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MAX125在動(dòng)態(tài)汽車衡中的應(yīng)用
MAX125在動(dòng)態(tài)汽車衡中的應(yīng)用
為了有效抑制貨車超載，研制了一種新型的動(dòng)態(tài)地磅，高速A/D轉(zhuǎn)換芯片 MAX 125是其中關(guān)鍵組成部分,直接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。
介紹了 M AX125的特點(diǎn)及工作過(guò) 程，以及它在動(dòng)態(tài)地磅中的具體應(yīng)用方法。測(cè)量誤差小于總重靜態(tài)值的士 5%。
0.引言
超載運(yùn)輸使公路、橋梁及其附屬設(shè)施遭遇到 嚴(yán)重?fù)p壞，這也是近年來(lái)惡性交通事故增加的重 要原因之一。
解決這一問(wèn)題的有效方法是廣泛應(yīng) 用動(dòng)態(tài)地磅，即車輛行駛稱重(w eigh i n motion,WIM)系統(tǒng)A /D轉(zhuǎn)換的性能直接影響到 整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度,是動(dòng)態(tài)地磅關(guān)鍵組成部 分,本文對(duì)A/D轉(zhuǎn)換部分MAX125進(jìn)行介紹。
選擇A/D轉(zhuǎn)換器的主要依據(jù)是轉(zhuǎn)換速度和 精度當(dāng)車輛駛過(guò)稱重傳感器時(shí)，所產(chǎn)生的信號(hào)波 形如圖1所示。
假設(shè)車速為40 km/h,那么每只輪 胎通過(guò)稱重傳感器的時(shí)間約為20 ms,在這段時(shí)間 內(nèi)要有效釆樣100- 200個(gè)點(diǎn),考慮數(shù)字濾波的需 要,則要求完成每次A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間應(yīng)在20^s 以內(nèi)。
MAX125單通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間為3^s,可以滿 足要求根據(jù)我國(guó)動(dòng)態(tài)地磅的標(biāo)準(zhǔn)，其準(zhǔn)確 度等級(jí)分為0. 2 0. 5 1 2 5 10六級(jí)，0. 2級(jí)整車 總重量的zui大允許誤差檢定時(shí)為士 0. 1(% , 使用時(shí)為士 0. 20% ,這就要求A/D轉(zhuǎn)換的精度至 少為0.10%。MAX125是14位A/D轉(zhuǎn)換器，精度可達(dá)士 0. 006 2觀。
為此選擇了 M AX IM公司生產(chǎn)的M AX125
1.MAX 125的簡(jiǎn)介
1.1 MAX125的特點(diǎn)
MAX 125是2< 4通道、高速的14位數(shù)據(jù)釆 集芯片。它內(nèi)置有4個(gè)釆樣保持器(T/H),每個(gè) 米樣保持器前各有一個(gè)兩輸入的多路開關(guān)，所有 的多路開關(guān)均由同一邏輯電路控制，所以每次釆 集可以有4個(gè)通道被同時(shí)釆樣。
輸入分為A B兩 組，通過(guò)開關(guān)的切換可以對(duì)8個(gè)通道進(jìn)行釆集每 個(gè)通道的信號(hào)轉(zhuǎn)換需要3^s,當(dāng)輸入只有1個(gè)通道 時(shí)轉(zhuǎn)換速率可達(dá)250 kb/s, 4個(gè)通道全部使用時(shí) 為76 kb /s轉(zhuǎn)換所得的數(shù)值都存儲(chǔ)在RAM中，通 過(guò)雙向的數(shù)據(jù)總線讀出。
MAX125的信號(hào)輸入范 圍是士 5 V,但其zui高過(guò)壓值可達(dá)到士 17 V,由于 各通道相互獨(dú)立,因此任一通道的故障不會(huì)影響 其它通道其供電電源為士 5V,內(nèi)部有2 5V的 參考電壓源,也可外接參考電壓源，其高速的并行 接口可方便地與MCU或DSP相連。
1. 2 MAX125的工作過(guò)程。
圖2所示為是MAX125的工作時(shí)序,其工作 過(guò)程主要分為兩部分，即釆樣方式的設(shè)置和信號(hào) 的釆樣轉(zhuǎn)換。
設(shè)置釆樣方式MAX 125上電工作 后,芯片默認(rèn)的釆樣方式是只釆集A組的第1通 道。
如果釆集其他通道，就要對(duì)釆樣方式進(jìn)行設(shè) 置,以確定釆集的通道數(shù),zui多可以同時(shí)釆樣4個(gè) 通道設(shè)置參數(shù)是通過(guò)引腳At A0寫入的，其格 式如表1所列地址一旦寫入,釆樣方式即被確 定，若要改變已寫入的方式，必須重新寫入新值。
這些操作對(duì)應(yīng)圖中CS和WR為低電平的部分當(dāng) A3寫入‘ 0時(shí)，芯片處于一般工作狀態(tài)，A2-A0的不同組合確定所要釆集的通道;當(dāng)A3寫入‘ 1’ 時(shí),芯片進(jìn)入省電工作狀態(tài),功耗降低,當(dāng)重新寫 入‘ 0時(shí)就返回到一般工作狀態(tài)。
釆樣方式確定后，MAX 125就可以開始釆樣 和轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)，這些操作通過(guò)外部的Convst信 號(hào)的上升沿來(lái)啟動(dòng)。
釆樣保持器在上升沿到來(lái)之 前跟蹤輸入信號(hào);在Convst的上升沿保持輸入電 壓，輸入信號(hào)被釆樣，各通道的轉(zhuǎn)換開始依次連續(xù) 地進(jìn)行每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間為3^s,當(dāng)全部的4 個(gè)通道都需要轉(zhuǎn)換時(shí)，一個(gè)轉(zhuǎn)換周期需要12^s 在此轉(zhuǎn)換完成之前，所有輸入的Convst信號(hào)都將 被忽略當(dāng)zui后一個(gè)通道轉(zhuǎn)換完畢后，INT信號(hào) 產(chǎn)生，其下降沿標(biāo)志著轉(zhuǎn)換過(guò)程的結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果 保存在14位X 4的RAM中。
IN T信號(hào)變?yōu)榈碗?平后，釆樣保持器就返回到跟蹤狀態(tài)，為下一次 的釆樣做準(zhǔn)備。
在讀數(shù)據(jù)的過(guò)程中，第1次的讀操 作使INT信號(hào)變高在讀取轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量 時(shí)，CS RD2個(gè)信號(hào)需要同時(shí)為低電平，每一個(gè) RD信號(hào)對(duì)應(yīng)著一個(gè)通道的數(shù)據(jù)(如圖2所示),4個(gè)連續(xù)的讀脈沖可依次從數(shù)據(jù)總線讀取4個(gè)通道 的數(shù)據(jù)。
2.MAX 125在動(dòng)態(tài)汽車衡中的應(yīng)用
2. 1 MAX125與MCU的硬件接口
由于壓力傳感器的信號(hào)非常微弱，為此選用 數(shù)據(jù)放大器AD623作為前置放大器，它具有功耗 低、精度高、速度快的特點(diǎn),且可單電源供電，通頻 帶寬高達(dá)800 kHz(G= 1),增益G可通過(guò)一個(gè)外 接電阻Rg來(lái)調(diào)節(jié)，Rg用如下公式計(jì)算：Rg二 100 kO /(G- 1)
MAX 125的時(shí)鐘由外部16 MHz有源晶振提 供。MAX 125與MCU的硬件接口電路如圖3所 示，由于MCS51系列單片機(jī)是8位數(shù)據(jù)總線，而 MAX 125是14位A/D轉(zhuǎn)換器,所以需要一片 74HC374鎖存高6位數(shù)據(jù)。
具體連接方法如下:將 MAX 125的輸出信號(hào)D(h D7與MCU的數(shù)據(jù)總 線P0口直接相連，而D8- D13的高6位數(shù)據(jù)是先 接到74HC374再與P0 口直接相連讀取數(shù)據(jù)時(shí)， 先由CSAD信號(hào)選中M AX125,讀取低8位，然后 由CS374信號(hào)選中74HC374,讀取高6位數(shù)據(jù),并 由單片機(jī)拼裝成14位A / D轉(zhuǎn)換結(jié)果因?yàn)樵搫?dòng)態(tài)地磅擴(kuò)展的外圍芯片較多，所以片選信號(hào) CSAD和CS374是由單片機(jī)的地址總線P2 口經(jīng) 138譯碼裝置譯碼后提供，其地址分別是78FFH和 79FFH另外74HC374還負(fù)責(zé)讀取打印機(jī)的 BUSY信號(hào)，此信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換無(wú)關(guān)。
2. 2 MAX125的軟件編程
在動(dòng)態(tài)地磅軟件的初始化部分,應(yīng)該按照 表1完成對(duì)M AX125工作方式的設(shè)置，使A2^ A0 =001,即選用A組兩通道工作模式。
當(dāng)汽車到來(lái) 時(shí),啟動(dòng)M AX 125進(jìn)行A /D轉(zhuǎn)換M AX 125轉(zhuǎn)換結(jié)束后，INT信號(hào)變低，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，在中斷程序中，完成數(shù)據(jù)的讀取并啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換,具 體過(guò)程如圖4所示。
汽車駛過(guò)后,結(jié)束數(shù)據(jù)釆集, 進(jìn)行分析計(jì)算，即可得出其輪荷、軸荷和總質(zhì)量。
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,經(jīng)常有上電死機(jī)的情況發(fā)生, 經(jīng)跟蹤分析,發(fā)現(xiàn)是MAX125的INT信號(hào)上電時(shí) 經(jīng)常不能正確復(fù)位,造成程序無(wú)法正常運(yùn)行。
按廠 家的說(shuō)明,當(dāng)初次上電時(shí)，片內(nèi)部的上電復(fù)位電路 應(yīng)能保證IN T信號(hào)為高電平，使MAX 125處于準(zhǔn) 備轉(zhuǎn)換的狀態(tài),但實(shí)際測(cè)試顯示上電時(shí)INT信號(hào) 復(fù)位不正常的次數(shù)占有相當(dāng)?shù)谋壤鉀Q這個(gè)問(wèn) 題的辦法就是在初始化MAX125的時(shí)候,先讀取 一次MAX125的片上RAM,這樣125的1NT信號(hào) 就會(huì)變?yōu)楦唠娖?，保證電路正常工作。
3.結(jié)論
通過(guò)多次試驗(yàn),我們?cè)O(shè)計(jì)的橡膠油管式動(dòng)態(tài)地磅技術(shù)參數(shù)能達(dá)到：車輛以低于40 km/h的 速度通過(guò)時(shí)，測(cè)量誤差小于總重靜態(tài)值的士 5% , 具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)參見圖5可見MAX12/D轉(zhuǎn)換 器作為WIM系統(tǒng)的關(guān)鍵部分應(yīng)用于橡膠油管式 動(dòng)態(tài)地磅中，取得了較好的效果另外本動(dòng)態(tài)地磅還具有如下特點(diǎn)：重量輕,便于攜帶;LOT漢 字顯示和漢字微型打印機(jī)，操作簡(jiǎn)便，可現(xiàn)場(chǎng)打印 測(cè)量結(jié)果;數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)可以方便地檢索、統(tǒng)計(jì); 配備充電電池,一次充電可連續(xù)工作20 h以上, 具有很好的推廣應(yīng)用前景。