無(wú)線便攜式車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬鴻旺

（海南師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，海南 ?？?571158）

無(wú)線便攜式車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬鴻旺

（海南師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，海南 海口 571158）

無(wú)線便攜式車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，攜帶方便，使用可靠，而且，運(yùn)用無(wú)線設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，方便快速地操作，克服了有限傳輸容易受外界干擾損壞設(shè)備，不方便維護(hù)，安裝不便的缺陷。

無(wú)線便攜式；車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

對(duì)車(chē)輛重量進(jìn)行檢測(cè)的手段主要有兩種，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)稱重法，以前進(jìn)行稱重的主要方式是靜態(tài)稱重，主要是讓車(chē)輛停在秤臺(tái)上，在靜止不動(dòng)的情況下對(duì)其稱重，這種稱重方法的優(yōu)點(diǎn)是可以確保稱量的準(zhǔn)確性，因?yàn)檐?chē)輛是靜止的，缺點(diǎn)主要是測(cè)量的速度較慢，工作效率不高，由于車(chē)輛的體積很大，需要投入大量的資金進(jìn)行重量的檢測(cè)。動(dòng)態(tài)稱重改變了以往靜止的方式，在車(chē)輛行進(jìn)的過(guò)程中進(jìn)行體重的稱量，它同樣也是優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)兼有，優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行快速的測(cè)量，體積較小，花費(fèi)較低，缺點(diǎn)主要是精確度降低了，車(chē)輛在行進(jìn)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)各種無(wú)法預(yù)期的問(wèn)題，不利于后期對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析和處理。動(dòng)態(tài)稱重方法是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)檫@種方法可以在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)收費(fèi)站的通行速度進(jìn)行一個(gè)大幅度的提升，車(chē)輛通過(guò)稱重系統(tǒng)的速度大大提升，后期對(duì)測(cè)量結(jié)構(gòu)的分析和處理難度降低。

傳統(tǒng)的儀表箱體積龐大，不方便進(jìn)行攜帶，有線接口一旦受到污染就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)錯(cuò)誤的記錄。無(wú)線便攜式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由于自身的獨(dú)特性，能夠有效地避免這些問(wèn)題，可以在公路上機(jī)動(dòng)地對(duì)有問(wèn)題的車(chē)輛進(jìn)行超限檢查。

1 無(wú)線便攜式車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的組成

根據(jù)無(wú)線便攜式車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的功能劃分，下位機(jī)的主要功能是對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，上位機(jī)的主要功能是進(jìn)行儀表的測(cè)量。

當(dāng)車(chē)輛開(kāi)進(jìn)稱重系統(tǒng)的時(shí)候，相關(guān)技術(shù)人員控制的上位機(jī)就會(huì)發(fā)送開(kāi)始檢測(cè)命令，下位機(jī)進(jìn)行即時(shí)的數(shù)據(jù)采集，車(chē)輛以較慢的速度行駛，當(dāng)經(jīng)過(guò)特定的稱重傳感器之后就會(huì)感受到動(dòng)態(tài)車(chē)輛的車(chē)軸壓力信號(hào)，這些信號(hào)是模擬的，比較微弱，需要進(jìn)行濾波、放大和干擾抑制等方式進(jìn)行前期的處理，然后AD轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成可以使用MCU處理的數(shù)字信號(hào)。車(chē)輛完全通過(guò)之后，下位機(jī)要對(duì)這種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算，把獲得的軸的重量、軸的型號(hào)、車(chē)輛的速度等信息快速地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

下位機(jī)采集處理的信息數(shù)據(jù)主要通過(guò)無(wú)線模塊進(jìn)行傳送，同時(shí)無(wú)線模塊還可以及時(shí)地接收到來(lái)自上位機(jī)的各種指令，起到了承上啟下的作用，上位機(jī)將接收到的車(chē)輛信息進(jìn)行再次處理，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，完成打印等功能。

2 硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

無(wú)線便攜式車(chē)輛稱重系統(tǒng)要求系統(tǒng)的體積要小，單位時(shí)間內(nèi)的功耗要低。因此，進(jìn)行選擇時(shí)候，不僅考慮系統(tǒng)體積的大小是否合適，還要考慮系統(tǒng)功耗的高低，從這兩方面考慮，一般使用的是三星公司的S3C2400和T1公司的MSP430。

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

CS5530是一種集中程度較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在電平衡技術(shù)的作用下，具有較高的性能。這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以用于對(duì)單極性或雙極性小信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，適用于稱重衡器、過(guò)程控制、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成了種類多樣的信號(hào)調(diào)理電路，比如32倍放大器、數(shù)字濾波器、60hz頻率抑制以及40倍的可控增益。

2.2 電源模塊

電源系統(tǒng)內(nèi)部有電壓為3.7v和7.4v的兩種鋰電池，因?yàn)椴煌脑O(shè)備組件需要不同的電壓和電流，所以，需要對(duì)電源電壓進(jìn)行不同的處理。在具體使用的時(shí)候，下位機(jī)的3.7v鋰電池需先升壓升到傳感器激勵(lì)電源的電壓，然后下降到MSP430的電壓，使用MAX756的芯片，它的開(kāi)關(guān)頻率是500khz。

2.3 復(fù)位及看門(mén)狗

外部復(fù)位和看門(mén)狗可以確保整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更加安全和有效的工作。選擇CAT1023的集成芯片，能夠進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，對(duì)看門(mén)狗進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)內(nèi)部2kb的空間可以儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

3 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)和下位機(jī)作為動(dòng)態(tài)便攜式無(wú)線稱重系統(tǒng)的重要組成部分，進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)也包括這兩部分。使用C語(yǔ)言對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)的程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3.1 采集數(shù)據(jù)信息

信息的種類多種多樣，可以采集到電池電量和車(chē)軸壓力的模擬信息，模擬信息通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器之后的數(shù)字信息，轉(zhuǎn)換的結(jié)果信息等。

3.2 對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

數(shù)據(jù)的處理需要一步一步地進(jìn)行計(jì)算，第一步要去掉極值，然后運(yùn)用滑窗平均濾波法計(jì)算出軸數(shù)，再運(yùn)用補(bǔ)償算法計(jì)算出軸的重量以及車(chē)輛的總體重量。第二步，進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。MPS430將信息打包，包括車(chē)輛信息和下位機(jī)參數(shù)信息，然后發(fā)送到上位機(jī)，接收之后，上位機(jī)就會(huì)返回確認(rèn)的信號(hào)。

S3C2400是上位機(jī)運(yùn)行的平臺(tái)，首先移植Linux嵌入式操作系統(tǒng)，其次移植CUI圖形用戶界面,在此基礎(chǔ)上接收下位機(jī)采集的軸的重量、軸的型號(hào)、車(chē)輛的速度等數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理之后，在圖形用戶界面就會(huì)顯示,確保了各項(xiàng)功能的實(shí)施。

4 結(jié)語(yǔ)

一般來(lái)說(shuō)，和傳統(tǒng)使用的靜態(tài)稱重系統(tǒng)作對(duì)比的話，動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)是一種復(fù)雜程度更高的設(shè)計(jì)，需要尖端的技術(shù)要求。本文通過(guò)對(duì)便攜式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的分析和研究，能夠得知采用資金投入較少的CC1101無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，人機(jī)接口采用寸觸摸屏，可以大大提高操作的便捷性和安全性。安裝的微型打印器，方便執(zhí)法人員進(jìn)行工作，可以及時(shí)打印出出現(xiàn)違章的車(chē)輛信息，進(jìn)一步提高了工作的效率。動(dòng)態(tài)便攜式無(wú)線稱重系統(tǒng)的功能多種多樣，功耗不高，操作容易，攜帶方便，花費(fèi)比較低，適合的場(chǎng)所很多，具有很大的普及價(jià)值，對(duì)我國(guó)治理公路超載超限具有較大的實(shí)際意義。

雖然目前無(wú)線便攜式動(dòng)態(tài)車(chē)輛稱重系統(tǒng)的研究取得了一定的進(jìn)步，但是，需要注意在保證檢測(cè)精度的基礎(chǔ)上，提高檢測(cè)時(shí)候可以經(jīng)過(guò)的車(chē)輛數(shù)量，進(jìn)一步提高檢測(cè)效率。

TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)：1003-5168(2014)02-0091-01