1 引言
    　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友酱，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(shí)時過程送县，需要單片機(jī)及時采集汽車每個軸的數(shù)據(jù)并快速計(jì)算其重量。如果單片機(jī)速度過慢或者程序設(shè)計(jì)不合理嫡服，就會給儀表帶來穩(wěn)定性和可靠性的問題桌偎。當(dāng)前很多智能儀表的軟件采用前/后臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)，整個應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)伴竹，后臺程序循環(huán)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作徊岂，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报叁。整個應(yīng)用程序是一個有機(jī)的整體田漓，使得實(shí)時應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展困難，時間要求苛刻的事件難以達(dá)到快捷有效的處理付找，對事件的串行處理使得資源得不到很好的利用歧胃。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)范艰争、容易測試坏瞄，實(shí)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甩卓，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展鸠匀，器件的性能不斷上升、成本不斷下降逾柿，使得RTOS所消耗的成本不再重要缀棍。汽車動態(tài)稱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)定性和可靠性鹿寻。

2 系統(tǒng)總體方案
   　 汽車動態(tài)稱重儀主要由數(shù)據(jù)采集模塊睦柴、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊毡熏、數(shù)據(jù)通訊模塊坦敌、外部存儲器和外部看門狗組成，如圖1所示痢法。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狱窘、濾波，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給CPU财搁；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愈饲，并將處理完的重量信號發(fā)送給顯示模塊和通訊模塊卿才；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)碴纺；外部看門狗用來提高儀表的抗干擾能力本博，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
    　由于稱重儀表需要高精度仇习，采用外接A／D轉(zhuǎn)換器何大，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)換器梆载，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)定測量放大器摇蝗，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)果撵刷，且具有高動態(tài)范圍和靈活的電源配置選項(xiàng)等優(yōu)點(diǎn)裆蛆，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提供褐袒。電路如圖2所示啼术。

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)確性隆檀、穩(wěn)定性和可靠性摇天〈馀龋基于汽車動態(tài)稱重儀對精度和實(shí)時性的要求恐仑，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为鳄，64 KB Flash存儲器裳仆，該存儲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ISP升級用戶程序孤钦；②該器件在6個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令歧斟，是傳統(tǒng)的80C51的2倍；在每個機(jī)器周期偏形，6個時鐘周期下速度高達(dá)20 MHz(相當(dāng)于40 MHz性能)静袖；③該器件有4個8位I／O端口，3個16位定時器／事件計(jì)數(shù)器俊扭，多中斷源队橙，4個優(yōu)選級，可嵌套中斷結(jié)構(gòu)贝泞，一個增強(qiáng)型UART和片內(nèi)振蕩器及時序電路淮辕；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)和未來程序的擴(kuò)展牡罚，提供了足夠的程序存儲空間俯炮，為重量數(shù)據(jù)的采樣冬溯、濾波和稱重算法的實(shí)現(xiàn)，提供了足夠的數(shù)據(jù)存儲空間敦浅，可采用ISP功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的軟件升級录教。 
   　 外部存儲器采用ATMEL公司的AT24C512器件，擁有64 KB存儲容量赛琢、I2C接口的電可擦除非易失EEPROM存儲器百涕，為設(shè)置和校準(zhǔn)參數(shù)提供存儲空間。3．3 顯示和通訊模塊
   　 顯示驅(qū)動采用SN74HC595茂禁，是一款串行輸入并行輸出的移位寄存器斩角，僅需3根I／O端口線即可控制6個數(shù)碼管和8個發(fā)光二極管，極大節(jié)省了單片機(jī)的資源瞻窗，電路如圖3所示伶丐。

    　通訊模塊采用MAX232，并采取光隔離設(shè)計(jì)疯特，以提高儀表的抗干擾能力哗魂，如圖4所示。

3．4 按鍵和外部看門狗電路
   　 鍵盤采用典型的4x4矩陣薄膜按鍵鍵盤漓雅，用來設(shè)置儀表參數(shù)录别。為了提高儀表的抗干擾能力，增強(qiáng)儀表的穩(wěn)定性邻吞，采用外部看門狗復(fù)位電路组题。選用的器件是MAX813，電路如圖5所示抱冷。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4．1 Small RTOS51簡介
    　Small RTOS5l是一個專門為5l系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)時操作內(nèi)核崔列，使用Keil編譯器可以直接使用其代碼，其特點(diǎn)：①公開源代碼旺遮。只要遵循許可協(xié)議赵讯，任何人可以免費(fèi)獲得源代碼，便于用戶的二次開發(fā)耿眉。②可移植性边翼。用戶可以把與CPU有關(guān)的控制指令壓縮到最小〗希可以使用ANSIC編寫應(yīng)用程序徽七，不僅簡化了編程手段，而且便于程序移植夸营。⑧可固化性敞灸。Small RTOS51為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以嵌入到產(chǎn)品中，成為產(chǎn)品的一部分区酷。④占先式運(yùn)行掘鱼。Small RT0S51可以管理16個用戶任務(wù)，每個任務(wù)可以設(shè)置不同的優(yōu)先級丛幌。Small RTOS5l總是運(yùn)行優(yōu)先級最高的任務(wù)鸣拦。⑤中斷管理。采用中斷管理方式．當(dāng)有更高級的中斷申請時懒碍，將目前正在執(zhí)行的任務(wù)掛起葱妒。如果優(yōu)先級更高的任務(wù)被中斷喚醒，則高優(yōu)先級的任務(wù)在中斷嵌套結(jié)束后立刻執(zhí)行缝驳。中斷嵌套層數(shù)可達(dá)255層连锯。若需要，可以禁止中斷的嵌套管理用狱。⑥RAM需求小运怖。SmallRTOS51為小RAM的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因而對RAM的需求只有幾百字節(jié)夏伊，相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)也少摇展。
4．2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
    　按照儀表所要實(shí)現(xiàn)的功能，將整個系統(tǒng)劃分為多個并行的任務(wù)溺忧，占先式操作內(nèi)核對任務(wù)的調(diào)度是按照任務(wù)優(yōu)先權(quán)的高低進(jìn)行咏连。這里將系統(tǒng)劃分為8個任務(wù)，按其優(yōu)先級從高到低的順序排序鲁森。用操作系統(tǒng)提供的任務(wù)建立函數(shù)OS一TaskCreate來實(shí)現(xiàn)祟滴。
  　  (1)Task_AD負(fù)責(zé)接收A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，即信號的采樣刀森，并判斷是否為汽車軸重?cái)?shù)據(jù)踱启，若是就保存。通過中斷服務(wù)程序接收A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)研底，讀取完成會發(fā)一個信號量AD_Sem，Task_AD任務(wù)接收到AD_Sem信號量后開始判斷是否保存數(shù)據(jù)迄帘。如果任務(wù)檢測到一個軸完整通過稱臺修扁，就發(fā)送相應(yīng)軸的消息到數(shù)據(jù)處理任務(wù)。
  　  (2)Task_Identify負(fù)責(zé)識別汽車的軸型和汽車是否完全通過稱臺榔况。根據(jù)國家規(guī)定峡逆，不同軸型的汽車限載不同，所以動態(tài)稱重時钩榄，儀表要自動識別汽車軸型念弧，然后根據(jù)該軸型汽車的限重判斷其是否超載。該任務(wù)還通過掃描車輛分離器的信號，識別車輛是否完全通過稱重臺面依播。若識別到車輛完全通過稱臺口愁，就發(fā)送End_Sem信號量。
   　 (3)Task_Comm_Rece負(fù)責(zé)接收來自上位機(jī)的命令和回應(yīng)儀表的發(fā)送請求娱必。儀表通過上位機(jī)發(fā)來的不同命令執(zhí)行相應(yīng)的操作鸿挠。
    　(4)Task_Key負(fù)責(zé)按鍵的掃描和識別。
   　 (5)Task_Data負(fù)責(zé)稱重?cái)?shù)據(jù)的處理姻蚓。當(dāng)該任務(wù)接收到來自Task_AD任務(wù)發(fā)送的軸信息后宋梧，開始處理該軸的數(shù)據(jù)。通過稱重算法計(jì)算出該軸的重量狰挡。并將重量以信息的方式發(fā)送給Task_Display任務(wù)捂龄。
    　(6)Task_Display負(fù)責(zé)顯示重量和參數(shù)。該任務(wù)接收到數(shù)據(jù)處理發(fā)來的信息加叁，將顯示該軸的重量跺讯，如果儀表檢測到汽車已完全通過稱臺，顯示汽車總重殉农。如果Task_Key任務(wù)掃描到參數(shù)鍵按下時刀脏，切換到參數(shù)顯示狀態(tài)。
   　 (7)Task_End負(fù)責(zé)汽車完全通過稱臺后的一系列處理工作超凳，包括總重累加愈污，軸組重量統(tǒng)計(jì)，軸型統(tǒng)計(jì)轮傍。處理完后向數(shù)據(jù)通訊信息隊(duì)列發(fā)送信息暂雹，通知數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)向上位機(jī)發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。
   　 (8)Task_Comm_Send負(fù)責(zé)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)抱典，當(dāng)該任務(wù)接收到通訊消息后衔耕，根據(jù)不同的信息值向上位機(jī)發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，例如绵另，若汽車正向通過稱重臺面悬鲜，則通訊信息值為1，Task_Comm_Send接收到該消息后會向上位機(jī)發(fā)送車輛的重量信息和軸型信息姨莽。若汽車反向通過稱重臺面厉源，則通訊信息值為0，Task_Comm_Send接收到該信息會向上位機(jī)發(fā)送車輛的倒車信息仲侈。

5 結(jié)語
   　 以嵌入式操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺能夠提高效率豆蝠，避免傳統(tǒng)開發(fā)中復(fù)雜的循環(huán)和判斷結(jié)構(gòu)，降低了程序維護(hù)的難度秆惑。通過合理的任務(wù)劃分可以滿足系統(tǒng)的實(shí)時性赛羡、可靠性衍止、精確性的要求〈首＃　

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