【正文】 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量； 所得的載重量將通過 RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī) 與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。 選 題背 景 隨著 我 國 經(jīng) 濟(jì) 和 交 通事 業(yè) 的 發(fā) 展 全 國 公 路 總里 程 不 斷 增 長路 網(wǎng) 條件不斷 改善公 路運(yùn)輸 獲得 了快速 發(fā)展公 路貨 運(yùn)量己 成為 各種運(yùn) 輸方式 貨運(yùn)量之 首貨物 周轉(zhuǎn)量 也逐 年增加 然而長 期以 來公路 貨運(yùn) 卻出現(xiàn) 了一種 非法超限 運(yùn)輸?shù)?怪現(xiàn)象 即超 高超寬 超長超 重運(yùn) 輸據(jù)不 完全 統(tǒng)計(jì)超 限運(yùn)輸 的比率占貨運(yùn)車輛的 50%以上 超載量平均為 倍車輛超載大大縮短了交通基 礎(chǔ)設(shè)施 的使用 壽命 給國家 造成巨 大的 經(jīng)濟(jì)損 失同 時(shí)因超 載超限 運(yùn)輸引發(fā) 的交通 事故也 日益 增多威 脅著人 民的 生命安 全嚴(yán) 重影響 了公路 的正常運(yùn)行。針對(duì)超載車輛，主要有以下幾個(gè)不良影響： （ 1）加速公路路面損壞和大大縮短了公 路使用年限。在理論上，公路的使 用壽命 的設(shè)計(jì) 年限 是根據(jù) 《公路 工程 技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)》 的規(guī)定 來計(jì)算 設(shè)計(jì)的，在我國公路路面的荷 載為單軸雙輪荷載 10 噸來 設(shè)計(jì)的，司機(jī)若 按 7 這個(gè)荷 載承載 貨物運(yùn) 輸， 是不會(huì) 對(duì)公路 路面 造 成大 的損 害的， 而且， 不會(huì)增加 公路管 理局對(duì) 公路 路面的 維護(hù)量 。但 若車輛 作用 于路面 的實(shí)際 荷載超過 路面的 設(shè)計(jì)荷 載時(shí) ，那么 ，公路 的使 用壽命 將大 大縮短 。車輛 超載會(huì)增 加車輛 對(duì)路面 的損 害，按 照國際 上通 用的計(jì) 算方 法，汽 車軸載 質(zhì)量對(duì)公路路面的破壞關(guān)系服從“十六次方法則”，即汽車軸載質(zhì)量每增加一倍，公路受損將增加 16 倍 ,全國公路每 年因車輛超載造成的損失超 過300 億元。 （ 2）嚴(yán)重的環(huán)境污染。車輛超載必然使發(fā) 動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而排出的濃 煙和噪 聲是正 常情 況下的 幾倍， 對(duì)自 然和社 會(huì)環(huán) 境的危 害是顯 而易見的。 （ 3）嚴(yán)重影響公路交通安 全。近 年來我國 發(fā)生的車輛連環(huán)相撞特大交通事 故，許 多均與 車輛 的超載 有關(guān)。 例如 ，京滬 高速 公路江 蘇沂淮 段在一年時(shí)間內(nèi)因車輛超限所造成的交通事故共 46 起，死亡 61 人，傷 123人。廣東京珠高速公路粵境 北段開通半年就已經(jīng)死傷 80 多人，經(jīng)交通 部門的專 家分析 ，與車 輛嚴(yán) 重超載 超限有 直接 關(guān)系。 車輛 嚴(yán)重超 載時(shí)， 使車輛的 行駛穩(wěn) 定性、 剎車 性能、 輪胎承 荷能 力、轉(zhuǎn) 向可 靠度等 行駛狀 況大大降 低，一 旦，出 現(xiàn)問 題行駛 的車輛 將無 法駕馭 ，極 易引發(fā) 交通安 全事故。 （ 4）降低公路的使用效率 和影響交通。嚴(yán) 重超載車輛車速無法高速行駛， 且由于 車體大 ，影 響后車 通行， 常常 造成公 路的 交通阻 塞，使 公路的使 用效率 大大降 低。 由于超 載車輛 行駛 速度難 以提 高，形 成移動(dòng) 瓶頸，影 響鄰車 司機(jī)的 視野 ，造成 車輛行 駛緩 慢，漫 漫車 龍前后 綿延數(shù) 十公里。例如， 2020 年 9 月 110 國道與八達(dá)嶺高速公路上大量的超載車輛 8 導(dǎo)致八達(dá)嶺高速公路遭遇到歷史上最嚴(yán)重堵車，連續(xù) 7 天道路不暢， 上千輛載重貨車蝸行。 （ 5）擾亂國家養(yǎng)路費(fèi)和路橋收費(fèi)政策，使 國家稅費(fèi)大量流失，導(dǎo)致不公平 競(jìng)爭(zhēng)。 目前， 我國 公路的 養(yǎng)護(hù)費(fèi) 、管 理費(fèi)、 通行 費(fèi)都是 按車管 部門核定 的噸位 來收的 ，超 載就必 然導(dǎo)致 這部 分費(fèi)用 的流 失。正 常營運(yùn) 的貨車，保守地按每車平均超 載 15 噸來計(jì)算 ，每年流失的養(yǎng)路費(fèi)高達(dá) 4 萬元，從 全國證 常營運(yùn) 的貨 車數(shù)量 不難算 出國 家每年 因車 輛超載 而流失 的稅費(fèi)將 是一個(gè) 龐大的 數(shù)目 。養(yǎng)路 費(fèi)和路 橋費(fèi) 是道路 使用 者或受 益者對(duì) 利用道路 所支付 的一種 補(bǔ)償 ，所以 ，超載 的運(yùn) 輸公司 或承 運(yùn)者鉆 了國家 公路收費(fèi)的政策的空子，而對(duì)于遵紀(jì)守法的人來說，無疑是不公平的。 （ 6）嚴(yán)重?cái)_亂運(yùn)輸市場(chǎng) 秩序。隨著社 會(huì)的發(fā)展和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的成熟 發(fā)展，人 民對(duì)物 質(zhì)的需 求日 益增多 和提高 ，同 時(shí)也加 大了 運(yùn)輸市 場(chǎng)運(yùn)力 的需求， 所以， 運(yùn)輸公 司或 承運(yùn)者 為節(jié)省 成本 和提高 效益 ，于是 采用超 載運(yùn)輸來 獲取高 額的利 潤和 行業(yè)的 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu) 勢(shì)， 同時(shí)， 看到 利益的 同行也 都相繼模 仿，竟 相超載 運(yùn)輸 ，嚴(yán)重 擾亂了 運(yùn)輸 市場(chǎng)的 秩序 ，加劇 超載運(yùn) 輸現(xiàn)象。例如， 2020 年，由于國際油價(jià)的飆長，國內(nèi)成品油價(jià)格也相繼提高，某 些未進(jìn) 行超限 超載 試定的 省份或 地區(qū) ，運(yùn)輸 公司 或承運(yùn) 者惡意 違反道路交通規(guī)定，使車輛嚴(yán)重超限超載上路運(yùn)輸。 （ 7）對(duì)橋梁的安全構(gòu)成重大 威脅。如果車輛 經(jīng)常嚴(yán)重超載通過橋梁，即使設(shè) 計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 較高的 水泥 混凝土 橋梁也 會(huì)產(chǎn) 生橋梁 撓度 增大， 水泥混 凝土過早 開裂， 逐步引 起鋼 筋銹蝕 ，而在 橋梁 的薄弱 環(huán)節(jié) ，則會(huì) 出現(xiàn)伸 縮縫接口 出現(xiàn)鋼 材焊口 開焊 、橋頭 填土下 沉， 甚至還 可能 由于我 國公路 超重運(yùn)輸 現(xiàn)象也 十分普 遍和 嚴(yán)重， 車主通 過改 裝車身 、后 橋和輪 胎來大 幅 9 度提高 貨車的 裝載能 力。 超重對(duì) 路面的 破壞 非常嚴(yán) 重， 給路上 行人及 車輛帶來 非常大 的安全 隱患 。要遏 制超限 運(yùn)輸 ，最大 可能 的減少 超限運(yùn) 輸造成的 危害， 需要做 很多 方面的 工作， 實(shí)現(xiàn) 對(duì)公路 汽車 的動(dòng)態(tài) 稱重， 無疑是其中很重要的一環(huán)。超限超載工作治理需要大量的檢測(cè)設(shè)備，然而，目前在 全國裝 有檢測(cè) 設(shè)備 的高等 級(jí)公路 匝道 或收費(fèi) 站卻 不多， 車輛是 否超載主 要由交 警和路 政憑 經(jīng)驗(yàn)判 斷，這 樣由 于缺乏 科學(xué) 性，給 管理部 門的嚴(yán)格執(zhí)法帶來了很大困難。 在高速 公路上 交警 若懷疑 某車 超載則 讓其 停車， 到指 定 的檢 測(cè)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)稱重，以確定其超載及超載量。其缺點(diǎn)是： 1)依靠目測(cè)和經(jīng)驗(yàn)來判斷，誤差很大，極易造成對(duì)超載車的漏檢； 2)若對(duì)過往每輛車都檢查，則很容易引起交通阻塞； 3)停車稱重，檢測(cè)效率非常低，需要時(shí)間長。 傳統(tǒng)的 稱重方 法是 采用基 于電量 學(xué)的 汽車衡 (地秤 )， 然而 這種傳統(tǒng)的電量 學(xué)汽車 衡在耐 久性 指標(biāo)上 難以滿 足實(shí) 際工程 需要 ，因?yàn)?它具有 成本高、 精度低 、功能 簡(jiǎn)單 、穩(wěn)定 性重復(fù) 性差 、靈敏 度低 和零點(diǎn) 漂移大 以及維修 復(fù)雜等 缺陷， 這樣 就給計(jì) 量工作 帶來 了的誤 差， 從而使 國家稅 費(fèi)流失。 因此， 當(dāng)前的 汽車 稱重傳 感檢測(cè) 技術(shù) 還不能 充分 滿足工 業(yè)和實(shí) 際工程的 需要， 急需研 制出 響應(yīng)快 、抗干 擾能 力強(qiáng)、 準(zhǔn)確 度高的 新型稱 重傳感器 ，這對(duì) 交通部 門有 效地實(shí) 施超限 管理 ，保證 行車 安全、 延長公 路的使用 壽命、 降低公 路養(yǎng) 護(hù)的成 本、減 少環(huán) 境污染 等方 面有著 顯著的 社會(huì)效益 和經(jīng)濟(jì) 效益。 若能 實(shí)現(xiàn)對(duì) 汽車的 動(dòng)態(tài) 稱重， 則可 以很好 的解決 這些問題 。動(dòng)態(tài) 稱重是 測(cè)量 行駛中 汽車重 量的 一種技 術(shù)， 利用動(dòng) 態(tài)稱重 技術(shù)，增 加對(duì)超 載汽車 的監(jiān) 控，配 合處罰 可以 迫使車 輛不 敢超載 ，保護(hù) 道 10 路的同 時(shí)還降 低了交 通事 故的發(fā) 生。動(dòng) 態(tài)稱 重系統(tǒng) 一般 安裝在 高速公 路收費(fèi)站 前，當(dāng) 汽車駛 過的 時(shí)候， 重量被 記錄 下來， 顯示 給高速 公路的 路政管理 人 員。 動(dòng)態(tài)稱 重系 統(tǒng)，提 供了一 種實(shí) 時(shí)連續(xù) ，對(duì) 所有汽 車無偏 差測(cè)量的 新技術(shù) 。雖然 各種 動(dòng)態(tài)稱 重的原 理不 同，但 是目 前大部 分動(dòng)態(tài) 稱重傳感器的缺點(diǎn)有精度低、壽命短、易受電磁十?dāng)_等。 本設(shè)計(jì)就是基于這種需求，設(shè)計(jì)一基于單片機(jī)的機(jī)車超載檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)過往 機(jī)動(dòng)車 輛進(jìn)行 稱重 ，判斷 是否超 載， 若超載 顯示 超載重 量并進(jìn) 行報(bào)警。 要判斷 汽車是 否超 載首先 要知道 車輛 所裝載 的貨 物質(zhì)量 ，隨著 傳感器技 術(shù)和微 處理器 技術(shù) 的發(fā)展 ，利用 電子 技術(shù)也 可以 測(cè)量出 物體的 質(zhì)量進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì) 汽車超 載的 監(jiān)控， 而且精 度可 以做的 很高 。利用 電子技 術(shù)判斷汽 車是否 超載的 基本 的原理 是：利 用傳 感器將 汽車 的載重 量轉(zhuǎn)化 為電壓信號(hào)，然后通過放大電路將這個(gè)微弱的 電壓信號(hào)按比例放大后送 A/D轉(zhuǎn)換芯 片轉(zhuǎn)換 為數(shù)字 信號(hào) ，通過 接口電 路將 這個(gè)數(shù) 字信 號(hào)傳送 給計(jì)算 機(jī)進(jìn)行處 理，計(jì) 算出汽 車的 載重量 并判斷 是否 超載， 如果 超載了 要顯示 超載的重量并報(bào)警。 國 內(nèi)外 汽車 動(dòng)態(tài) 稱重 系統(tǒng) 研究 現(xiàn)狀 公路的 快速發(fā) 展對(duì) 國民經(jīng) 濟(jì)的 促進(jìn)作 用已 為多年 來持 續(xù)發(fā)展 的經(jīng)濟(jì)所證明 。但是 在汽車 運(yùn)輸 中，由 于受經(jīng) 濟(jì)利 益的驅(qū) 動(dòng)。 載貨汽 車超載 現(xiàn)象普遍 存在。 超載行 駛造 成公路 嚴(yán)重?fù)p 壞， 引發(fā)許 多惡 性交通 事故。 超載，是 指汽車 裝載的 貨物 超過汽 車本身 的額 定載重 量。 國外許 多國家 的道路運(yùn) 輸也普 遍存在 超限 超載現(xiàn) 象。為 了避 免超限 超載 車輛引 發(fā)的一 系列危害，歐共體成員國和美 國、加拿大等國 在上世紀(jì) 50 年代就開始對(duì) 汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng) (weigh— in— motion． 簡(jiǎn)稱 WIM)進(jìn)行研究并取得了相應(yīng) 11 的成果。 1974 年，美國首次在車輛載荷研究中使用 WIM 系統(tǒng)。 1992 年，由歐洲高速公路系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟 (FEHRI)發(fā)起。按照歐盟運(yùn)輸委員 會(huì)(ECTD)的程序框架制定了 COST323 計(jì)劃． 該計(jì)劃主要內(nèi)容就是研究對(duì) 公路行駛車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)載 荷監(jiān)控的相關(guān)問題，其中最重要的一項(xiàng)測(cè)試是在瑞士進(jìn)行為期 30 個(gè)月的 WIM 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。 遍存在 的問題 是： 設(shè)備質(zhì) 量重 ，安裝 困難 ，工作 效率 低，影 響交通通行， 甚至誘 發(fā)交通 事故 ，危及 稽查人 員的 人身安 全。 特別是 隨著高 速不停車 收費(fèi)系 統(tǒng)的發(fā) 展。 現(xiàn)有的 靜態(tài)稱 重系 統(tǒng)和動(dòng) 態(tài)稱 重系統(tǒng) 很難滿 足要求。 1990 年在美國舉行的 “ 國際交通數(shù)據(jù)采集技術(shù)會(huì)議 ” 上西德 PAT 的平板 式傳感 器性能 較理 想同時(shí) 展示數(shù) 種低 成本的 動(dòng)態(tài) 稱重系 統(tǒng)它們 主要基于 壓電纜 壓電膜 和電 容傳感 技術(shù)在 安裝 理想的 情況 下能使 統(tǒng)計(jì)平 均誤差控制在 15%左右 1994 年在中國舉行的 “ 國 際 交 通 自動(dòng) 化 技 術(shù) 會(huì) 議 ” 上 德 國展 示 了采用平 板式傳 感器 的 SAW100 動(dòng)態(tài) 稱重系 統(tǒng)及 其在 自動(dòng)收 費(fèi)站 的應(yīng)用 在90 年代 中期以 后安 放在橋 板上 面的 WIM 系統(tǒng) 在美 國聯(lián)邦 高速 公路協(xié) 會(huì)的同意 下成為 可能 在美國 在公 路長期 管理 計(jì)劃 LTPP 下已 經(jīng)搜 集了大 量的數(shù)據(jù) . 1997 年美國聯(lián)邦公路管理局出版 “WIM 實(shí)踐手冊(cè) ” 用于愛荷華州州立大學(xué)運(yùn)輸研究和教學(xué)使用 2020 年 ASTM1318 高速公路 WIM 系統(tǒng)標(biāo) 準(zhǔn)說明書第 2 版發(fā)行 .國內(nèi)對(duì)超載 車輛動(dòng) 態(tài)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 的研究 正方興 未艾 現(xiàn)有的 動(dòng)態(tài) 車輛系 統(tǒng)主要 是 12 在靜態(tài) 稱重基 礎(chǔ)上改 進(jìn)形 成的動(dòng) 態(tài)汽車 衡要 求汽車 通過 速度低 且需要 開挖道路安裝不方便目前的產(chǎn)品包 括青島 公平衡器總公司的 ZCS 型公路 車輛超限檢測(cè)系統(tǒng)和 SCS 系列 便攜式軸重秤北京高登衡器 的 ZCS 固定式 公路運(yùn)輸 車輛超 限檢 測(cè)系 統(tǒng)廣東 天日 科技有 限公 司的 TCD104 車 輛超限 檢測(cè)儀等 其缺點(diǎn) 主要是 要求 通過的 速度低 從而 導(dǎo)致交 通的 不暢通 高速系 統(tǒng)仍處于 實(shí)驗(yàn)研 究階段 因此 ，有必 要運(yùn)用 法律 、行政 、經(jīng) 濟(jì)等手 段對(duì)車 輛超載的違法進(jìn)行治理。尤其是運(yùn)用技術(shù)手段對(duì)車輛超載行為進(jìn)行“主動(dòng)”治理。 但是， 截止目 前為 止。純 技術(shù)手 段的 研究仍 較少 見。本 文將從 技術(shù)層面 出發(fā)， 從“源 頭” 對(duì)車輛 超載的 行為 進(jìn)行限 制， 最大限 度扼制 超載違法 行為， 凈化公 路通 行 環(huán)境 ，提升 公路 安全通 行效 率和運(yùn) 輸車輛 合法轉(zhuǎn)載率，減少道路交通事故。 目前， 在我國 廣泛 使用著 的車 輛動(dòng)態(tài) 稱重 系統(tǒng)， 動(dòng)態(tài) 稱重裝 置的秤體仍然 是采用 秤體平 臺(tái)跨 接在傳 感器上 ，使 稱重物 的重 量經(jīng)過 秤體結(jié) 構(gòu)再傳遞 到傳感 器上的 簡(jiǎn)支 梁型的 橋式結(jié) 構(gòu)。 其有著 價(jià)格 優(yōu)勢(shì)大 、組裝 靈活和易 于維護(hù) 等特點(diǎn) 。并 且，國 內(nèi)與其 配套 的精度 較高 的車輛 動(dòng)態(tài)稱 重顯示控制器儀表，在 16km/h 以內(nèi)的勻速過秤測(cè)試中，單軸載重測(cè)量的平均誤差從 177。2% ~ 177。6% 不等 [13]，但在 16km/h 以上更快速度下，會(huì)產(chǎn)生非真實(shí)的 車重值 甚至?xí)?由于 檢測(cè)速 度不夠 快而 導(dǎo)致丟 軸重 的情 況 發(fā)生。 所以，在 過去幾 十年的 動(dòng)態(tài) 稱重技 術(shù)研究 中， 在如何 保持 檢測(cè)精 度的穩(wěn) 定性和減少車輛通過速度對(duì)檢測(cè)的影響，一直是致力解決的問題。 國 內(nèi)外 汽車 動(dòng)態(tài) 稱重 系統(tǒng) 發(fā)展 動(dòng)向 盡管對(duì) 車輛動(dòng) 態(tài)稱 重系統(tǒng) 的研 究己經(jīng) 有了 很大進(jìn) 展， 但在研 究過程中還存在許多問題需要解決： 13 （ 1）研究稱重本體。車輛 是稱重本體，是稱重系 統(tǒng)的對(duì)象，車輛在秤臺(tái)上 運(yùn)動(dòng)時(shí) ，秤臺(tái) 的受 力情況 的與車 輛的 運(yùn)動(dòng)情 況有 著密切 的聯(lián)系 ，對(duì)它們 的研究