1、市交通局超限超載檢測(cè)站機(jī)電工程技術(shù)方案目錄目錄2第一章 概述31.1背景介紹31.2超限運(yùn)輸?shù)膰?yán)重危害性41.2.1嚴(yán)重?fù)p壞路面41.2.2嚴(yán)重?fù)p壞橋梁41.2.3危及行車安全41.3超限運(yùn)輸管理的有效方法51.4動(dòng)態(tài)稱重的定義51.5國(guó)際動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的發(fā)展51.6目前動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)所存在的問題61.7動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)61.7.1系統(tǒng)應(yīng)該具有的特性：61.8設(shè)備配置71.9目前市場(chǎng)上稱重設(shè)備客觀比較：71.10本文所做的工作8第二章 動(dòng)態(tài)稱重模型與自動(dòng)控制系統(tǒng)92.1概念的提出92.2建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型92.3稱量模型的推導(dǎo)102.4系統(tǒng)參數(shù)的確立112.5根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，來確定系統(tǒng)的階數(shù)

2、12第三章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)143.1硬件關(guān)系143.2軟件關(guān)系153.2.1軟件部分153.2.2系統(tǒng)的軟件關(guān)系如圖3.3所示。153.3稱重系統(tǒng)功能163.3.1本稱重系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)173.3.2主要功能173.4攝像監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成183.5整個(gè)計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)183.5.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方案183.5.2數(shù)據(jù)處理與軟件設(shè)計(jì)方法203.6改進(jìn)措施21第四章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)224.1傳感器的選擇224.1.1稱重傳感器的分類224.1.2 目前動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)中沿用的傳感器234.2穩(wěn)壓電路模塊244.2.1直流穩(wěn)壓電源的組成244.2.2穩(wěn)壓電路方案的選擇254.2.3電路的設(shè)計(jì)254.3處理器的選

3、擇264.3.1方案的設(shè)計(jì)：274.3.2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)274.4信號(hào)的放大284.4.1放大電路的性能指標(biāo)284.4.2 信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)方案284.4.3信號(hào)放大電路的改進(jìn)方案294.5濾波模塊的設(shè)計(jì)304.5.1濾波電路的概要304.5.2在一階RC低通濾波電路314.5.3在二階RC低通濾波電路314.6數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊324.6.1A/D轉(zhuǎn)換器的分類324.6.2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)334.6.3 AD7884芯片的性能334.6.4 AD7884 在動(dòng)態(tài)電子稱重系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用344.6.5抗干擾的措施354.6.6 采樣保持電路364.7 鍵盤輸入模塊的選擇374.7.

4、1 鍵盤的工作類型374.7.2 8279控制芯片的資料374.7.3 鍵盤的工作方式有兩種：374.7.4 鍵盤掃描過程中有可能存在的問題374.8 UPS電源模塊384.8.1UPS的發(fā)展概況384.8.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理38第五章 軟件的的設(shè)計(jì)395.1軟件系統(tǒng)的組成及工作方式395.2軟件的設(shè)計(jì)思想405.3具體各個(gè)軟件模塊部分的實(shí)現(xiàn)415.3.1門限判定子程序模塊415.3.2數(shù)據(jù)的采集模塊425.3.3數(shù)字濾波模塊455.3.4動(dòng)態(tài)稱重管理系統(tǒng)軟件模塊47第六章 系統(tǒng)的抗干擾探討516.1控制器硬件上的抗干擾設(shè)計(jì)516.1.1 PCB的可靠性的設(shè)計(jì)516.1.2傳感器外部噪聲干擾

5、的抑制526.2控制器軟件上的抗干擾設(shè)計(jì)52第七章總結(jié)和展望537.1總結(jié)547.2建議與展望54第一章 概述 1.1背景介紹 近年來，我國(guó)公路超重運(yùn)輸現(xiàn)象也十分普遍和嚴(yán)重，貨運(yùn)部門企圖通過改裝車身、后橋和輪胎來大幅度提高貨車的載重能力，使運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)效益得到較大的提高，但是這也帶來了一系列不利的影響。 1950年，美國(guó)各州公路者協(xié)會(huì)經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，提出了反映汽車軸載重量與公路路面之間關(guān)系的著名的“四次方法則”，就是載荷增大到原載荷的2倍，公路路面損壞增大原來的16倍左右。這表明：首先，重車引起的道路的損壞比輕車大得多，單軸載的增加引起路面損壞程度加大。其次，如果不了解路面承受的軸載，路面的設(shè)計(jì)

6、參數(shù)不符合實(shí)際，路面的壽命就遠(yuǎn)達(dá)不到要求的使用年限；已設(shè)計(jì)的路面沒能達(dá)到預(yù)期的使用年限，也是因?yàn)槁访媸艿搅诉h(yuǎn)設(shè)計(jì)沒有考慮的某些外力的作用。軸載重量和總質(zhì)量的增加勢(shì)必增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，這同時(shí)也將產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音、振動(dòng)、空氣污染等一系列環(huán)境問題，這樣雖然運(yùn)輸部門的經(jīng)濟(jì)效益提高了，但是社會(huì)整體綜合效益并得不到提高。1.2超限運(yùn)輸?shù)膰?yán)重危害性1.2.1嚴(yán)重?fù)p壞路面 超限運(yùn)輸對(duì)路面造成破壞實(shí)際上是軸載質(zhì)量對(duì)路面的一種重復(fù)的疲勞作用。當(dāng)軸載質(zhì)量增大后,公路路面在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)能夠承受的彈性變形次數(shù)大為減少, 超限運(yùn)輸直接影響路面使用期的長(zhǎng)短。近幾年, 由于運(yùn)輸者片面追求自身利益,公路上超限車輛尤為普遍,超載

7、噸位往往超過標(biāo)準(zhǔn)軸載的60100%之多。當(dāng)有超載車輛頻繁通過時(shí), 低等級(jí)路面甚至在很短時(shí)期內(nèi)遭到破壞。1.2.2嚴(yán)重?fù)p壞橋梁 車輛嚴(yán)重超限, 即使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高的水泥混凝土橋梁也不能避免橋梁撓度增大, 水泥混凝土過早開裂,逐步引起鋼筋銹蝕, 縮短橋梁壽命, 在橋梁的薄弱環(huán)節(jié)如伸縮縫接口的鋼材焊口開焊破壞、橋頭填土下沉產(chǎn)生橋頭跳車, 70 年代以前修建的標(biāo)準(zhǔn)偏低的橋梁與橋齡較長(zhǎng)的舊橋更容易出現(xiàn)問題。1.2.3危及行車安全 車輛嚴(yán)重超限, 易出現(xiàn)交通事故, 如輪胎放炮、主軸斷裂、剎車失靈、車輛前重后輕、駕駛不穩(wěn)等問題, 極易造成交通事故, 這也是近年來惡性交通事故增加的重要的原因之一。1.3超限運(yùn)輸

8、管理的有效方法超限運(yùn)輸車輛行駛公路是一個(gè)普遍存在的問題,不少公路路面使用初期即發(fā)生嚴(yán)重破壞, 其原因主要是車輛嚴(yán)重超限。如何控制超限運(yùn)輸車輛, 加強(qiáng)超限運(yùn)輸車輛管理工作, 是擺在公路管理部門面前的一個(gè)重要課題, 長(zhǎng)期以來路政管理部門和路政管理人員在對(duì)超限運(yùn)輸車輛進(jìn)行管理時(shí), 對(duì)于車輛軸載質(zhì)量分配的技術(shù)參數(shù)無法獲得, 只能從運(yùn)單及行駛證上查出貨物重量和車輛自重、載重, 而不能確定軸載質(zhì)量的超限值; 利用估算、丈量的辦法誤差又較大, 缺乏執(zhí)法的科學(xué)性, 使超限運(yùn)輸管理工作受到很大影響。這種情況迫使公路交通部門了解當(dāng)前公路行駛車輛的車型的組成、軸載譜和超重程度，分析超重車輛對(duì)路面損壞的影響程度，以便

9、估算公路交通部門需為此增加的建設(shè)投資，并制訂相應(yīng)的管理措施和管理法規(guī)，同時(shí)為公路的運(yùn)營(yíng)部門按車重收費(fèi)提供有效的技術(shù)手段。2002年12月13日中華人民共和國(guó)交通部2號(hào)令超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定第二十八條規(guī)定“超限運(yùn)輸車輛行駛公路賠（補(bǔ)）償費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)由各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）人民政府交通主管部門會(huì)同同級(jí)財(cái)政、物價(jià)主管部門制定。為了在收費(fèi)站實(shí)現(xiàn)計(jì)重收費(fèi)功能，在每條車道各設(shè)置一臺(tái)收費(fèi)車道低速高精度稱重系統(tǒng)，向收費(fèi)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)傳輸軸型、單軸重量、聯(lián)軸重量、聯(lián)軸數(shù)量、每軸的胎數(shù)（單/雙胎）、軸距、總重等信息，由收費(fèi)車道計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)重收費(fèi)功能。1.4動(dòng)態(tài)稱重的定義隨著工業(yè)生產(chǎn)和商貿(mào)的不斷發(fā)展也生

10、產(chǎn)了對(duì)公路車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重越來越多的要求。在進(jìn)行研究之前首先明確一下公路動(dòng)態(tài)稱重（Weigh-in-Motion簡(jiǎn)稱WIM）系統(tǒng)工程的確定義是必要的。公路動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的確定義：動(dòng)態(tài)稱重是測(cè)量行駛車輛的動(dòng)態(tài)輪胎受力并計(jì)算相應(yīng)的靜態(tài)車輛重量的過程：一個(gè)公路動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)是不是一套傳感器和者支持儀器，用來測(cè)量在特定地點(diǎn)特定時(shí)間，一輛行駛車輛的出現(xiàn)以及動(dòng)態(tài)輪胎受力，計(jì)算車輛的重量、車速、軸距、車輛類型以及車輛的有關(guān)參數(shù)并且處理顯示和存儲(chǔ)這些信息。1.5國(guó)際動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的發(fā)展鑒于上述情況世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家都很重視動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研究，幾個(gè)主要的國(guó)家有：美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、南非等。1968年，南非取得了

11、第一個(gè)電容式WIM（動(dòng)態(tài)稱重）傳感器專利。西德的PAT公司也罷在這一年開始了平板式動(dòng)態(tài) 稱重系統(tǒng)的研究。1974年，美國(guó)首次在車輛負(fù)荷研究成果中使用了WIM（動(dòng)態(tài)稱重）系統(tǒng)；同年，法國(guó)取得了一項(xiàng)壓電纜動(dòng)態(tài)稱重器的專利。1982年，美國(guó)的STREETRE、英國(guó)的GOLDENRIVER公司在南非研究的基礎(chǔ)上，采用了先進(jìn)的電子技術(shù)，使得性能大大的提高。1983年，VIBRACOAX動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)首次在法國(guó)投入使用。同時(shí)PVDF壓電材料作動(dòng)態(tài)稱重的研究在美國(guó)使用開始。這一年九月，美國(guó)聯(lián)邦公路管理總署提議研究“低成本動(dòng)態(tài)車輛稱重系統(tǒng)；。1988年，英國(guó)研制了一種性能優(yōu)越的新型稱重電傳感器。1994年，在中

12、國(guó)舉行的“國(guó)際交通自動(dòng)化技術(shù)會(huì)議“上，德國(guó)展示了采用平板傳感器的SAM100動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)及其在自動(dòng)收費(fèi)站的應(yīng)用。由于WIM用途的各異，目前的國(guó)外產(chǎn)品的單軸稱重可以優(yōu)于5.030%不等，相應(yīng)的置信度為90%或95%，最好的WIM 系統(tǒng)單軸載重誤差可以優(yōu)于5.0，但成本昂貴而且僅僅適應(yīng)于低速的場(chǎng)合。對(duì)于大量用于載軸調(diào)查的稱重系統(tǒng)的誤差一般控制在15%到25%之內(nèi)，置信度為90%。1.6目前動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)所存在的問題 目前，各種性能的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)在美國(guó)以及世界各地區(qū)使用，其價(jià)格差異很大，所得到的精度基本與價(jià)格成正比。各國(guó)政府都在尋求一種性價(jià)比比較高的產(chǎn)品。綜上所述，現(xiàn)行的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的研究，

13、仍然沒有取得令人滿意的進(jìn)展。究其原因，可以發(fā)現(xiàn)以往的研究存在著以下的不足之處：對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)負(fù)載所產(chǎn)生的干擾缺乏完整的分析，以往的研究主要致力于結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、傳感器的設(shè)計(jì)等硬件方面，使其動(dòng)態(tài)的性能更加的完善；但稱重精度沒有得到大幅度的提高。對(duì)稱重的計(jì)算方法缺乏深入的研究。缺乏對(duì)車輛動(dòng)態(tài)干擾的抑制方法的研究。缺乏對(duì)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)理論的研究，至今動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仍然沿用的是靜態(tài)稱重的設(shè)計(jì)思路。1.7動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 動(dòng)態(tài)稱重是測(cè)量行駛的動(dòng)態(tài)車輛輪胎受力, 并計(jì)算相應(yīng)靜態(tài)車輛重量的過程, 一個(gè)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)主要由傳感器和支持儀表及輪軸判別設(shè)備構(gòu)成, 用來測(cè)量在特定地點(diǎn)、特定時(shí)間行駛車輛的輪胎受力, 計(jì)算車輛的

14、軸重, 正確判別軸數(shù), 輪胎個(gè)數(shù)等有關(guān)參數(shù), 并處理顯示、打印和存儲(chǔ)這些信息, 從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、不停車計(jì)量。系統(tǒng)應(yīng)該具有的特性：動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的專業(yè)性和實(shí)用性, 突出表現(xiàn)在:1）實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)輪胎識(shí)別、軸數(shù)識(shí)別;2）動(dòng)態(tài)車輛動(dòng)態(tài)重量稱量;3）快速快速數(shù)據(jù)分析及處理;4）自動(dòng)自動(dòng)分析處理、自動(dòng)打印、自動(dòng)存儲(chǔ);充分利用計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)采集、分析、處理、存儲(chǔ)、管理等方面的潛力和作用并為將來連網(wǎng)預(yù)留軟硬件基礎(chǔ)。1.8設(shè)備配置動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由車輛識(shí)別儀、動(dòng)態(tài)軸重儀、車型分類儀和稱重控制器組成。車輛識(shí)別儀、動(dòng)態(tài)軸重儀和車型分類儀安裝在車道，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集；稱重控制器安裝在收費(fèi)亭內(nèi)或收費(fèi)島上，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)并采集上

15、述儀器的信號(hào)，進(jìn)行必要的處理后，將稱重結(jié)果通過標(biāo)準(zhǔn)接口（RS232/422/485）輸出至車道控制機(jī)。當(dāng)車輛進(jìn)入稱重收費(fèi)車道時(shí)，車輛識(shí)別儀檢測(cè)到車輛到達(dá)，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)通知稱重控制器進(jìn)入稱重工作狀態(tài)；車輛各軸依次通過動(dòng)態(tài)軸重儀時(shí)，動(dòng)態(tài)軸重儀實(shí)時(shí)測(cè)量各軸負(fù)載量并送稱重控制器進(jìn)行記錄；車型分類儀根據(jù)車輛輪軸特征檢測(cè)車輛所屬類型（分類依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：交通部二號(hào)令）；當(dāng)車輛完全通過后，車輛識(shí)別儀也產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，通知稱重控制器進(jìn)入數(shù)據(jù)處理狀態(tài)；在數(shù)據(jù)處理狀態(tài)，稱重控制器累加所記錄的軸負(fù)荷計(jì)算車輛總負(fù)荷，并根據(jù)檢測(cè)到的車型分類計(jì)算該車輛是否超限以及超限的具體數(shù)量，并將車型分類、車輛總負(fù)荷、車輛限載值等數(shù)據(jù)輸出。動(dòng)

16、態(tài)軸重儀在車輛運(yùn)動(dòng)中測(cè)量車輛重量，能夠準(zhǔn)確區(qū)分前后車輛（不會(huì)誤判拖、掛車），測(cè)量車軸、車軸組和車輛總重，標(biāo)準(zhǔn)通信接口RS232/485實(shí)現(xiàn)與車道控制機(jī)等外設(shè)之間的通信和控制，提供豐富的輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容（軸負(fù)荷、總負(fù)荷、車型分類、車輛存在與離開等），計(jì)量精度高，車道控制機(jī)可直接利用本系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)并依據(jù)計(jì)重收費(fèi)費(fèi)率對(duì)車輛實(shí)行計(jì)重收費(fèi)。1.9目前市場(chǎng)上稱重設(shè)備客觀比較： 隨著動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的日趨成熟，這種稱重系統(tǒng)必將隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)自動(dòng)化水平的提高而繼續(xù)向前發(fā)展成為小型化，模塊化，智能化，集成化為一體的稱重系統(tǒng)，其技術(shù)性能趨向于速度化，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性高，可靠性高；目前市場(chǎng)上的稱重設(shè)備比較如圖1

17、.2所示產(chǎn)品類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)便攜式稱重儀（帶引橋或無引橋）A、 隨身攜帶，價(jià)格較低B、 可在沒有設(shè)檢測(cè)點(diǎn)的地方抽查車輛A、稱重及處理的時(shí)間較長(zhǎng)C、車輛行駛速度過快或不居中時(shí)，誤差較大D、流動(dòng)使用，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)范管理高精度稱重系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)電子汽車衡）A、 精度高可直接用以執(zhí)法B、 如果動(dòng)態(tài)速度補(bǔ)償技術(shù)過關(guān)，則在30km/h時(shí)速下仍可保證較高的精度A、 體積較大，安裝周期約需10天B、 需要較高的速度補(bǔ)償技術(shù)，否則檢測(cè)速度超過5km/h時(shí)誤差較大高速稱重系統(tǒng)（壓電或彎板式傳感器）A、 高速檢測(cè)，執(zhí)法效率較高B、 安裝簡(jiǎn)便，可在主線安裝C、 自動(dòng)識(shí)別輪/軸數(shù)量D、 具有交通調(diào)查功能A、 誤差較大，稱重結(jié)果不

18、能直接用于執(zhí)法，必須與低速稱重系統(tǒng)配合使用B、 價(jià)格較高圖1.2第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我公司提供所有必需的安裝材料及輔材，并詳細(xì)注明安裝、調(diào)試方法，提供安裝、調(diào)試手冊(cè)；提供完整的中文產(chǎn)品說明書，中文產(chǎn)品使用手冊(cè)，合格證，質(zhì)量檢測(cè)材料等。我們還提供設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境要求資料（如溫度、濕度、供電、防雷、接地要求等），并提出相應(yīng)的安裝、調(diào)試所需的諸如安裝工具、測(cè)試工具等方面的相關(guān)要求。稱重檢測(cè)流程（1）當(dāng)稱重檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，載貨車輛保持安全間距依次進(jìn)入收費(fèi)車道，低速通過稱重平臺(tái)；當(dāng)載貨車輛尾部離開稱重平臺(tái)及紅外線車輛分離器（或環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器）時(shí)，紅外線車輛分離器檢測(cè)到一個(gè)車輛結(jié)束信號(hào)；（2）稱重系

19、統(tǒng)處理器處理來自稱重平臺(tái)的車輛稱重信號(hào)，并形成一個(gè)整車稱重信息，這些信息包括車輛的車型、軸重、聯(lián)軸信息、每軸的胎數(shù)、聯(lián)軸重量、軸距、總重；（3）稱重系統(tǒng)處理器通過數(shù)據(jù)接口將整車的稱重信息傳輸?shù)绞召M(fèi)車道計(jì)算機(jī)，完成對(duì)一輛載貨車輛的稱重過程，等待下一輛載貨車輛的稱重。第三章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 鑒于實(shí)際動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的使用情況，目前大多數(shù)的收費(fèi)站的實(shí)際結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示，需要實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)包括：車輛的前后軸的重量、車輛在該區(qū)間的行駛速度、車輛的軸距、車輛的車牌號(hào)。分析實(shí)際的需求情況，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)兩大部分： 圖3.1收費(fèi)站的實(shí)際結(jié)構(gòu)框圖3.1、主要設(shè)備技術(shù)指標(biāo)收費(fèi)車道上設(shè)置

20、的稱重檢測(cè)設(shè)備能準(zhǔn)確的測(cè)出車輛的稱重信息，并以此為依據(jù)進(jìn)行收費(fèi)。軸重檢測(cè)裝置設(shè)置在收費(fèi)車道前端，屬于減速段，遇到車流量較大的情況時(shí)，車輛依次進(jìn)入收費(fèi)車道，車輛有排隊(duì)進(jìn)入收費(fèi)車道的情況，也會(huì)出現(xiàn)車輪停在稱重板上的情況。本稱重設(shè)備具備動(dòng)、靜態(tài)稱重功能，在上述情況下可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；同時(shí)由于車速低，車輛排隊(duì)間距小，因此采用紅外線車輛分離器的輔助手段，當(dāng)紅外線車輛分離器發(fā)生故障時(shí)，可由環(huán)形線圈（磁傳感器）車輛檢測(cè)器進(jìn)行車輛的分離工作。綜上所述，安裝在收費(fèi)車道上用于計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的稱重設(shè)備滿足以下技術(shù)指標(biāo)：3.1.1系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)系統(tǒng)的計(jì)重部分車道動(dòng)態(tài)稱重裝置，采用中央處理控制技術(shù)，稱重過程自動(dòng)完成

21、，無須人為干預(yù)。我公司將驅(qū)動(dòng)軟件封裝為DLL方式，用戶可根據(jù)需要設(shè)置主機(jī)主動(dòng)查詢、輪詢或稱重儀主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)等通訊方式。僅需簡(jiǎn)單的設(shè)置和方便的功能調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的連接，十分有利于已有非計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的計(jì)重收費(fèi)改造。稱重平臺(tái)基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)單，只在路面安裝，而不破壞路基。獨(dú)特的基礎(chǔ)連接加強(qiáng)筋可確保系統(tǒng)與原路面基礎(chǔ)良好連接，在重型車輛長(zhǎng)期高強(qiáng)度沖擊下不下陷、不移位。安裝在路側(cè)的紅外線車輛分離器前后方向最小分車距離為20cm，低速跟車時(shí)小于10cm；上下方向最小垂直檢測(cè)寬度5cm，能完全消除跟車現(xiàn)象，將平板拖車、半掛車、全掛車、單車可靠分離，并通過特殊的程序和裝置，根據(jù)不同倒車情況的邏輯關(guān)系，判別不同

22、的倒車情況，自動(dòng)刪除無用數(shù)據(jù)，解決了由于不同形式的倒車（包括車輛不完全進(jìn)入并退出，不完全倒車并進(jìn)入等）產(chǎn)生的誤稱量和重復(fù)稱量現(xiàn)象，保證了稱重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車輛的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，不會(huì)出現(xiàn)由于誤判而產(chǎn)生多車或少車現(xiàn)象。光幕相關(guān)檢測(cè)參數(shù)可根據(jù)工程情況進(jìn)行軟件設(shè)定，確保不因飛鳥、雨雪等干擾因素而導(dǎo)致系統(tǒng)誤判。安裝在車道數(shù)據(jù)處理器中的電子元件采用工業(yè)級(jí)器件，并嵌入固化的程序軟件，適應(yīng)室外全天候工作?？刂葡洳捎秒p層密封結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)排風(fēng)、自動(dòng)調(diào)溫功能，防潮、防塵效果好，保證了設(shè)備的無故障連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)配置軟件和硬件watchdog，確保在受到強(qiáng)干擾導(dǎo)致的程序異常情況下系統(tǒng)可自動(dòng)重新啟動(dòng)。系統(tǒng)采用EEPROM和F

23、LASHROM作數(shù)據(jù)緩存器，并可自動(dòng)緩存多達(dá)10輛的車輛稱重信息。稱重檢測(cè)數(shù)據(jù)按照先進(jìn)先出方式存放，前一輛車的數(shù)據(jù)傳到收費(fèi)計(jì)算機(jī)，但處理過程沒有結(jié)束，后一輛車的數(shù)據(jù)暫存于車道數(shù)據(jù)處理器緩存消息隊(duì)列中，并嘗試重發(fā)，直到發(fā)送完成，避免此次檢測(cè)數(shù)據(jù)被沖掉，從而保證了稱重檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)也保證了車輛與檢測(cè)數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。針對(duì)收費(fèi)站超寬車道，系統(tǒng)可提供寬度為4.2M的稱重平臺(tái)。而其他車道采用寬度為3.5M的稱重平臺(tái)。而且稱重平臺(tái)采用專利懸掛方式安裝的特殊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可滿足收費(fèi)車道不超過2%坡度情況下的稱重精度。在收費(fèi)車道內(nèi)，車輛啟動(dòng)、剎車比較頻繁，經(jīng)常產(chǎn)生溜車現(xiàn)象，同時(shí)在車道內(nèi)不同形式的倒車的現(xiàn)象

24、（包括車輛不完全進(jìn)入并退出，不完全倒車并進(jìn)入等）也時(shí)有發(fā)生，給車輛有效的稱重增加了難度，本系統(tǒng)采用獨(dú)特的濾波采集和邏輯分車裝置，處理車輛啟動(dòng)、剎車、不同形式的倒車等特殊情況，可有效避免重復(fù)稱量和錯(cuò)誤稱量等稱重失誤。稱重平臺(tái)采用專利技術(shù)，形成獨(dú)特的防沖擊結(jié)構(gòu)，有效抵抗車輛長(zhǎng)期對(duì)稱重平臺(tái)的沖擊，可延長(zhǎng)稱重傳感器的使用壽命。傳感器采用獨(dú)特的懸掛式支撐方式，使傳感器置于路面上方，并且采用全焊封傳感器，使傳感器防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67，可有效防止雨水、潮濕、及霉菌的侵蝕造成的損壞。稱重平臺(tái)采用四支20噸的稱重傳感器，使稱重平臺(tái)單軸承載容量達(dá)到80噸，當(dāng)車軸重量達(dá)到額定載荷（30t）時(shí)，每只傳感器承受的重量只

25、有7.5t，不到傳感器容量的的50%，故可長(zhǎng)期抵抗任何重載車輛對(duì)稱重平臺(tái)的沖擊，同時(shí)也保證了稱重傳感器的使用壽命。稱重平臺(tái)、輪胎識(shí)別器、數(shù)據(jù)采集處理器機(jī)箱外表面均采用特殊的表面防腐處理，可有效防止鹽霧、雨水、汽車尾氣、潮濕等侵蝕對(duì)設(shè)備的損害。將數(shù)據(jù)采集處理器及紅外線車輛分離器安裝在收費(fèi)島內(nèi)，并增加防撞桶和專用限位樁等設(shè)施進(jìn)行防撞保護(hù)，并進(jìn)行反光警示色噴涂，其他部件如稱重平臺(tái)、輪胎識(shí)別器均采用大過載能力設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備的耐用度。設(shè)備維護(hù)極其方便，配合隨機(jī)提供的專用維護(hù)工具，一個(gè)人即可輕松抬起稱重平臺(tái)，進(jìn)行更換備件等維護(hù)工作，一次更換一般零部件不超過5分鐘，保證了收費(fèi)車道的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。輪軸識(shí)別器由于

26、采用防水防塵措施，極大延長(zhǎng)了使用壽命。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，在發(fā)生個(gè)別傳感器故障的情況下，可迅速更換單個(gè)模塊，確保系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)具有開機(jī)自檢、定時(shí)自檢、零點(diǎn)校正、自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，并且在系統(tǒng)異常時(shí)（如自檢異常等）自動(dòng)重新啟動(dòng)系統(tǒng)（重啟時(shí)間小于3秒），同時(shí)保存未處理檢測(cè)數(shù)據(jù)并提示收費(fèi)計(jì)算機(jī)，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)而不丟失檢測(cè)數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)自檢時(shí)，部件出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)將故障部件信息傳送到收費(fèi)計(jì)算機(jī)，便于收費(fèi)員做出適宜的操作，進(jìn)行稱重系統(tǒng)故障時(shí)的收費(fèi)處理?？稍诿織l車道安裝環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器，用戶需要時(shí)（如雨、雪、霧等惡劣天氣），直接切換至環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器車輛分離方法，以提高惡劣天氣的車輛分離判

27、別的正確率。本系統(tǒng)對(duì)于防雷擊、防靜電除了設(shè)計(jì)接地裝置，還在信號(hào)采集與信號(hào)傳輸接口處設(shè)計(jì)了防浪涌的光電隔離裝置和壓敏裝置，可有效防止雷電后或靜放電后的殘余電壓對(duì)設(shè)備的破壞。3.1.2主要性能參數(shù)（1）稱重儀/稱重平臺(tái)l 靜態(tài)稱重精度：OIML 級(jí)動(dòng)態(tài)精度，滿足下列條件：精度05Km/h勻速525Km/h勻速明顯變速軸負(fù)載(5t)100Kg2.0%4.5%10t）N*100Kg2.0%4.5%20t）N*100Kg2.0%4.5%10%l 速度測(cè)量精度（沒有明顯加減速的前提下）：車速在130Km/h時(shí)，最大4.5l 軸間距測(cè)量精度（沒有明顯加減速的情況下）：兩軸0.25ml 稱重平臺(tái)尺寸（長(zhǎng)X寬X

28、高）：普通車道：3500X800X250（mm）超寬車道：4200X800X250（mm）l 有獨(dú)立的顯示單元，可脫離計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面的調(diào)試l 工作環(huán)境：溫度-40+80相對(duì)濕度095%l 設(shè)備的防護(hù)等級(jí)：控制設(shè)備：IP65稱重傳感器：IP67l 被測(cè)車輛以30km/h速度通過時(shí)，能正確測(cè)量出車輛速度l 可根據(jù)需要輸出以下信息：?jiǎn)屋S重、軸組重、總重、軸型、車型、車速、時(shí)間標(biāo)志等l 稱重平臺(tái)能對(duì)各軸分別進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量線性良好，其標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量范圍為：?jiǎn)屋S額定載荷：30T最大過載能力：150%l 使用壽命：十年以上l 供電電源安裝電源防雷擊保護(hù)器，外場(chǎng)設(shè)備數(shù)字接采用光電隔離設(shè)備，并有防浪涌電流能力。稱

29、重設(shè)備具備防感應(yīng)雷的能力。(2)紅外線車輛分離器l 能對(duì)車間距不小于10cm的車輛進(jìn)行分離；l 光幕外罩設(shè)計(jì)采用溫控的電加熱裝置，可以在寒冷或沿江、沿海的地區(qū)使用，防止外罩玻璃結(jié)冰或凝霜，光幕在惡劣環(huán)境下也可以正常工作，能對(duì)車輛進(jìn)行可靠分離，晴天可靠性應(yīng)達(dá)到99.9%，雨雪或大霧天氣可靠性優(yōu)于99%;l 防護(hù)等級(jí)：IP65；l 光幕發(fā)生故障時(shí)，可通過硬件及軟件方式報(bào)告故障信息，以便迅速排除故障。同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換到磁傳感器分離車輛模式；l 安裝高度：1600mm，紅外發(fā)射管的最低高度為400mm：l 車輛分離器便于擦拭和打掃，玻璃面應(yīng)設(shè)計(jì)為開門式；l 在紅外車輛分離器受到如陽(yáng)光、雨、雪、霧干擾時(shí)

30、能可靠分離車輛，以便滿足稱重?cái)?shù)據(jù)與收費(fèi)數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的問題。l 溫度-40+80l 相對(duì)濕度095%l 使用壽命：10年以上（3）輪胎識(shí)別器l 與軸重信號(hào)結(jié)合，能對(duì)通過的貨車的軸型及單雙輪進(jìn)行正確的識(shí)別，可靠率在98.5以上。l 溫度一40+80l 相對(duì)濕度095%l 防護(hù)等級(jí)：IP67l 傳感器數(shù)量：1012只l 使用壽命：10年以上(4)環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器（磁傳感器）l 在紅外線車輛分離器發(fā)生故障時(shí)對(duì)車輛分離，判斷精度99%；l 尺寸：1500mm*1500mm l 自調(diào)范圍: 20-1500Hl 靈敏度調(diào)節(jié): 面板四級(jí)可調(diào)l 存在時(shí)間: 面板四級(jí)可調(diào)l 工作溫度：-40+80；l 相對(duì)濕度

31、：095%RH（5）稱重儀的其它技術(shù)指標(biāo)：l MTBF20000小時(shí)；l 稱重儀精度的一致性好l 系統(tǒng)設(shè)備具有開機(jī)自檢、空閑時(shí)定時(shí)自檢、零點(diǎn)校正和自動(dòng)溫度補(bǔ)償能力；l 標(biāo)定方法簡(jiǎn)單；l 所有設(shè)備均作防銹處理，因銹蝕而出現(xiàn)的系統(tǒng)故障由稱重系統(tǒng)投標(biāo)人負(fù)責(zé)維護(hù)；l 全天候工作；3.1.3主要功能1、能對(duì)通過的每一輛車進(jìn)行檢測(cè), 提供每車道的車輛速度、各軸軸重、總重、軸距、車型(按軸分類)、車道號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次以及車輛通過時(shí)間、日期等數(shù)據(jù)。各車輛能按1min、5min、15min、30min、1h 進(jìn)行車輛數(shù)、車輛速度、超軸重車輛數(shù)、超軸重車輛比率累計(jì), 并打印相應(yīng)報(bào)表。2、外場(chǎng)單元具有存儲(chǔ)功能和具有

32、兩個(gè)以上的通信接口, 以便輸入數(shù)據(jù)到處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 以及接入便攜式計(jì)算機(jī)。檢測(cè)器能連續(xù)不間斷工作, 每天工作24h, 每周7天。具有自檢和故障診斷功能, 且能提供系統(tǒng)及檢測(cè)器工作狀態(tài)信息。檢測(cè)器可在復(fù)電(或復(fù)位) 30s 后, 自動(dòng)恢復(fù)正常狀態(tài), 且原有儲(chǔ)存數(shù)據(jù)保持不變。當(dāng)同一輛車作用在相鄰2個(gè)車道上的檢測(cè)平臺(tái)時(shí),能正確檢測(cè)其每軸軸重,在車輛通過道路時(shí)埋入路面下的電阻應(yīng)變片傳感器受力產(chǎn)生形變, 從而使接入電橋中的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化, 使非電量的形變轉(zhuǎn)換成電壓的變化。通過儀器放大器(信號(hào)放大器)進(jìn)行放大, 因其有很高的共模抑制比，可抑制噪聲, 又具有對(duì)微小的差模電壓非常敏感, 故可將信號(hào)精密放

33、大。經(jīng)放大后的信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換送入處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、輸出顯示。3.2、軟件的的設(shè)計(jì)3.2.1軸重儀與車道計(jì)算機(jī)之間通信規(guī)程稱重設(shè)備與車道計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換有兩種方式可選：一是數(shù)據(jù)通行方式，二是設(shè)備驅(qū)動(dòng)方式。我公司提供設(shè)備接口程序以保證稱重設(shè)備與計(jì)算機(jī)的通訊。一般情況下，數(shù)據(jù)交換由軸重儀收到光幕收尾信號(hào)后主動(dòng)發(fā)起。雖然軸重儀及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都能保存N輛車的相關(guān)數(shù)據(jù)，但考慮到時(shí)間操作過程中管理的需求，多數(shù)情況下會(huì)由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序給出指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。軸重儀復(fù)位不影響驅(qū)動(dòng)程序保留的數(shù)據(jù)。同樣車道計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)也不影響軸重儀保存的數(shù)據(jù)。兩者之間會(huì)根據(jù)實(shí)際管理需求，有復(fù)位方發(fā)出數(shù)據(jù)同步請(qǐng)

34、求。當(dāng)稱重儀檢測(cè)到車輛退出、不完全進(jìn)入并退出、不完全退出并再次進(jìn)入等特殊情況時(shí)，有軸重儀做出判斷，并發(fā)送數(shù)據(jù)同步消息。我公司已經(jīng)將驅(qū)動(dòng)軟件封裝為DLL方式，用戶可根據(jù)需要設(shè)置主機(jī)主動(dòng)查詢、輪詢或稱重儀主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)等通訊方式。僅需簡(jiǎn)單的設(shè)置和方便的功能調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的連接，因此計(jì)重系統(tǒng)的掛接對(duì)基本收費(fèi)業(yè)務(wù)基本不產(chǎn)生影響，這樣十分有利于已有非計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的計(jì)重收費(fèi)改造。我們確保應(yīng)用軟件可以僅使用WimDev.dll而不需要任何其它文件或數(shù)據(jù)即可滿足對(duì)設(shè)備的各種使用要求。除動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)本身外，不占用收費(fèi)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的任何其它資源（例如不在運(yùn)行中調(diào)用或產(chǎn)生附加的文件等）。如因增強(qiáng)功能、提高性能而需

35、要軟件或計(jì)算機(jī)資源方面提供支持，將提前與業(yè)主和收費(fèi)軟件開發(fā)商協(xié)商達(dá)成一致并明確說明。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)通過安裝方式自動(dòng)注冊(cè)到系統(tǒng)中。注冊(cè)后，收費(fèi)軟件可以直接調(diào)用。我們已經(jīng)封裝形式完全一致的多個(gè)DLL版本，確保動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)能夠在Windows98及以上版本、Linux操作系統(tǒng)上穩(wěn)定正常使用，在Delphi、VC等編程語(yǔ)言環(huán)境下被正常調(diào)用并運(yùn)行穩(wěn)定。6.1通訊介質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)RS232串行通訊口；6.2通訊速率：傳輸速度：4800bps/9600bps可選，通過dip開關(guān)或儀表設(shè)置可選；6.3數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)：異步通訊數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)定義如下：起始位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位停止位1bits8bits無校驗(yàn)1bits6.4從機(jī)地址可設(shè)置：

36、稱重儀表地址可在0255間設(shè)置。6.5需要采集的信息：需要采集的信息是一個(gè)完整的車輛稱重信息，包括車輛的軸重、軸組重、整車重、軸型、車型、車速、車輛超限標(biāo)志、時(shí)間等信息；本協(xié)議與modbus協(xié)議類似；6.6信息幀結(jié)構(gòu)：軸生檢測(cè)信息可以采取主機(jī)輪詢方式，也可采取從機(jī)廣播方式，兩種方式從機(jī)可設(shè)置；以下協(xié)議當(dāng)中，2字節(jié)及2字節(jié)以上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均為高位在前低位在后。(1)主機(jī)輪詢方式：A. 主機(jī)輪詢指令，每次提取1條車輛信息，數(shù)據(jù)流方向：主機(jī)到從機(jī)。B. 對(duì)主機(jī)指令0,從機(jī)返回信息，數(shù)據(jù)流方向：從機(jī)到主機(jī)。C. 對(duì)主機(jī)指令1，從機(jī)返回信息，數(shù)據(jù)流方向：從機(jī)到主機(jī)。D. 對(duì)主機(jī)指令2,從機(jī)返回信息，數(shù)據(jù)流

37、方向：從機(jī)到主機(jī)。E. 對(duì)主機(jī)指令3，從機(jī)返回信息，數(shù)據(jù)流方向：從機(jī)到主機(jī)。F. 對(duì)主機(jī)指令4，從機(jī)返回信息，數(shù)據(jù)流方向：從機(jī)到主機(jī)。G. 對(duì)主機(jī)指令5，從機(jī)返回信息，數(shù)據(jù)流方向：從機(jī)到主機(jī)。H. 收到從機(jī)信息后，主機(jī)應(yīng)答，數(shù)據(jù)流方向：主機(jī)到從機(jī)。(2)從機(jī)廣播方一式：這種方式是只要從機(jī)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，則以廣播方式發(fā)送給主機(jī)，數(shù)據(jù)交換過程由上述“主機(jī)輪詢方式”的b, c兩個(gè)步驟組成。6.7狀態(tài)檢測(cè)：車道主機(jī)可以發(fā)送軸重儀檢測(cè)狀態(tài)命令，軸重儀在自檢后予以回應(yīng)。數(shù)據(jù)交換過程由上述“主機(jī)輪詢方式”的命令號(hào)5組成。3.2.2數(shù)據(jù)的采集模塊 數(shù)據(jù)通訊數(shù)據(jù)通訊是計(jì)算機(jī)對(duì)稱重顯示儀表發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集

38、的必要過程。計(jì)算機(jī)與稱重顯示儀表之間進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通訊，稱重顯示儀表輸出接口通訊采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232數(shù)據(jù)輸出接口。圖3.1數(shù)據(jù)通信硬件框圖在實(shí)際運(yùn)行過程中，儀表與計(jì)算機(jī)必須以相同的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊:也就說用戶在修改參數(shù)時(shí)應(yīng)使軟件的通訊接口參數(shù)與儀表的通訊參數(shù)相同。否則將無法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)的采集過程 數(shù)據(jù)采集就是把稱重傳感器的模擬信號(hào)x(t)經(jīng)過采樣轉(zhuǎn)換為采樣信號(hào)xs(nTs)，然后在進(jìn)行量化和編碼處理得到離散的數(shù)字信號(hào)x(n)，最后把x(n)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。硬件如圖5.6所示 采樣周期的選擇 采樣周期Ts決定了采樣信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量；Ts太小，會(huì)使采樣信號(hào)xs(nTs)的數(shù)量劇增，

39、占用大量的內(nèi)存單元；Ts太大，會(huì)使模擬信號(hào)的某些信息丟失，這樣以來回出現(xiàn)失真，影響數(shù)據(jù)處理的精度。因此我們必須根據(jù)采樣定理來選擇Ts以確保xs(nTs)不失真。 根據(jù)采樣定理可知，對(duì)截止頻率為fc的連續(xù)信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣，采樣周期Ts必須滿足Ts=1/2 fc時(shí)，則連續(xù)信號(hào)才能唯一確定不會(huì)失真。 根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)可知汽車的垂直振動(dòng)在50赫茲時(shí)已不明顯，因此fc取50赫茲比較合適，所以Ts=1/2*50=0.01秒 一個(gè)采樣周期包括硬件延遲時(shí)間、A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和程序執(zhí)行時(shí)間。在本課題中選擇硬件延遲時(shí)間為130微秒，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為10微秒，程序執(zhí)行時(shí)間為約10微秒，由此可知Ts=150微秒=10

40、毫秒，滿足采樣定理的要求。其過程如圖示5.7所 A/D轉(zhuǎn)換 程序執(zhí)行 硬件延遲時(shí)間 時(shí)間 時(shí)間 下一周開始 130 140 150 f(us) 圖3.2采樣開始和結(jié)束的判斷車輛通過計(jì)量平臺(tái)的開始和結(jié)束要由軟件來判斷。這就需要在軟件中設(shè)置一個(gè)閥值U0，如果A/D卡的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)超過閥值U0則認(rèn)為車輛開始通過計(jì)量平臺(tái)采樣開始，一旦采樣開始并且轉(zhuǎn)換值低于閥值U0則認(rèn)為小車離開計(jì)量平臺(tái)采樣結(jié)束。圖中的T1、T2分別表示采樣的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。如圖5.8所示 U0 t1 t2 t圖3.3閥值的確定： 在沒有車輛通過計(jì)量平臺(tái)時(shí)進(jìn)行30次數(shù)據(jù)采樣，記錄每次采樣的峰值數(shù)據(jù)，可見每次測(cè)量峰值均不超過T（假設(shè)），因此取

41、閥值為U0為T即可。 數(shù)據(jù)采集程序框圖，見圖3.4圖3.4采集程序框圖 數(shù)據(jù)的預(yù)處理 從上面的論述可以知道，測(cè)量系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時(shí)存在各種干擾，使采集數(shù)據(jù)偏離真實(shí)值。盡管可以在系統(tǒng)的建設(shè)平臺(tái)中采取各種手段來排除干擾的影響，但干擾還是不可避免的存在，為此有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以使數(shù)據(jù)還原。 采樣數(shù)據(jù)的標(biāo)度轉(zhuǎn)換 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的是電壓，而本課題最終測(cè)量的是重量，因此必須采取標(biāo)度變換的手段把電壓值轉(zhuǎn)換為所需要的重量。變換公式為式中 W0 -被測(cè)量量程的下限； Wm-被測(cè)量量程的上限； W-標(biāo)度變換后得到的被測(cè)量的實(shí)際值； U0- W0對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； Um- Wm對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)

42、值量； X-被測(cè)量實(shí)際值W對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；3.2.3數(shù)字濾波模塊由于科研現(xiàn)場(chǎng)尤其是工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、干擾源多，因此為了減小數(shù)據(jù)的干擾、提高系統(tǒng)的性能，在數(shù)據(jù)處理前應(yīng)當(dāng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。數(shù)字濾波與硬件濾波有很多的優(yōu)點(diǎn)，如： 1.數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，因而不需要增加硬件設(shè)備，可以多個(gè)采集通道共用一個(gè)濾波程序，節(jié)省費(fèi)用。 2.通過改寫數(shù)字濾波程序，可以實(shí)現(xiàn)不同濾波方法或改變?yōu)V波參數(shù)，這比硬件濾波要靈活方便。 3.由于數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，各回路之間不存在阻抗匹配的問題，因而可靠性高、穩(wěn)定性好。現(xiàn)在稱重儀表中常用的數(shù)字濾波方法有中值濾波法、算術(shù)平均值法、加權(quán)平均值法以及復(fù)合濾波法。

43、中值濾波法不適合快書變化的參數(shù)，而算術(shù)平均值法不易消除脈沖干擾而引起的偏差，而加權(quán)平均濾波法在濾波過程中故增加了計(jì)算量、降低了處理速度，只有復(fù)合濾波法可以很好的克服上述缺陷，本設(shè)計(jì)采用復(fù)合濾波法。復(fù)合濾波法即先采用中值濾波法濾除由于脈沖干擾而有偏差的采樣值，然后把剩下的采樣值做算術(shù)平均，起原理用下式表示：車輛在動(dòng)態(tài)稱重時(shí)，作用在平臺(tái)上的力除真實(shí)軸重外，還有許多因素產(chǎn)生的干擾力，如：車速、車輛自身諧振、路面激勵(lì)、輪胎驅(qū)動(dòng)力等，給動(dòng)態(tài)稱重實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量造成很大困難。若在消除干擾的過程中采用模擬方法濾波，參數(shù)則不能過大，否則將產(chǎn)生過大的延遲導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，從而造成濾波后的信號(hào)仍然含有相當(dāng)一部分

44、的噪聲。所以必須采用數(shù)字濾波消除干擾。本文采用FIR數(shù)字濾波，其原理如公式1所示。 其中h(k)為系統(tǒng)濾波參數(shù)，x(n)為采集的信號(hào)，Y(n)為濾波后的輸出信號(hào)。FIR濾波器的h(n)0 n N-1在本文中N=17。由于h(n)具有對(duì)稱性質(zhì)，即：h(n)=h(N-1-n) (n=0,1,.,(N-1)/2) (3)這樣就可以把FIR濾波器設(shè)計(jì)成具有線性相位。利用這一情況，可以得到的乘法結(jié)構(gòu)，需要(N+1)/2乘法，僅是級(jí)聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)所需次數(shù)的一半，因此，實(shí)際應(yīng)用中多采用此方法。我們選用17 點(diǎn)的FIR 濾波算法，這樣實(shí)現(xiàn)一次FIR卷積運(yùn)算需要執(zhí)行9次乘法和16次加法。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，需

45、要在20ms內(nèi)完成這個(gè)卷積運(yùn)算，如果選用單片機(jī)89C51（12M 晶振）則無法實(shí)現(xiàn)。選用了Altera公司的FLEX10K20FLEX10K 系列是工業(yè)界第一個(gè)嵌入式的PLD，采用重復(fù)可構(gòu)造的CMOS SRAM 工藝，把連續(xù)的快速通道互連與獨(dú)特的嵌入式陣列結(jié)構(gòu)相結(jié)合，同時(shí)也結(jié)合了眾多可編程器件的優(yōu)點(diǎn)來完成普通門陣列的宏功能。具有高密度、低成本、低功率等特點(diǎn)。實(shí)踐證明此算法用于動(dòng)態(tài)稱重具有良好的效果。動(dòng)態(tài)稱重夠的時(shí)間完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。軸重臺(tái)的寬度為40cm，汽車通過軸重臺(tái)的最大速度為15km/h，通過計(jì)算可知在這段時(shí)間里系統(tǒng)可采集4800個(gè)數(shù)據(jù)。由于前30ms是傳感器的反應(yīng)時(shí)間，將剩下的數(shù)據(jù)進(jìn)行FI

46、R數(shù)字濾波后，噪聲會(huì)被有效的抑制。為了進(jìn)一步平滑波形，對(duì)每8個(gè)數(shù)據(jù)做一次平均，這樣就消弱了由于汽車高速通過軸重臺(tái)時(shí)由于顛簸產(chǎn)生的尖峰信號(hào)。FPGA 的每次濾波包含有FIR運(yùn)算和8個(gè)數(shù)據(jù)的平均值運(yùn)算，完成一次濾波就會(huì)向單片機(jī)發(fā)一個(gè)中斷請(qǐng)求，此時(shí)單片機(jī)讀取濾波后的數(shù)據(jù)。根據(jù)軸重稱量的波形圖可以知道，只要求出此時(shí)的最大值就是汽車的真實(shí)重量。在此儀表中，串行口即用來顯示也用來通訊，我們可以通過FPGA 很容易實(shí)現(xiàn)切換。如圖1所示，當(dāng)控制信號(hào)為1 的時(shí)候RXD、TXD 用于顯示，而當(dāng)控制信號(hào)為0的時(shí)候用于和上位機(jī)通訊。汽車稱重信號(hào)為含有多種成分噪聲的直流信號(hào)，這1000 個(gè)數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA 的FIR 濾

47、波和8點(diǎn)數(shù)據(jù)平均后，提供給單片機(jī)125個(gè)數(shù)據(jù)。濾波之前的噪聲的峰峰值在0.1V左右，而此時(shí)的軸重信號(hào)為1，這將嚴(yán)重影響測(cè)量精度。濾波后我們看到情況得到了明顯的改善，噪聲信號(hào)的峰峰值被抑制在0.02V的范圍內(nèi)，大大改善了信噪比，從而提高了測(cè)量精度。本設(shè)計(jì)不但實(shí)現(xiàn)了硬件數(shù)字濾波電路，而且減少了許多門電路和組合邏輯電路。用比較少的器件實(shí)現(xiàn)了比較復(fù)雜的功能，減少了故障率。由于采樣速度很快，根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)選擇N=7較合適。 下圖是濾波前后的比較，可見數(shù)字濾波較好的消除了隨機(jī)干擾，濾波效果很好。流程圖如圖圖3.5所示求平均值計(jì)算調(diào)排隊(duì)子程序開 始結(jié) 束圖3.5數(shù)字濾波流程圖3.2.4動(dòng)態(tài)稱重管理系統(tǒng)軟件模

48、塊 問題說明 完成任何一個(gè)軟件，首先要明確其研制的目的是什么，用戶的要求是什么，然后就問題的性質(zhì)目標(biāo)與用戶達(dá)成共識(shí)。隨著計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，用戶都希望能夠?yàn)槠涮峁┮粋€(gè)運(yùn)行于Windows平臺(tái)下，具有GUI (Graphics User Interface圖形用戶接口)的軟件。根據(jù)需要，分析新稱重管理軟件應(yīng)具有以下基本功能:(1)提供運(yùn)行于Windows平臺(tái)下圖形用戶接f:1 ;(2)能夠集中進(jìn)行信息通訊;(3)密碼保護(hù)，防止無關(guān)人員使用該軟件;(4)數(shù)據(jù)采集過程的記錄保存及其維護(hù);(5)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和備份; 除了考慮軟件與系統(tǒng)硬件兼容性的同時(shí)，還要考慮軟件的可移植性和易維護(hù)性，這樣就為以后的版本

49、升級(jí)提供了良好的開發(fā)基礎(chǔ)。 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析就是要確定目標(biāo)系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)信息。稱重系統(tǒng)管理軟件的系統(tǒng)功能就是讓計(jì)算機(jī)完成對(duì)計(jì)量信息(包括:稱重?cái)?shù)據(jù)、物品名稱、來源、去向等)進(jìn)行保存、顯示、統(tǒng)計(jì)分析。因此，稱重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出三個(gè)部分顯得十分重要。 數(shù)據(jù)處理初始化系統(tǒng)注冊(cè) 登陸 系 統(tǒng) 主 界 面開始稱重車牌識(shí)別系統(tǒng)退出系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)打印預(yù)覽數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)幫助用戶注冊(cè)員工信息數(shù)值設(shè)置接口信號(hào)日期查詢超限查詢噸位查詢周統(tǒng)計(jì)日統(tǒng)計(jì)月統(tǒng)計(jì)季統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)處理包含數(shù)據(jù)的保存、刪除、修改等。這里主要是針對(duì)如何將儀表傳遞到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信息，完整的保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)現(xiàn)過

50、程進(jìn)行分析.其整個(gè)功能如圖3.6所示圖3.6稱重管理系統(tǒng)圖 完成？ 結(jié)束 修改顯示原參數(shù)初始化 開始 N Y 打印統(tǒng)計(jì)分析找出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸入對(duì)話框系統(tǒng)初始化 開 始回主界面 圖3. 7 打印流程圖 圖3. 8參數(shù)修改流程圖 是否超限運(yùn)輸？數(shù)據(jù)分析處理存儲(chǔ)，顯示 報(bào)警系統(tǒng)初始化 開 始 Y N 圖3.9報(bào)警流程圖第四章 計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)關(guān)注的配套工程4.1 場(chǎng)地勘察收費(fèi)車道路面質(zhì)量的好壞直接影響動(dòng)態(tài)稱重的準(zhǔn)確性，為保證動(dòng)態(tài)稱重的精度，收費(fèi)車道路面應(yīng)平整，無凹陷、無破損、無突起。修補(bǔ)路面應(yīng)與原路面接平。對(duì)于在山區(qū)的收費(fèi)站，由于路面相對(duì)狹窄，不利于車輛正常駛?cè)敕Q重檢測(cè)區(qū)。因此可考慮對(duì)路面與收費(fèi)廣場(chǎng)的銜接區(qū)

51、進(jìn)行必要的擴(kuò)建。在進(jìn)行收費(fèi)廣場(chǎng)改造以及收費(fèi)島改造時(shí)，建議預(yù)留5m的板塊作為稱重平臺(tái)的基礎(chǔ)，同時(shí)預(yù)留走線管道，以方便稱重系統(tǒng)的基礎(chǔ)施工，縮短施工工期。4.2 計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)基礎(chǔ)施工要求計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)安裝與收費(fèi)車道前部，現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)施工直接影響到設(shè)備的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。因此，對(duì)基礎(chǔ)施工提出以下要求：l 對(duì)安裝位置和板塊的要求：稱重臺(tái)位于車道前部，距收費(fèi)亭2225m，其前后25m應(yīng)是收費(fèi)廣場(chǎng)的水泥路面。如果中間有不同路面的銜接，要求銜接平整無沖擊，收費(fèi)廣場(chǎng)的施工應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)施工規(guī)范的要求。l 對(duì)地基承載力的要求：為保證基礎(chǔ)能承受超限車輛的煞車、啟動(dòng)等，要求地基耐力不小于150KN/平方米。l 對(duì)車

52、道路面平整度的要求：離稱重平臺(tái)兩側(cè)10m范圍內(nèi)的車道路面，縱向橫向的平整度允許偏差為3mm，離稱重平臺(tái)兩側(cè)10m范圍以外的車道路面，縱向橫向的平整度允許偏差為6mm。4.3 系統(tǒng)接地稱重系統(tǒng)一般露天安裝，因此必須有效接地以防雷、抗干擾，同時(shí)保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。本工程在收費(fèi)車道上安裝設(shè)備，離收費(fèi)亭僅20m左右，按接地規(guī)范不適合單獨(dú)接地。因此業(yè)主應(yīng)在收費(fèi)亭提供接地點(diǎn)。4.4 設(shè)置減速帶車速過高會(huì)降低稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，帶來管理上的許多麻煩。收費(fèi)車道一般要求車速小于20KM/h，但客觀因素及貨車司機(jī)有意加速通過都可能影響實(shí)際計(jì)量。根據(jù)山東等省的經(jīng)驗(yàn)，建議在離稱重平臺(tái)20m的地方安裝減速帶。4.5 設(shè)備的維護(hù)設(shè)備投運(yùn)后，其日常維護(hù)十分重要。精密電子設(shè)備對(duì)使用環(huán)境有一定的要求，要注意防塵、防潮、防高低溫以及突然斷電。維護(hù)人員應(yīng)定期檢測(cè)光幕、動(dòng)態(tài)稱重儀等。4.6 排水盡管稱重系統(tǒng)可以多方位考慮其可靠性、穩(wěn)定性并采取多種抗腐蝕措施，但排水系統(tǒng)對(duì)于稱重設(shè)備的可靠工作及壽命都至關(guān)重要。因此必須確保排水暢通并便于清理。在我公司提供的基礎(chǔ)圖紙中能清晰的看到我們采取的措施。第五章 施工組織方案5.1設(shè)備安裝供貨概況5.1.1工程目標(biāo)嚴(yán)格按照市交通局超限超載檢測(cè)站機(jī)電工程以及招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)范組織生產(chǎn)和工程實(shí)施，確保按