基于SmaU RTOS51的汽車動態(tài)稱重儀的設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
動態(tài)汽車稱重是汽車以一定的速度經(jīng)過一定寬度的稱重臺面，由稱重臺面測出汽車每個軸的重量，然后累加得出汽車總重。該稱重過程是一個強(qiáng)實時過程，需要單片機(jī)及時采集汽車每個軸的數(shù)據(jù)并快速計算其重量。如果單片機(jī)速度過慢或者程序設(shè)計不合理，就會給儀表帶來穩(wěn)定性和可靠性的問題。當(dāng)前很多智能儀表的軟件采用前/后臺系統(tǒng)設(shè)計，整個應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，后臺程序循環(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)計思路有著明顯的不足。整個應(yīng)用程序是一個有機(jī)的整體，使得實時應(yīng)用程序的設(shè)計和擴(kuò)展困難，時間要求苛刻的事件難以達(dá)到快捷有效的處理，對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題，并使軟件開發(fā)工作變得規(guī)范、容易測試，實現(xiàn)模塊化編程和縮短開發(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。汽車動態(tài)稱重儀就是移植了嵌入式操作系統(tǒng)，在實際應(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
汽車動態(tài)稱重儀主要由數(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、外部存儲器和外部看門狗組成，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)將稱重傳感器檢測到的重量信號放大、濾波，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給CPU；CPU負(fù)責(zé)與各個外設(shè)的通訊和重量信號的分析和處理，并將處理完的重量信號發(fā)送給顯示模塊和通訊模塊；顯示模塊負(fù)責(zé)重量信號的顯示：通訊模塊負(fù)責(zé)將重量信號發(fā)送到上位機(jī)；外部存儲器存放儀表的參數(shù)：按鍵用來設(shè)置和修改儀表參數(shù)；外部看門狗用來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
3．1 數(shù)據(jù)采集模塊
由于稱重儀表需要高精度，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，且具有高動態(tài)范圍和靈活的電源配置選項等優(yōu)點，使得該器件非常適合于動態(tài)稱重。其基準(zhǔn)電壓由專門的基準(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器
微處理器是系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接決定了稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。基于汽車動態(tài)稱重儀對精度和實時性的要求，選用PHILIPS公司的P89C668單片機(jī)。它具有以下特點：
①片內(nèi)帶有8 KB RAM，64 KB Flash存儲器，該存儲器既可并行編程也可串行編程(ISP)，在實際的成型產(chǎn)品中可通過ISP升級用戶程序；②該器件在6個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，是傳統(tǒng)的80C51的2倍；在每個機(jī)器周期，6個時鐘周期下速度高達(dá)20 MHz(相當(dāng)于40 MHz性能)；③該器件有4個8位I／O端口，3個16位定時器／事件計數(shù)器，多中斷源，4個優(yōu)選級，可嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個增強(qiáng)型UART和片內(nèi)振蕩器及時序電路；這些資源為系統(tǒng)的硬件設(shè)計提供足夠的I／O端口，為軟件復(fù)雜功能的實現(xiàn)和未來程序的擴(kuò)展，提供了足夠的程序存儲空間，為重量數(shù)據(jù)的采樣、濾波和稱重算法的實現(xiàn)，提供了足夠的數(shù)據(jù)存儲空間，可采用ISP功能實現(xiàn)產(chǎn)品的軟件升級。
外部存儲器采用ATMEL公司的AT24C512器件，擁有64 KB存儲容量、I2C接口的電可擦除非易失EEPROM存儲器，為設(shè)置和校準(zhǔn)參數(shù)提供存儲空間。
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