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MAX125在動態(tài)汽車衡中的應用
為了有效抑制貨車超載，研制了種新型的動態(tài)地磅，高速A/D轉(zhuǎn)換芯片 MAX 125是其中關(guān)鍵組成部分,直接影響整個系統(tǒng)的測量精度。介紹了 M AX125的特點及工作過 程，以及它在動態(tài)地磅中的具體應用方法。測量誤差小于總重靜態(tài)值的士 5%。
0.引言
超載運輸使公路、橋梁及其附屬設(shè)施遭遇到 嚴重損壞，這也是近年來惡性交通事故增加的重 要原因之。解決這問題的有效方法是廣泛應 用動態(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 整個系統(tǒng)的測量精度,是動態(tài)地磅關(guān)鍵組成部 分,本文對A/D轉(zhuǎn)換部分MAX125進行介紹。
選擇A/D轉(zhuǎn)換器的主要依據(jù)是轉(zhuǎn)換速度和 精度當車輛駛過稱重傳感器時，所產(chǎn)生的信號波 形如圖1所示。假設(shè)車速為40 km/h,那么每只輪 胎通過稱重傳感器的時間約為20 ms,在這段時間 內(nèi)要有效釆樣100- 200個點,考慮數(shù)字濾波的需 要,則要求完成每次A/D轉(zhuǎn)換的時間應在20^s 以內(nèi)。MAX125單通道的轉(zhuǎn)換時間為3^s,可以滿 足要求根據(jù)我國動態(tài)地磅的標準，其準確 度等分為0. 2 0. 5 1 2 5 10六，0. 2整車 總重量的大允許誤差檢定時為士 0. 1(% , 使用時為士 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的簡介
1.1 MAX125的特點
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個釆樣保持器(T/H),每個 米樣保持器前各有個兩輸入的多路開關(guān)，所有 的多路開關(guān)均由同邏輯電路控制，所以每次釆 集可以有4個通道被同時釆樣。輸入分為A B兩 組，通過開關(guān)的切換可以對8個通道進行釆集每 個通道的信號轉(zhuǎn)換需要3^s,當輸入只有1個通道 時轉(zhuǎn)換速率可達250 kb/s, 4個通道全部使用時 為76 kb /s轉(zhuǎn)換所得的數(shù)值都存儲在RAM中，通 過雙向的數(shù)據(jù)總線讀出。MAX125的信號輸入范 圍是士 5 V,但其高過壓值可達到士 17 V,由于 各通道相互立,因此任通道的故障不會影響 其它通道其電電源為士 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的工作過程。
圖2所示為是MAX125的工作時序,其工作 過程主要分為兩部分，即釆樣方式的設(shè)置和信號 的釆樣轉(zhuǎn)換。設(shè)置釆樣方式MAX 125上電工作 后,芯片默認的釆樣方式是只釆集A組的第1通 道。如果釆集其他通道，就要對釆樣方式進行設(shè) 置,以確定釆集的通道數(shù),多可以同時釆樣4個 通道設(shè)置參數(shù)是通過引腳At A0寫入的，其格 式如表1所列地址旦寫入,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。 這些操作對應圖中CS和WR為低電平的部分當 A3寫入‘ 0時，芯片處于般工作狀態(tài)，A2-A0的不同組合確定所要釆集的通道;當A3寫入‘ 1’ 時,芯片進入省電工作狀態(tài),功耗降低,當重新寫 入‘ 0時就返回到般工作狀態(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，這些操作通過外部的Convst信 號的上升沿來啟動。釆樣保持器在上升沿到來之 前跟蹤輸入信號;在Convst的上升沿保持輸入電 壓，輸入信號被釆樣，各通道的轉(zhuǎn)換開始依次連續(xù) 地進行每個通道的轉(zhuǎn)換時間為3^s,當全部的4 個通道都需要轉(zhuǎn)換時，個轉(zhuǎn)換周期需要12^s 在此轉(zhuǎn)換完成之前，所有輸入的Convst信號都將 被忽略當后個通道轉(zhuǎn)換完畢后，INT信號 產(chǎn)生，其下降沿標志著轉(zhuǎn)換過程的結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果 保存在14位X 4的RAM中。IN T信號變?yōu)榈碗?平后，釆樣保持器就返回到跟蹤狀態(tài)，為下次 的釆樣做準備。在讀數(shù)據(jù)的過程中，第1次的讀操 作使INT信號變高在讀取轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量 時，CS RD2個信號需要同時為低電平，每個 RD信號對應著個通道的數(shù)據(jù)(如圖2所示),4個連續(xù)的讀脈沖可依次從數(shù)據(jù)總線讀取4個通道 的數(shù)據(jù)。
2.MAX 125在動態(tài)地磅中的應用
2. 1 MAX125與MCU的硬件接口
由于壓力傳感器的信號非常微弱，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,且可單電源電，通頻 帶寬高達800 kHz(G= 1),增益G可通過個外 接電阻Rg來調(diào)節(jié)，Rg用如下公式計算：Rg二 100 kO /(G- 1)
MAX 125的時鐘由外部16 MHz有源晶振提 。MAX 125與MCU的硬件接口電路如圖3所 示，由于MCS51系列單片機是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， 先由CSAD信號選中M AX125,讀取低8位，然后 由CS374信號選中74HC374,讀取高6位數(shù)據(jù),并 由單片機拼裝成14位A / D轉(zhuǎn)換結(jié)果因為該動態(tài)地磅擴展的外圍芯片較多，所以片選信號 CSAD和CS374是由單片機的地址總線P2 口經(jīng) 138譯碼裝置譯碼后提，其地址分別是78FFH和 79FFH另外74HC374還負責讀取打印機的 BUSY信號，此信號與A/D轉(zhuǎn)換無關(guān)。
2. 2 MAX125的軟件編程
在動態(tài)地磅軟件的初始化部分,應該按照 表1完成對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。當汽車到來 時,啟動M AX 125進行A /D轉(zhuǎn)換M AX 125轉(zhuǎn)換結(jié)束后，INT信號變低，向單片機申請中斷，在中斷程序中，完成數(shù)據(jù)的讀取并啟動下次轉(zhuǎn)換,具 體過程如圖4所示。汽車駛過后,結(jié)束數(shù)據(jù)釆集, 進行分析計算，即可得出其輪荷、軸荷和總質(zhì)量。 在實際運行過程中,經(jīng)常有上電死機的情況發(fā)生, 經(jīng)跟蹤分析,發(fā)現(xiàn)是MAX125的INT信號上電時 經(jīng)常不能正確復位,造成程序無法正常運行。按廠 家的說明,當初次上電時，片內(nèi)部的上電復位電路 應能保證IN T信號為高電平，使MAX 125處于準 備轉(zhuǎn)換的狀態(tài),但實際測試顯示上電時INT信號 復位不正常的次數(shù)占有相當?shù)谋壤鉀Q這個問 題的辦法就是在初始化MAX125的時候,先讀取 次MAX125的片上RAM,這樣125的1NT信號 就會變?yōu)楦唠娖剑ＷC電路正常工作。
3.結(jié)論
通過多次試驗,我們設(shè)計的橡膠油管式動態(tài)地磅技術(shù)參數(shù)能達到：車輛以低于40 km/h的 速度通過時，測量誤差小于總重靜態(tài)值的士 5% , 具體試驗數(shù)據(jù)參見圖5可見MAX12/D轉(zhuǎn)換 器作為WIM系統(tǒng)的關(guān)鍵部分應用于橡膠油管式 動態(tài)地磅中，取得了較好的效果另外本動態(tài)地磅還具有如下特點：重量輕,便于攜帶;LOT漢 字顯示和漢字微型打印機，操作簡便，可現(xiàn)場打印 測量結(jié)果;數(shù)據(jù)自動存儲可以方便地檢索、統(tǒng)計; 配備充電電池,次充電可連續(xù)工作20 h以上, 具有很好的推廣應用前景。
