智能汽车超载报警.docx

智能汽车超载报警器课程设计设计要求采用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。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：报警器MCS51系列单片机A/D转换放大器传感器硬件原理图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 =16300 kg/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。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