基于SmaU RTOS51的汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀的設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
動(dòng)態(tài)汽車(chē)稱(chēng)重是汽車(chē)以一定的速度經(jīng)過(guò)一定寬度的稱(chēng)重臺(tái)面，由稱(chēng)重臺(tái)面測(cè)出汽車(chē)每個(gè)軸的重量，然后累加得出汽車(chē)總重。該稱(chēng)重過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)過(guò)程，需要單片機(jī)及時(shí)采集汽車(chē)每個(gè)軸的數(shù)據(jù)并快速計(jì)算其重量。如果單片機(jī)速度過(guò)慢或者程序設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)給儀表帶來(lái)穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題。當(dāng)前很多智能儀表的軟件采用前/后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，整個(gè)應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，后臺(tái)程序循環(huán)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，中斷服務(wù)程序處理異步事件。這種傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)思路有著明顯的不足。整個(gè)應(yīng)用程序是一個(gè)有機(jī)的整體，使得實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展困難，時(shí)間要求苛刻的事件難以達(dá)到快捷有效的處理，對(duì)事件的串行處理使得資源得不到很好的利用。在智能儀表中移植嵌入式操作系統(tǒng)能較好的解決以上問(wèn)題，并使軟件開(kāi)發(fā)工作變得規(guī)范、容易測(cè)試，實(shí)現(xiàn)模塊化編程和縮短開(kāi)發(fā)周期。當(dāng)然RTOS本身需要占用一定的資源，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，器件的性能不斷上升、成本不斷下降，使得RTOS所消耗的成本不再重要。汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀就是移植了嵌入式操作系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。
2 系統(tǒng)總體方案
汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、外部存儲(chǔ)器和外部看門(mén)狗組成，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)將稱(chēng)重傳感器檢測(cè)到的重量信號(hào)放大、濾波，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給CPU；CPU負(fù)責(zé)與各個(gè)外設(shè)的通訊和重量信號(hào)的分析和處理，并將處理完的重量信號(hào)發(fā)送給顯示模塊和通訊模塊；顯示模塊負(fù)責(zé)重量信號(hào)的顯示：通訊模塊負(fù)責(zé)將重量信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)；外部存儲(chǔ)器存放儀表的參數(shù)：按鍵用來(lái)設(shè)置和修改儀表參數(shù)；外部看門(mén)狗用來(lái)提高儀表的抗干擾能力，增強(qiáng)儀表的穩(wěn)定性。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
3．1 數(shù)據(jù)采集模塊
由于稱(chēng)重儀表需要高精度，采用外接A／D轉(zhuǎn)換器，選用CS5532。該器件是美國(guó)Cirrus Logic公司推出的一種具有極低噪音的多通道型模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器，由于其采用電荷平衡技術(shù)和極低噪聲的可編程增益斬波穩(wěn)定測(cè)量放大器，內(nèi)部集成了放大和濾波功能，可得到高達(dá)24位分辨率的輸出結(jié)果，且具有高動(dòng)態(tài)范圍和靈活的電源配置選項(xiàng)等優(yōu)點(diǎn)，使得該器件非常適合于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重。其基準(zhǔn)電壓由專(zhuān)門(mén)的基準(zhǔn)電壓器件AD780提供。電路如圖2所示。
3．2 微處理器和外部存儲(chǔ)器
微處理器是系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接決定了稱(chēng)重系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性?；谄?chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀對(duì)精度和實(shí)時(shí)性的要求，選用PHILIPS公司的P89C668單片機(jī)。它具有以下特點(diǎn)：
①片內(nèi)帶有8 KB RAM，64 KB Flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器既可并行編程也可串行編程(ISP)，在實(shí)際的成型產(chǎn)品中可通過(guò)ISP升級(jí)用戶(hù)程序；②該器件在6個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，是傳統(tǒng)的80C51的2倍；在每個(gè)機(jī)器周期，6個(gè)時(shí)鐘周期下速度高達(dá)20 MHz(相當(dāng)于40 MHz性能)；③該器件有4個(gè)8位I／O端口，3個(gè)16位定時(shí)器／事件計(jì)數(shù)器，多中斷源，4個(gè)優(yōu)選級(jí)，可嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)增強(qiáng)型UART和片內(nèi)振蕩器及時(shí)序電路；這些資源為系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)提供足夠的I／O端口，為軟件復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)和未來(lái)程序的擴(kuò)展，提供了足夠的程序存儲(chǔ)空間，為重量數(shù)據(jù)的采樣、濾波和稱(chēng)重算法的實(shí)現(xiàn)，提供了足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，可采用ISP功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的軟件升級(jí)。
外部存儲(chǔ)器采用ATMEL公司的AT24C512器件，擁有64 KB存儲(chǔ)容量、I2C接口的電可擦除非易失EEPROM存儲(chǔ)器，為設(shè)置和校準(zhǔn)參數(shù)提供存儲(chǔ)空間。
評(píng)論