劉美靈

摘 要： 當(dāng)前的汽車超載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法處理汽車行駛狀態(tài)的隨機(jī)性問(wèn)題，使得系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸模塊存在信號(hào)傳輸穩(wěn)定性差和準(zhǔn)確率低的弊端。因此，塑造汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊，模塊中供電電路、信號(hào)傳輸芯片、定位天線、傳輸天線和信號(hào)傳輸接口電路共同協(xié)作。供電電路為模塊提供其正常工作電量。信號(hào)傳輸芯片進(jìn)行汽車超載監(jiān)控信號(hào)的收發(fā)和整流工作，經(jīng)其整流后的監(jiān)控信號(hào)將傳輸?shù)蕉ㄎ惶炀€、傳輸天線和信號(hào)傳輸接口電路。模塊通過(guò)定位天線和傳輸天線獲取汽車超載監(jiān)控信號(hào)的位置，并將監(jiān)控信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞褂谜叩奶囟ㄔO(shè)備中。使用者利用信號(hào)傳輸接口電路修改錯(cuò)誤監(jiān)控信號(hào)，完成對(duì)汽車超載情況的有效管理。軟件給出監(jiān)控信號(hào)傳輸流程圖和模塊的初始化語(yǔ)言。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的模塊擁有較高的傳輸穩(wěn)定性和傳輸準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞： 汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)； 信號(hào)傳輸模塊； 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸； GE864?AUTO

中圖分類號(hào)： TN948.64?34； U49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）04?0136?04

Design of signal transmission module for auto overload monitoring system

LIU Meiling

（Automobile School， Zhejiang Institute of Communications， Hangzhou 311112， China）

Abstract： Since the current auto overload monitoring system is unable to deal with the randomness problem of the auto driving state， and makes the signal transmission module in the system exist the disadvantages of poor signal transmission stability and low accuracy， the signal transmission module for the overload monitoring system was constructed. The power supply circuit， signal transmission chip， positioning antenna， transmission antenna and signal transmission interface circuit are cooperated with each other in the module. The power supply circuit supplies the module with electric energy for normal operation. The signal transmission chip receives， sends and rectifies the auto overload monitoring signal， and then transmits the rectified signal to the positioning antenna， transmission antenna and signal transmission interface circuit. The module acquires the location of the auto overload monitoring signal by means of the positioning antenna and transmission antenna， and transmit the monitoring signal to the user's specific device through the wireless network transmission. The signal transmission interface circuit is adopted by the user to modify the wrong monitoring signal to manage the auto overload condition effectively. The transmission flow chart of the monitoring signal and initialization language of the module are given in the third paragraph. The experimental result shows that the module has high transmission stability and accuracy.

Keywords： auto overload monitoring system； signal transmission module； wireless network transmission； GE864?AUTO

0 引 言

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的不斷壯大，我國(guó)政府對(duì)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸水平也越來(lái)越重視[1?4]。由于汽車行駛狀態(tài)的隨機(jī)性較強(qiáng)，導(dǎo)致以往研究的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的傳輸水平無(wú)法滿足使用者需求，其傳輸穩(wěn)定性和傳輸準(zhǔn)確率均較低[5?6]。因此，如何實(shí)現(xiàn)汽車超載監(jiān)控信號(hào)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確傳輸，進(jìn)而為使用者提供高水準(zhǔn)的傳輸服務(wù)，是近年來(lái)交通運(yùn)輸業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目。以往研究的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊均存在一定的問(wèn)題，如文獻(xiàn)[7]提出基于OpenCV的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊，其信號(hào)傳輸過(guò)程為：將通過(guò)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)的汽車拍照并上傳至信號(hào)傳輸模塊，利用OpenCV數(shù)據(jù)庫(kù)分析出汽車是否超載。該模塊的傳輸準(zhǔn)確率高，傳輸穩(wěn)定性卻有待增強(qiáng)。文獻(xiàn)[8]提出遠(yuǎn)程控制汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊，該模塊基于CDMA傳輸技術(shù)，將整個(gè)系統(tǒng)的汽車超載監(jiān)控信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)的CPU中進(jìn)行統(tǒng)一處理和傳輸，其能夠準(zhǔn)確識(shí)別出各類汽車型號(hào)，傳輸準(zhǔn)確率較高且抗干擾能力極強(qiáng)。但CDMA的傳輸會(huì)占用較多的信道，導(dǎo)致整個(gè)模塊的傳輸穩(wěn)定性欠佳。

為了解決以上問(wèn)題，塑造高穩(wěn)定性的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)汽車超載監(jiān)控信號(hào)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確傳輸，進(jìn)而為使用者提供更高水準(zhǔn)的傳輸服務(wù)。

1 汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊設(shè)計(jì)

汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊選用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸模塊對(duì)汽車超載的有效傳輸。該模塊由供電電路、信號(hào)傳輸芯片、定位天線、傳輸天線和信號(hào)傳輸接口電路組成。當(dāng)系統(tǒng)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成功連接后，信號(hào)傳輸芯片便開(kāi)始進(jìn)行汽車超載監(jiān)控信號(hào)的收發(fā)工作，以及電路的整流工作。信號(hào)傳輸模塊利用定位天線和傳輸天線，為使用者傳輸汽車超載的監(jiān)控信號(hào)，同時(shí)，使用者可以通過(guò)信號(hào)傳輸接口電路修改錯(cuò)誤監(jiān)控信號(hào)，實(shí)現(xiàn)汽車超載的及時(shí)監(jiān)控。

1.1 供電電路設(shè)計(jì)

供電電路采用10 V和3 V兩種電源為汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊供電。當(dāng)信號(hào)傳輸模塊中有超出60%的電路元件同時(shí)工作時(shí)，汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)選用10 V電源為信號(hào)傳輸模塊供電；反之，則選擇3 V電源。圖1為供電電路示意圖。

由圖1可知，10 V電源與3 V電源的轉(zhuǎn)換工作經(jīng)由跳線完成，跳線同時(shí)具有保護(hù)電路的作用。由于汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的傳輸方式是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸中的信號(hào)是不連續(xù)的，導(dǎo)致系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)進(jìn)入到系統(tǒng)電路所產(chǎn)生的電流值波動(dòng)較大。為此，系統(tǒng)在供電電路中加入了二極管以及不同規(guī)格的電容，以避免電流波動(dòng)造成電源兩級(jí)掉換損傷電路元件。

1.2 信號(hào)傳輸芯片設(shè)計(jì)

信號(hào)傳輸芯片是汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的核心，其管理著信號(hào)傳輸模塊的信號(hào)收發(fā)和整個(gè)模塊電路的整流工作，是信號(hào)傳輸模塊同汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)中其他模塊的連接“紐帶”。信號(hào)傳輸芯片的選取應(yīng)首要考慮其安全性和傳輸性能，并兼顧其穩(wěn)定性。根據(jù)以上條件，選擇GE864?AUTO車載芯片作為汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的信號(hào)傳輸芯片。GE864?AUTO車載芯片擁有較高的安全性和傳輸效率，可進(jìn)行監(jiān)控信號(hào)的自動(dòng)讀取和管理，且其穩(wěn)定性和靈敏度均符合汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的需求。圖2是GE864?AUTO車載芯片內(nèi)部電路示意圖。

圖2中，GE864?AUTO車載芯片的核心是單量子阱晶體管。單量子阱晶體管是基于量子阱結(jié)構(gòu)的固態(tài)半導(dǎo)體元件，該元件能夠進(jìn)行信號(hào)波長(zhǎng)的合理調(diào)控，并增強(qiáng)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊對(duì)監(jiān)控信號(hào)的感應(yīng)能力。單量子阱晶體管的開(kāi)關(guān)對(duì)電流信號(hào)異常敏感，一旦GE864?AUTO車載芯片中有電流流入，單量子阱晶體管便立刻開(kāi)始進(jìn)行監(jiān)控信號(hào)的整流工作。待整流工作結(jié)束后，GE864?AUTO車載芯片將整流后的監(jiān)控信號(hào)傳輸?shù)教炀€和信號(hào)傳輸接口電路。

1.3 定位天線和傳輸天線設(shè)計(jì)

天線是汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊不可獲取的元件，其能夠感應(yīng)到信號(hào)傳輸芯片傳出的所有無(wú)線信號(hào)。為方便汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)的后期優(yōu)化工作，信號(hào)傳輸模塊采用雙天線設(shè)計(jì)，即定位天線和傳輸天線。

定位天線能夠獲取其感應(yīng)到的監(jiān)控信號(hào)的具體位置，這對(duì)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊有著重要意義，可以幫助排除汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的錯(cuò)誤信號(hào)，改善系統(tǒng)和模塊的性能。所選取的定位天線的頻率為1 600 MHz，其信號(hào)放大范圍為[25 dB，30 dB]，供電電壓范圍為DC[3 V，5 V]；傳輸天線能夠?qū)⒔?jīng)信號(hào)傳輸芯片整流后的監(jiān)控信號(hào)以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式發(fā)送到使用者的特定設(shè)備中。所選取的傳輸天線能夠承受高于2 A的輸入電流，其電壓駐波率不高于10%，阻抗為50 Ω。圖3是定位天線和傳輸天線的內(nèi)部電路圖。

由圖3可知，為防止汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊在傳輸工作中信號(hào)被篡改的情況，系統(tǒng)為傳輸天線設(shè)置了pin碼，pin碼相當(dāng)于傳輸密碼，只有擁有該密碼，使用者才能調(diào)用汽車超載的監(jiān)控信號(hào)。在定位天線和傳輸天線的安裝中，應(yīng)保證其線路連接筆直且短小，且電源接地端不能夠有任何損壞。同時(shí)，由于定位天線和傳輸天線的傳輸制式相近，故兩者的位置不可以相距過(guò)近且不能安裝在彼此的正前方。安裝完畢后，應(yīng)利用金屬物品分別遮蔽定位天線和傳輸天線，以排除汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)中其他電路元件對(duì)天線信號(hào)造成干擾。使用者也應(yīng)盡量避免靠近工作狀態(tài)下的天線。

1.4 信號(hào)傳輸接口電路設(shè)計(jì)

如果使用者需要進(jìn)行汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控信號(hào)的修改，則需要先通過(guò)信號(hào)傳輸接口獲取整個(gè)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的工作信號(hào)，并獲取到傳輸天線的pin碼，才可以修改監(jiān)控信號(hào)。圖4是信號(hào)傳輸接口電路工作原理圖。

由圖4可知，信號(hào)傳輸接口電路與GE864?AUTO車載芯片直接相連，以方便接收整流后的監(jiān)控信號(hào)。信號(hào)輸入到信號(hào)傳輸接口電路后，會(huì)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換操作。電平轉(zhuǎn)換操作將輸入信號(hào)的電壓值轉(zhuǎn)換成使用者設(shè)備能夠利用的電壓值，該轉(zhuǎn)換過(guò)程需要提前設(shè)置外圍設(shè)備的額定電壓參數(shù)。經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后的電壓會(huì)輸出到接口并傳輸?shù)绞褂谜叩耐鈬O(shè)備中。使用者也可以在信號(hào)傳輸接口電路中添加指令，以根據(jù)自身需求更改汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的信號(hào)傳輸方式。

2 汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊軟件設(shè)計(jì)

汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊選用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸模塊對(duì)汽車超載的有效傳輸，其信號(hào)傳輸流程圖如圖5所示。由圖5可知，汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的信號(hào)傳輸流程為：當(dāng)信號(hào)傳輸模塊接收到汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)其他模塊傳輸來(lái)的監(jiān)控信號(hào)后，會(huì)先建立傳輸任務(wù)。傳輸任務(wù)中包含監(jiān)控信號(hào)的接收單位、接收方式、接收格式等。使用者自行設(shè)計(jì)傳輸指令，當(dāng)傳輸任務(wù)接收到的傳輸指令為“發(fā)送”時(shí)，軟件開(kāi)始進(jìn)行汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的初始化；否則，重新建立傳輸任務(wù)，等待指令。信號(hào)傳輸模塊初始化后，進(jìn)入監(jiān)控信號(hào)的處理工作，即利用信號(hào)傳輸芯片對(duì)其進(jìn)行整流，排除干擾信號(hào)。確認(rèn)干擾信號(hào)已排除，便可開(kāi)始為使用者傳輸監(jiān)控信號(hào)；否則，重新進(jìn)行整流工作。

圖5中，軟件給出的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊初始化語(yǔ)言為：

if（signal！=0xFC）

{

Set GE864?AUTO（0x12，all_OCTET，0x20，0xfc）；

%在地址為0x12的信號(hào)中寫(xiě)入地址為0x20的參數(shù)，并給定 GE864?AUTO芯片工作時(shí)間參數(shù)

transmission GE864?AUTO（0x33，0x28）；

%將需要初始化的模塊地址傳輸，便于進(jìn)行信號(hào)處理工作

fetch GE864?AUTO（0x33，signal）；

%讀取信號(hào)內(nèi)容，并將該內(nèi)容納入到原始信號(hào)中

}

signal=0x00；

在進(jìn)行汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的初始化操作中，軟件給出的讀取和寫(xiě)入地址是不同的，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)重點(diǎn)加以區(qū)分。

3 實(shí) 驗(yàn)

本文設(shè)計(jì)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的初衷是：實(shí)現(xiàn)汽車超載監(jiān)控信號(hào)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確傳輸，進(jìn)而為使用者提供高水準(zhǔn)的傳輸服務(wù)。為了驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的信號(hào)傳輸模塊能否滿足設(shè)計(jì)初衷，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.1 傳輸穩(wěn)定性驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊擁有較高的傳輸穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)在相同的道路狀況和天氣下，使用同一輛汽車分別以低速和高速通過(guò)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)的稱重端，并記錄下本文模塊的輸出信號(hào)。圖6是汽車低速通過(guò)稱重端的輸出信號(hào)曲線，圖7是汽車高速通過(guò)稱重端的輸出信號(hào)曲線。

由圖6和圖7可知，汽車行駛速度不同，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)稱重端的采樣點(diǎn)數(shù)量就不同，圖6和圖7中輸出信號(hào)的波動(dòng)周期不同。為此，利用求取多采樣點(diǎn)輸出信號(hào)平均值的方式獲取汽車是否超載的最終信號(hào)，則圖6和圖7中曲線平均值的差值越小，證明本文模塊的穩(wěn)定性越高。圖6中輸出信號(hào)曲線的平均值為2.346 t，圖7中輸出信號(hào)曲線的平均值為2.341 t，兩者相差0.005 t，驗(yàn)證了本文模塊擁有較高的傳輸穩(wěn)定性。

3.2 傳輸準(zhǔn)確率驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊擁有較高的傳輸準(zhǔn)確率，實(shí)驗(yàn)在相同的道路狀況和天氣下，選取5輛實(shí)際凈重分別為1.0 t，1.5 t，2.0 t，2.5 t和3.0 t的汽車，以隨機(jī)的車速依次通過(guò)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)的稱重端，記錄下每輛車輸出重量的平均值。用每輛車的實(shí)際凈重和輸出重量的平均值中的較大數(shù)值除以較小數(shù)值，即可得出本文模塊的傳輸誤差。其傳輸誤差越小，模塊的傳輸準(zhǔn)確率就越高。表1是本文模塊傳輸誤差統(tǒng)計(jì)表。規(guī)定汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊的傳輸誤差率應(yīng)不高于2%。由表1可知，本文模塊傳輸誤差率的平均值為0.98%，遠(yuǎn)低于所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了本文模塊擁有較高的傳輸準(zhǔn)確率。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)汽車超載監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸模塊，模塊中供電電路、信號(hào)傳輸芯片、定位天線、傳輸天線和信號(hào)傳輸接口電路共同協(xié)作。供電電路為模塊提供其正常工作電量。信號(hào)傳輸芯片進(jìn)行汽車超載監(jiān)控信號(hào)的收發(fā)和整流工作，經(jīng)其整流后的監(jiān)控信號(hào)將傳輸?shù)蕉ㄎ惶炀€、傳輸天線和信號(hào)傳輸接口電路。模塊通過(guò)定位天線和傳輸天線獲取汽車超載監(jiān)控信號(hào)的位置，并將監(jiān)控信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞褂谜叩奶囟ㄔO(shè)備中。使用者利用信號(hào)傳輸接口電路修改錯(cuò)誤監(jiān)控信號(hào)，完成對(duì)汽車超載情況的有效管理。軟件給出監(jiān)控信號(hào)傳輸流程圖和模塊的初始化語(yǔ)言。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的模塊擁有較高的傳輸穩(wěn)定性和傳輸準(zhǔn)確率。

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