汽车超载自动检测装置说明书.doc

中国矿业大学毕业设计
目 录

第1章 绪论 1
第1.1节 引言 1
第1.2节 电子称重技术的地位及作用 2
第1.3节 国内电子称重的现状 2
第1.4节 本课题研究的内容和意义 3
第2章 称重系统整体概述 4
第3章 硬件系统设计 5
第3.1节 传感器 5
第3.2节 传感器信号调理电路设计 13
第3.3节 AD转换器电路 16
第3.4节 微处理器 23
第3.5节 显示器电路设计 25
第3.6节 汽车执行锁定电路 29
第3.7节 电源电路的设计 31
第3.8节 系统抗干扰设计 32
第4章 系统软件程序设计 34
第4.1节 主程序 34
第4.2节 数据采集程序 35
第4.3节 A/D转换程序 38
第4.4节 数据处理程序 39
第5章 误差分析 43
第5.1节 称重传感器的误差 43
第5.2节 称重仪表和信号传输系统的误差 43
第5.3节 机械承重系统的误差 44
第6章 总结 46
第6.1节 工作总结 46
第6.2节 研究展望 46
参考文献 47
附 录 50
英文原文 58
中文译文 66
致 谢 74

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中国矿业大学毕业设计

第1章 绪论

目前公路运输业和商业贸易不断得到发展，重型运输车辆在公路运输中所占比例不断增加。汽车超载超限运输和超重型车辆擅自在公路上行驶的情况越来越严重,直接影响了公路使用寿命和运输安全。车辆超限超载运输造成交通事故增加,路面早期被破坏,导致补救和维修养护费用急剧增加。目前治超主要采用经济手段,不能从根本上解决问题。本文分析探讨采用技术手段在车辆上实现超限超载的检测和控制方法,制止违法超限超载运输。【1】

第1.1节 引言

随着我国国民经济的迅速发展，我国的交通事业也取得了巨大的进步，公路里程在不断的增加，但不容忽视的是越来越多的超限车辆对公路和桥梁造成了极大的破坏。根据世界各国公路建设的经验，如果不尽快采取相应的手段，遏制这种情况的蔓延，将会导致公路和桥梁的使用寿命大大缩短，造成大量的投资浪费。超限运输不仅危害个人安全，也危害着国家和集体的利益，成为了一个当前急需解决的问题，受到了国家的高度重视，中华人民共和国交通部于2000年4月1号颁布了《超限运输车辆行驶公路管理规定》。在规定中指出单车、半挂列车、全挂列车车货总质量40000千克以上；集装箱半挂列车车货总质量46000千克以上的上路汽车即为超限运输车辆。并规定超限运输车辆行驶公路的管理工作实行“统一管理、分级负责、方便运输、保障畅通”的原则。所以如何使用准确、完备和实用的称重系统，以满足交通管理者的实际需要，提高我国的公路管理水平，成为一个重要的课题。

第1.2节 电子称重技术的地位及作用

电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了自动测量和控制技术的迅速发展和广泛应用。
物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节，称重装置或衡量器是不可缺少的计量工具。自六十年代以来，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面已成为现代称重技术的主要特点。【2】称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，称重装置应用己遍及到国民经济各个领域，取得了显著的经济效益。但是，我国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发研究功能齐全的自动称重系统是势在必行的。

第1.3节 国内电子称重的现状

我国从六十年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，后来发展成数字式。由于当时技术条件的限制，产品准确度低、可靠性差，适应恶劣环境的能力差，故障率和损坏率一直都很高。自八十年代初以来，开展了与国外技术交流和合作，引进了一批样机、生产技术和加工测试设备，通过消化、吸收和改造，使电子称重装置的综合水平有了很大的提高。产品品种发展到几十种，包括电子计价秤、电子台秤、电子吊秤、电子汽车衡、电子皮带秤、电子轨道秤、电子包装秤、电子配料秤以及各种专用电子秤。这些产品中作为商用静态秤都已能满足国际法制计量组织(0、I、M、L)级秤3000N的要求。静态使用的工艺秤也都能达到0.1-0.3%的准确度。动态计量用的皮带秤能做到0.25-0.5%，动态轨道衡能达到国家规定的0.5级的要求，个别的产品也可达到0.2级。在产品规格上，电子汽车衡已能做到I00t。个别的达到300t，专用的电子轨道衡已做到600t。电子吊钩秤最大规格为30t，在功能上也比较齐全。总的来说我国电子称重装置的水平相当于发达国家八十年代中期水平。这里应强调的是有少数产品的技术已处于国际先进水平，例如自动轨道衡开发的几项新技术:无开关判别车辆、前基坑整体秤台和无基坑结构、以及曲线段安装轨道衡。这表明我国在引进消化国外先进技术的基础上，走上了自行开发的道路。

第1.4节 本课题研究的内容和意义

本文主要是研究汽车在装货中未上路时载重量大小的问题，用安装在汽车减振钢板与车轮轴间的传感器检测货车载重量的压力信号，并经过放大电路的放大与A/D转换器的转换，输入到微处理器进行计算、比较，若计算出的结果超过预定值，则切断汽车的电子点火系统，使汽车不能发动；若结果未超过预定值，则汽车正常启动。
本文设计的汽车超载自动检测系统安装简单，携带方便，实用性好，且可以从根本上解决超载汽车上路问题。
第2章 称重系统整体概述

称重系统一般由传感器、信号调理电路、数据分析采集系统、结果显示等几个部分所构成。本课题将采用由传感器、数据采集卡、AD转换器、微处理器，LED数码管所组成的系统来实现汽车的超载检测。
(1)进行称重研究的硬件部分的建设，这一部分包括称重传感器的选择，信号调理电路的设计，数据采集卡的选择等等工作。这一部分是课题进行的中间环节，也是关键部分。因为，硬件部分决定了整个的系统误差和随机误差。因此，硬件部分的建设应该十分仔细，建立高精度的硬件系统。
(2)在建立传感器与硬件的工作完成之后需要选择编制测试软件。计算机在完成一项工作时，必须按顺序执行各种操作，这些操作是事先编制好的计算机程序，由计算机去执行。编程时，对数据的存放、寄存器和工作单元的使用等要由设计者安排；而高级语言程序设计时，这些工作是由计算机软件完成的。
(3)上述的工作完成之后进行误差分析。本系统的误差来源总体来说可以分为三个，即称重传感器的误差、称重仪表和信号传输系统的误差和机械承重系统的误差。可以采用多个称重传感器的并联，选用性能良好的电子器件以及注意接地和屏蔽问题等方法来减小误差。
第3章 硬件系统设计

电器部分主要由传感器、信号放大器、A/D转换器、单片机及显示器组成见图3.1。传感器是测量系统的输入端，它与被测的重力相连接，并给出一个毫伏级的输出信号。信号放大器则将传感器输出的毫伏级信号进行滤波和放大，以便成为适宜进一步处理的0-10伏电压信号。A/D转换器则对放大器输出的信号进行线性化及数字编码以便使信号成为微机可以处理的形式。

图3.1 车辆称重系统的构成

第3.1节 传感器

3.1.1 传感器作用
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

图3.2 各种传感器示例
3.1.2 传感器的分类
按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器和热敏传感器。
按照其原理，传感器可分类为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器和生物传感器等。
按照其输出信号为标准可将传感器分为：
模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。
膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。
开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
3.1.3 称重传感器的选择
测量重量的传感器有很多种，按工作原理分有弹性力平衡式压力传感器、感应式传感器、应变式传感器、压电式传感器、霍尔式压力传感器、电容式、光纤式、数字式传感器等。
选择传感器要考虑以下几点:
（1）数量的选择
根据电子称重系统的用途、秤体需要支撑点数而定，一般地来说秤体有几个支撑点就选择几个传感器，使用时根据实际情况来确定。
（2）量程的选择
量程选择原则是既要获得满意的准确度，又要具有足够的称量灵敏度和过载保护性能，根据有关文献知道按式3.1进行量程选择完全可以满足上述要求。

(3.1)
式中：—传感器个数
—作用在传感器上的空载载荷
—作用在传感器上的最大称重载荷
—动载系数载系数
（3）准确度的选择
称重传感器准确度等级的选择，以满足称重系统的准确度要求为准，切不可片面追求高的准确度等级。若在同一称重系统内使用了n只并联使用的结构相同、型式相同、额定负荷相同的称重传感器，则由误差传递公式可得，其综合误差r为:
(3.2)
式中:—单个称重传感器的综合误差；
n—称重传感器的个数；
因此，由式可以看出，n个称重传感器并联后，其总的综合误差r是单个称重传感器综合误差的1/n倍。即总的综合误差反而小了。这是由于单个称重传感器的误差可看作是服从统计规律的，它有大、有小、有正、有负。在并联后，其误差相互抵消一部分，所以总的综合误差反而小了。
（4）传感器型号
传感器型号的选择要考虑各种类型传感器的适用范围。这主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠。
总之，既要从各方面提高要求，又要考虑经济效益，确保达到高性价比。从上述几点综合考虑，本文选用常用的电阻应变式称重传感器。
电阻应变式称重传感器的特点如下:精度高，测量范围广；使用寿命长，性能稳定可靠；可在高低温、高速、高压、强烈振动、强磁场、潮湿等恶劣环境正常工作；结构简单，体积小，重量轻；价格便宜，品种多样，便于选择和大量使用；频率响应较好，即可用于静态测量又可用于动态测量。
电阻应变式称重传感器的基本工作原理是：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。惠斯登电桥的功能是把电阻应变计的电阻变化量转换为电压信号。一般将粘贴在弹性体上的电阻应变计连接成差动式惠斯登电桥，如图3.3所示。

图3.3 惠斯登电桥

（3.3）
式中: —弹性体的相对变形；
—弹性体的长度及变化量；
—重量；
—弹性体的弹性模量；
—弹性体的横截面积。
如图3.3假设此时和受压，和受拉，则和相对电阻的变化为:

（3.4）
这时和相对电阻的变化为:

（3.5）

式中：—电阻应变计的灵敏系数
—弹性材料的泊松系数
在有供桥电源时，称重传感器的电桥输出电压为:

（3.6）
忽略分母中含有的项，则近似为:

（3.7）
也即：

（3.8）
式中：—传感器的灵敏度，
本设计采用RS-Y10应变式压力传感器，其主要技术参数如下:
输出灵敏度>0.5～0.8mv/v;
基本误差0.2%F.S;，
重复性0.2%F.S;
温度补偿范围-10～+60℃;
绝缘电阻1000，输出阻抗50Q+10Q;
工作温度—10℃～+60℃;
激励电压:5～12V。
3.1.4 汽车载荷的计算
通过测量安装在汽车的轮轴与减振钢板之间的压力传感器的应变电阻值的变化量,并将其转换成相应的重量值,求出汽车的载荷G。压力传感器的输出U是其应变电阻值的变化量的函数,而应变电阻的变化量与汽车的载荷成线性关系。因此传感器的输出与汽车的载荷成线性关系。

（3.9）
式中: —传感器的载荷,Kg;
—应变电阻的变化值，。

（3.10）

图3.4 压力传感器示意图
3.1.5　传感器的安装
压力传感器的安装位置应选择能正确反映汽车载荷、易于安装与测量的位置,因此从汽车的底盘结构上分析,汽车的承载轮轴与减振钢板的连接点能够反映汽车的载荷,所以我们将压力传感器的安装位置选择在该连接点上,压力传感器的数量设定为2个。

图3.5 压力传感器安装示意图平面

图3.6 压力传感器安装三维示意图

第3.2节 传感器信号调理电路设计

称重传感器的输出信号通常比较小，在现场测试中非常容易受到干扰，因此必须对传感器检测到的轮重信号进行放大处理。由于传感器信号放大电路的设计对系统的精度有很重要的影响，因此我们需要合理地进行设计。尽量选用高增益、高输入电阻、低失调和高共模抑制比的仪表放大器。在传感器信号放大电路中采用OP07运算放大器。OP07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mv）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。管脚图如图3.7所示，其主要特性如下:

图3.7 OP07管脚图

①供电电源范围:士3v~士18v;
②最大供电电流:2.8mA;
③最大输入失调电压:75uv;
④最大输入失调电压漂移:l.3uv/℃;
⑤最大输入偏置电流:5.6nA;
⑥最小共模抑制比:106dB(G=10);
由于称重系统中传感器输出2路模拟信号，为了对每路信号分别进行放大和滤波，在设计电路时设置了2路相同的放大电路，下面以其中1路为例进行详细说明(滤波电路也是2路，文中取其中1路为例详细说明，下面将不再重复指出)。
由于称重传感器中的应变片被做成桥式电路，力传感器的放大电路一般都采用差动放大器进行放大。为了使放大电路的放大倍数可变，实际调试时简单易操作，本文采用三级连放来实现运算放大电路，第一级放大电路为差动放大电路，如图3·7所示:
取, 根据差动放大电路放大规律可知：

（3.11）

图3.8 第一级放大电路

图3.9 第二级放大电路
如令, ，则该放大电路的放大倍数为1-30倍。
第二级放大电路和第三级放大电路相同，如图3.8所示:
VR1为可变电阻，在第二级和第三级电路中设置此电阻，是为了在测试过程中，根据实际需要对放大系数进行调节。此电路放大公式为:

（3.12）
整体放大电路如图3.10所示。
由该图中电阻取值可知，第一级放大电路的放大倍数为1-33.3，第二级放大电路的放大倍数为10-60倍，第三级放大电路的放大倍数为1- 20倍，因此整个放大电路的放大倍数为333- 39960倍。

图3.10 整体放大电路

第3.3节 AD转换器电路

采集上来的模拟信号要进入单片机进行处理前，需要转换成数字信号。综合考虑系统对转换精度与转换速度的要求,本文选择双积分转换器ICL7109。ICL7109是美国Intersil公司生产的一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位A/D转换器。由于目前逐次比较式的高速12位A/D转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重，测压力等各种高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度A/D转换器ICL7109。ICL7109最大的特点是其数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。其主要功能特性如下：
双积分变换技术；
双电源供电；
片内含有时钟发生器和基准电压源；
输入阻抗为；
功耗为20mW；
转换速度为。
3.3.1 ICL7109引脚功能
ICL7109的内部电路有模拟电路和数字电路部分组成。模拟电路部分由模拟信号输入振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。部分引脚功能如下：
GND：数字地，0V
STATUS：状态输出，ICL7109转换结束时，该引脚发出转换结束信号。
POL：极性输出，高电平表示ICL7109的输出信号为正。
B1~B12：三态转换结果输出，B12为最高位，B1为最低位
TEST：此引脚仅适用于测试芯片，接高电平时为正常操作，接低电平时则强迫所有位B1~B12输出为高电平。
LBEN：低电平使能端。当MODE和CE/LOAD均为低电平时，此信号将作为低位字节（B1~B8）输出选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为低位字节输出。
HBEN：高字节使能端。当MODE和CE/LOAD均为高电平时，此信号将作为高位字节（B8~B12）以及POL，OR输出的辅助选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为高位字节输出而用于信号交换方式。
CE/LOAD：片选端。当MODE为低电平时，它是数据输出的主选通信号，当管脚为低电平时，数据正常输出；当本脚为高电平时，则所有数据输出端（B1~B12，POL，OR）均处于高阻状态。
MODE：方式选择。当输出低电平信号时，转换器为直接输出方式。此时，可在片选和数据使能的控制下直接读取数据。当输出高电平脉冲时，转换器处于UART方式，并在输出两个字节的数据后，返回到直接输出方式。当输入高电平时，转换器将在信号交换方式的每一转换周期的结尾输出数据。
OSC IN： 振荡器输入
OSCOUT：振荡器输出
OSCSEL： 振荡器选择。输出高电平时，采用RC振荡器；输入低电平时采用晶体振荡器。

图3.11 ICL7109管脚图
3.3.2 ICL7109的外部电路连接
ICL7109的外部电路连接如图3.11所示，对其外部电路的应用特征说明如下：
A.电源供给
ICL7109位双电源±5V，引入V+，V-（40，28脚），1端GND为公共接地端。
B.基准电压供给
ICL7109有一个良好的片内基准电压源，由REFOUT端输出（29端），可以使用电阻分压以获得一个合适的基准电压。
C.模拟信号输入
模拟信号可差分输入，分别接入差分输入高端INHI（35脚）和差 分输入低端 INLO（34脚）。模拟信号公共端为COMMON（33脚）。
D.时钟电路
ICL7109片内有振动器及时钟电路。片内提供的多功能时钟振动 器既可用作RC振荡器，也可作为晶体振荡器。
E.接口方式
ICL7109内部有一个14位（12位数据和一个极性，一位溢出）的 锁存器和一个14位的三态输出寄存器，可以很方便地与各种微处理器直接连接，而无须外部加额外的锁存器。

图3.12 ICL7109的外部连接电路图

3.3.3 ICL7109与89C51的接口
接口电路如图3.13所示
图3.13 ICL7109与89C51的接口电路
该芯片为直接输出工作方式，MODE接地。另外RUN/HOLD（）引脚接+5V，使A/D转换连续进行。
A/D转换正在进行时，STATUS引脚输出高电平，STATUS引脚降为低电平时，由P2.6输出低电平信号到ICL7109的HBEN，读高4位数据、极性和溢出位；由P2.7输出低电平信号到LBEN，读低8位数据。本系统中尽管CE/LOAD接地，RUN/HOLD接+5V，A/D转换连续进行，然而如果89C51不查询P1.0脚，那么就不会给出HBEN、LBEN信号，A/D转换的结果不会出现在数据总线D0-D7上。不需要采集数据时，不会影响89C51的工作，因此这种方法可简化设计，节省硬件和软件。
ICL7109每完成一次变换所需时间为8192个时钟周期。当采用6MH晶振时，转换时间为
(3.13)
即转换速率为12.63次/s.当采用3.58MH晶振时，完成一次转换所需的时间为
(3.14)
即转换速率为7.5次/s.
ICL7109为连续转换，每次转换结果由中断服务程序读入到以R0间址的片内RAM缓存区。中断服务程序编制如下：
ORG 0003H
LIMP INT0
ORG 1000H
INT0: PUSH ACC
PUSH DPH
PUSH DPL
PUSH B
MOV B,R0
MOV R0,#20H ;缓存区首地址
MOV DPTR,#0200H ;P2.0=0,P2.1=1
MOVX A,@DPTR
MOV @R0,A
INC R0
MOV DPTR,@0100H ;P2.0=1,P2.1=0
MOVX A,@DPTR
MOV @R0,A
MOV R0,B
POP B
POP DPL
POP DPH
POP ACC
RETI

第3.4节 微处理器

单片机是数据采集器的控制单元，控制着数据采集器各个部分协调工作。本文选择了89X51单片机，此系列单片机低功耗、高性能，且硬件资源丰富，特别是其每部的闪速可电改写的存储器FlashROM给单片机的开发和应用带来了很大的方便。管脚图如图3.14所示。
特点：
80C51 中心处理单元
片内FLASH 程序存储器
速度可达33MH
全静态操作
RAM可扩展到64字节
4级中断
6个中断源
4个位I/O 口
电源控制模式
—时钟的到恢复和停止
―掉电模式
图3.14 89C51管脚图
3.4.1部分管脚功能：
XTAL2:接外部晶体和微调电容的一端，在片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。要检查89C51的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2是否有脉冲信号输出。
XTAL2:接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。
RST:RST是复位信号输入端，高电平有效。
ALE:地址锁存允许信号端，当89C51上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。
PSEN:程序存储允许输出信号端，可以驱动8个LS型TTL负载。
EA/VPP:外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当输入信号EA引脚接高电平时，CPU只访问片内Flash POM并执行内部程序存储器中的指令；但当PC的值超过0FFFH时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当EA引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行片外存储器内的指令，而不管是否有片内程序存储器。
3.4.2 振荡器特性
配置为使用内部振荡器时XTAL1和XTAL2可分别作为一个反向放大器的输入和输出，要使用外部时钟源驱动器件时XTAL2 可以不连接而由XTAL1 驱动。外部时钟信号无占空比的要求因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路。
3.4.3 复位
复位是单片机的初始操作。其主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元执行程序。在运行中，外界干扰等因素可使单片机的程序陷入死循环状态或跑飞，为摆脱困境，可将单片机复位，以重新启动，复位也使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。
RST引脚是复位信号的输入端，高电平有效。其有效周期应持续24个振荡周期以上。复位操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式，只要电源的上电时间不超过1ms,就可以完成自动上电复位，即接通电源时就完成了复位操作。
在本系统中，89C51的P00~P07接A/D转换器ICL7109的B1~B12端，用以接受转换器的12位数据输出；17脚接转换器的20脚用以控制外部数据存储器读选通；12脚接STATUS以实现外部中断。21脚接转换器的18脚以接收低8位输出选通；22脚接19脚以接收高4位溢出位选通。

第3.5节 显示器电路设计

显示器接口是单片机系统中的主要人机接口之一，常用的显示器有:发光二极管显示器，简称LED(Light Emiting Diode)；液晶显示器，简称LCD(Liquid Crysta1 Display)；荧光显示器。近年来也开始使用简易的CRT接口，显示一些汉字及图形。发光二极管又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。三种显示器中，以荧光管显示器亮度最高，发光二极管次之，而液晶显示器最弱，为被动显示，必须有外光源。考虑到本系统中只用来简单的显示重量数据，所以选用发光二极管显示器LED。LED与其它显示器件相比，具有工作电压低、多色、寿命长、发光控制简单等特点。本文采用共阴极LED段显示器。这种LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，当某个发光二极管的阳极位高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。我们用五片共阳极发光二极管(LED)显示器来显示汽车重量，其中三位整数、两位小数。
LED显示可分为两种显示方式:静态显示和动态显示。动态显示方式下，将所有位的段选线并联在一起，由位选线控制哪一位接收字段码。采用动态扫描显示，也就是在显示过程中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。利用显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象(不超过0.4秒)，只要每一位的显示时间足够短(五位数码管轮流显示一周的时间小于0.4秒)，而人看到的好象是五位数码管同时显示。在本文中采用动态显示。
在本文中选用8位LED驱动器ICM7218B。该芯片可以驱动共阴极数码管，不需要外加限流电阻和时钟，编程容易，与微处理器接口简单，广泛应用于各种测控仪表中。ICM7218B内含位和段驱动电路及动态扫描控制电路，以及十六进制显示码和十进制显示码译码电路。该电路采用单一+5V电源供电，数据在电压降至2V时仍可保持不丢失，并具有降低功耗的功能。如图3.15为ICM7218B管脚图：

图3.15 ICM7218B管脚图
SEGa~SEGg:分别为LED第a段到第g段驱动输出。
DIGIT1~DIGIT8；分别为第1位到第8位LED驱动输出。
WRITE：为写操作输入信号，低电平有效。MODEE为方式控制输入信号，当其为高电平时，写入控制字；其为低电平时，写入数据。
MODE: 高电平，输人控制字;低电平，输人数据。
ID4: 为 SHUTDOWN信号，低电平将关闭晶振、译码器和显示，高电平则正常工作。
ID5 :译码/不译码信号，高电平，不译码，应由软件译码;低电平，由ICM7218B内部译码器进行硬件译码，有全十六进制译码和B码译码两种方式。软件译码时，输人的8位数据直接控制8个段的显示，格式如下:
ID7 ID6 ID5 ID4 ID3 ID2 IDI IDO
D.P a b c e g f d
某位置为1，则相应此位的段被点亮，但D.P不同，当此位置0时，D.P 即小数点被点亮。
ID6 :决定硬件译码方式，高电平时，进行十六进制译码;低电平时，进行十进制(B码)
ID7 :为 高电平，表示后面输人数据;低电平，表示后面不输人数据。
ICM7218B工作原理：
ICM7218B有两根数据控制线：WRITE和MODE.输入数据线有8根（ID7~ID0），其中高四位是复用位，用于输入命令字和显示数据。
当MODE为高电平，WRITE为低电平时，由数据线ID7~ID0写入命令字。其中，ID7~ID4有意义，低四位可取任意值。当MODE为低电平，WRITE为低电平时，由数据线ID7~ID0写入的是显示数据。显示数据又分为非译码和译码两种状态。
ICM7218B是采用数据串操作方式，即在写显示数据跟随命令（ID7=1）后，用连续的WRITE脉冲把显示数据写入ICM7218B。对5个LED数码显示管的显示数据写完以后，WRITE脉冲将不再起作用，知道另一个新的命令字写入为止。要想单独改变某一个LED数码管显示的内容，也必须对其他数码管显示的数据刷新。也就是说，写入命令字后，紧接着连续写入5个LED数码管的显示数据，写入的顺序为DIGIT1,DIGIT2,DIGIT3...,DIGIT5.当5个数码管的显示数据写完之后，ICM7218B才驱动LED数码显示。在没有写够5组显示数据时，LED全灭。
在数码管上显示“1,2,3···8”8个数字的程序编制如下：
DISPLAY: SETB P1.7 ;MODE=1,写入命令字
MOV A,#90H ；命令字为“后跟显示数据”、
；译码、译码方式、正常工作
MOVX @DPTR,A ；写入命令字
MOV A,#01H ；第1位显示1
CLR P1.7 ；MODE=0
LOOP: MOVX @DPTR,A ；写入显示数据
INC A
CJNE A,#09H,LOOP
RET
将单片机30H~37H单元的8位数据（低4位为BCD码）送到ICM7218B显示的程序如下：
SHOW: SETB P1.7
MOV A,#90H
MOVX @DPTR,A
CLR P1.7
MOV R0,#30H
MOVX @DPTR,A
INC R0
CJNE R0,#38H,LOOP
RET

第3.6节 汽车执行锁定电路

为了防止司机超载上路，危害他人及自己的安全，同时避免道路受损，特别设计了汽车执行锁定电路，传感器将车辆的承载信息进行采集,计算出汽车的载荷，然后判断车辆是否超载，如超载时显示超重信息,同时切断车辆启动电路的电源使车辆无法启动，只有车辆载荷符合规定值时方能启动。
目前国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点式电子点火系统和无触点式电子点火系统两大类，无论是哪一类电子点火系统，都是利用电子元件（晶体三极管）作为开关来接通或断开点火系统的一次电路，通过点火线圈来产生高压电。本文以有触电式电子点火系统为例介绍汽车执行锁定装置。
有触电式电子点火系统用减小触电电流的方法，减小触电火花，改善点火性能。它是一种半导体辅助点火装置，除了与传统点火装置一样具有电源、点火开关、分电器、点火线圈、火花塞之外，它还在点火线圈一次绕组的电路中增加了由三极管VT和电阻、电容等组成的点火控制电路，断电器的触点串联在三极管的基极电路中，控制三极管的导通与截止。接通点火开关S，当断电器触电闭合时，三极管的基极电路被接通，使三极管饱和导通，接通了点火线圈的一次电路。当断电器的触电分开时，三极管的基极电路被切断，三极管由导通变为截止，切断了点火线圈一次绕组的电路，一次电流迅速下降到零，在点火线圈二次绕组中产生高压电，击穿火花塞间隙，点燃混合气。发动机工作时，断电器触电不断的闭合、断开，控制三极管的导通与截止和一次电路的通断，控制点火系统的工作。

图3.16 有触点式电子点火系统的电路原理

对汽车的锁定电路中继电器选用JRX13F型12V直流常闭继电器，其常闭触头接在汽车的点火回路中。当打开启动开关(即点火开关)时，由于P2.5口处于低电平，所以继电器不动作，对汽车正常工作没有影响。当货物重量超过预设值，即超载时,单片机系统向P2.5送高电平,继电器动作，其常闭触头断开，使点火开关S不能吸合，切断汽车的点火回路,驾驶员无法启动汽车发动机。当货物重量在预设值以下时时，单片机系统再次送低电平到P2.5，继电器动作，其常闭触头闭合，汽车又恢复正常的启动，从而有效地限制了汽车的超载行为。

第3.7节 电源电路的设计

对于电源的设计有一些总的规则，但是在实际应用中，还需要根据实际要求灵活的选择电源方案。本设计用到的电源5V主要为集成芯片提供电源。另外，由于车载电源一般为12V，因此我们需要采用稳压电源将12V转换为5V为系统供电。传感器的输出与供电电源的精确程度密切相关，为了更准确、稳定地输出传感器电压信号，我们采用给传感器单独供电，以减少外界的干扰。根据传感器需要，采用5V稳压电源。稳压电源如图3.17所示：

图3.17 稳压电源
第3.8节 系统抗干扰设计

尽管单片机在智能化仪器仪表领域的应用越来越深入和广泛，有效地提高了生产效率，改善了工作条件，大大提高了控制质量与经济效益。但是，通常系统的工作环境往往是比较恶劣和复杂的，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。干扰会导致控制误差加