程序的关键。 (2)根据算法画流程
42、图：画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性。 (3)编写程序：根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。程序数据的一种理想方法是结构化程序设计方法。结构化程序设计是对利用到的控制结构类程序做适当的限制，特别是限制转向语句(或指令)的使用，从而控制了程序的复杂性，力求程序的上、下文顺序与执行流程保持一致性，使程序易读易理解，减少逻辑错误和易于修改、调试。根据系统的控制任务，本系统的软件设计主要由主程序、初始化程序、显示子程序、数据采集子程序和延时程序等组成。 系统主程序流程图如图17所示：开始是检测LCD是否忙否等待向LCD写命令及
43、数据判断重量是否超过55kg是断电否判断速度是否超出界限是是判断是否超过第一界限否继续运行否报警判断是否超过第二界限结束是断电图17 系统主程序流程图1.数据采集的中断程序在单片机系统中，中断技术主要用于实时监测与控制，也就是要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应和及时处理。这些工作就是由单片机片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许的话，单片机暂时终止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。重量信号和速度信号的中断程序：v
44、oid timer0() interrupt 1 /定时器中断0，用来每隔1s检测一次数据TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;t0+;if(t0=20)EX1=0;pinlv=tmp0; diyihang(8);write_date(0+pinlv/100);write_date(0+pinlv%100/10);write_date(0+pinlv%10); wr=1;_nop_();wr=0;_nop_();wr=1;delay_ms(5);P1=0xff;rd=1;_nop_();rd=0;_nop_();temp=P1; /传送电压rd=1; vol=(60.0/255)*temp*100;dianya=(int)vol;dierhang(9);write_date(0x30+dianya/1000);write_date(0x30+dianya%1000/100);write_date(.);write_date(0x30+dianya%100/10);write
