【導(dǎo)讀】但是公路上的超載車輛的危害卻是很大的，主要有：加速損壞公路路面，增加公。就顯得日趨重要。動態(tài)稱重是公路車輛自動稱重計量的有效手段，也是加強(qiáng)公路超載。運輸、強(qiáng)制實施超載法規(guī)等管理現(xiàn)代化、科學(xué)化的技術(shù)條件。度和精度是兩個非常重要的性能指標(biāo)，它們標(biāo)志著動態(tài)稱重的水平。階系統(tǒng)模型，推導(dǎo)出車重與傳感器輸出電壓之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。了以DSP和ARM為核心的車輛超載檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬。件主要包括稱重模塊和控制模塊。稱重模塊由數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊構(gòu)成。高可達(dá)720MHz，處理性能可達(dá)5760MIPS，滿足了動態(tài)稱重對速度和精度的要求。制模塊，在其上擴(kuò)展了觸摸屏接口、IDE硬盤接口、以太網(wǎng)接口等。數(shù)據(jù)的存儲與傳輸。載檢測的整個過程進(jìn)行控制，并實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的實時操作和多任務(wù)工作。了模塊化的思想進(jìn)行了軟件設(shè)計，使軟件容易升級，人機(jī)界面友好，使系統(tǒng)操作簡便。

　　

【正文】 板簧設(shè)計時的彈性系數(shù)取值范圍 ，N/ m10)150~100( 3??k ， 而為了保持公路路面的正常使用壽命，要求汽車軸重質(zhì)量不大于 kg1020 3? ，代入式 (27)計算， 得汽車振動的最大頻率 )max( cf 不超過 20 Hz。為了提高測量的準(zhǔn)確度，將車身垂直振動截止頻率定為 Hz2050 ??cf 。根據(jù)采樣定理，最小采樣頻率 Hz1002min ?? cff ，本系統(tǒng)的采樣頻率 Hz200?sf 。 傳遞函數(shù)離散化 的離散化傳遞函數(shù)動態(tài)汽車衡的傳遞函數(shù)如圖 27所示，系統(tǒng)的輸入為汽車的軸重階躍信號。動態(tài)汽車衡 的輸出經(jīng)過 AD采樣后，傳感器的輸出變化量為一離散量。為能得到輸出跟輸入之間，我們將系統(tǒng)輸入視為階躍信號經(jīng)零階采樣保持電路之后得到的離散信號量 [22]。零階保持環(huán)節(jié)輸出 )(tGk 與連續(xù)輸入信號 )(tG 之間的關(guān)系為： ??? ????? 0 )]()()[()( kk TkTtukTtutGtG (28) 其拉氏變換為 sesB Ts??? 1)( ， T 為 采樣間隔。 加入零階保持環(huán)節(jié)后，圖 27形式轉(zhuǎn)化成圖 28，即經(jīng)零階保持環(huán)節(jié)后的傳遞函數(shù)為： 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 假定系統(tǒng)的初始條件都為 0，我們可以將系統(tǒng)的傳遞函數(shù)作 Z變換 [23]，即： ???????? ?? ??? ???? ??? 221 2122 )c o s2(11)( ZeZTe BZAZZH aTaT ??? (210) 式中 )s i nc o s1( TeaTeA aTaT ??? ?? ??? )s inc os( TeaTeeB aTaTaT ??? ??? ??? 由式 (210)知， Z變換之后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)具有如下形式： 221102211)( )()( ??????? ??? ZbZbb ZaZaZG ZXZH (211) 即： ))(())(( 221102211 ???? ???? ZbZbbZXZaZaZG (212) 21021 bbb 、 aa 為系統(tǒng)參數(shù)，由測量結(jié)果識別，由此得到系統(tǒng)的差分方程： 2)2()1()()2()1( 21021 ????????? nnxbnxbnxbnganga (213) 式中 )(ng ——階躍輸入，當(dāng) 2?n 時有 )()2()1( ngngng ???? ，由于汽車垂向位移 )(nx與傳感器輸出信號 )(nv 成正比，因此： )2()1()()( 39。239。139。0 ????? nvbnvbnvbng (214) 信號分析及算法 由以上模型分析可知，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可以推算車輛載荷，然而實際測量中，測量環(huán)節(jié)不可避免地引入了測量噪聲，如電源電壓波動、元器件噪聲、量化誤差及外界干擾等，使式 (213)取得以下形式 )()2()1()()( 39。239。139。0 nnvbnvbnvbng ??????? (215) 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 )(n? 為測量環(huán)節(jié)引入的誤差，通常假設(shè)為白噪聲，用最小二乘法估計模型參數(shù) 39。239。139。0 ??? bbb 、 ，使 ? )(2 n? 最小，從而實現(xiàn)抑制噪聲的目的。 )1(?)()()[()1(?)(? ???????? nnhngnLnn T 1)]1()1()()[()1()( ????? nhnpnhnhnPnL T )1()]()([)( ??? npnhnLInp T )]2()1()([)( ??? nvnvnvnh ， 式中 )(?n? ——待定參數(shù)向量； )(?n? ＝ ]???[ 39。239。139。0 bbb ， ； I ——單位矩陣； )(nh ——測量數(shù)據(jù) )(nv 構(gòu)成的數(shù)據(jù)向量。 將離散化二階系統(tǒng)方程運用于動態(tài)汽車衡。實現(xiàn)流程如下：系統(tǒng)根據(jù)實測的數(shù)據(jù)序列，用最小二乘法估計離散化式 (214)中的參數(shù) 39。239。139。0 ??? bbb 、 ，據(jù)此遞推計算系統(tǒng)的輸入 )(ng ，)(ng 為離散化的汽車重量序列，計算系統(tǒng)的輸入序列 )(ng 取均值得到汽車的重量值。 本章小結(jié) 在本 章中，首先詳細(xì)介紹了整車識別的方法與過程，以及輪軸的識別和車速檢測的方法。然后對汽車稱重的力學(xué)模型進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出其二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，進(jìn)而得出車重與傳感器輸出電壓之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)概述 硬件是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了性能高的硬件才能發(fā) 揮出程序的性能，因此硬件設(shè)計很關(guān)鍵。在本文的系統(tǒng)中，包括動態(tài)稱重模塊，車牌識別模塊，控制管理模塊。動態(tài)稱重模塊包括紅外車輛分離器、傳感器、 AD 轉(zhuǎn)換器和 DSP 數(shù)據(jù)采集處理部分；車牌識別模塊包括 CCD 攝像機(jī)、 DSP 處理模塊等，控制管理模塊包括人機(jī)界面、顯示、相應(yīng)的控制輸入輸出和信息管理系統(tǒng)。本文中主要設(shè)計兩部分：一是 DSP 組成的車重數(shù)據(jù)采集和處理模塊；另一部分是 ARM 組成控制模塊，在其上嵌入操作系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的控制和信息管理。系統(tǒng)的框圖如圖 31 所示，具體的在下面進(jìn)行詳細(xì)敘述。 紅 外 車 輛 分離 器光 電 隔 離光 纖 傳 感 器放 大 電 路A / D 轉(zhuǎn) 換 器C C D 攝 像 機(jī)D S PA R M控 制打 印 機(jī)顯 示動 態(tài) 稱 重 模 塊車 牌 識 別 模 塊控 制 模 塊圖 3 1 硬 件 總 體 框 圖F i g . 3 1 H a r d w a r e f r a m e 數(shù)據(jù)采集與處理模塊 數(shù)據(jù)采集與處理包括動態(tài)稱重模塊和車牌識別模塊，本系統(tǒng)中主要對動態(tài)稱重模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述，對車牌識別模塊使用現(xiàn)有的模塊，不對其進(jìn)行說明。動態(tài)稱重模塊主要由 TMS320DM642 核心處理部分、傳感器、放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器組成。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 在系統(tǒng)中我們采用的是 TMS320DM642，它是專用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能 32 位定點 DSP，工作主頻最高達(dá) 720MHz，處理性能可達(dá) 5760MIPS。 TMS320DM642 概述 TMS320DM642（以下簡 稱 DM642）是美國德州儀器公司 (TI)推出的一款面向數(shù)字多媒體應(yīng)用的 DSP，采用 TI 的第二代高級超長指令字結(jié)構(gòu) (VelociTI)，使得在一個指令周期能夠并行處理多條指令。 DM642 采用兩級緩存結(jié)構(gòu)：第一級包括相互獨立的L1P(16KB)和 L1D(16KB)，只能作為高速緩存使用；第二級 L2(256KB)是一個統(tǒng)一的程序 /數(shù)據(jù)空間，可整體作為 SRAM 映射到存儲空間，也可整體作為第二級 Cache，或是二者按比例的一種組合來使用，容量較大的兩級緩存和 EDMA 通道是 DM642 高性能的體現(xiàn)之一，若能合理使用和管 理，將能大幅度提高程序的運行性能 [24] [25]。 此外 DM642 具有豐富的外圍設(shè)備接口，包括 3 個可配雙通道視頻端口 Video Port，其中每個 Video Port 又分成 A 和 B 兩個通道 [26]， A/B 通道可分別處理一路視頻采集，因此 DM642 最多可以處理 6 路視頻采集數(shù)據(jù)（不帶音頻），另外還包括 64bit 的外部內(nèi)存接口 (EMIF)、 10/100Mbps 以太網(wǎng) MAC 和多通道音頻串行端口 (McASP)以及 66MHz 32bit 的 PCI 接口。 DM642 的基本系統(tǒng)由 DM642 和外擴(kuò)的存儲器以及外設(shè)組成，而外擴(kuò)的存 儲器和外設(shè)均通過 DM642 的外部存儲器接口 (EMIF)進(jìn)行擴(kuò)展， DM642 基本系統(tǒng)所必須的外擴(kuò)資源包括： 1. SDRAM(4M64位 )，用于存放程序和緩存數(shù)字、視頻 /音頻數(shù)據(jù)； 2. FLASH(4M8位 )，用于存放固化程序，以便進(jìn)行 ROM 引導(dǎo)； 3. UART(288位 )，擴(kuò)展 2 個異步串口 (RS232/RS422/RS485)； 4. 板上寄存器 (88位 )，由若干個 8 位狀態(tài) /控制寄存器組成； 5. 硬盤接口 (1616位 )，用于本地大容量存儲接口。 由上可知 DM642 非常適用于 VoIP、數(shù)字視頻服務(wù)器、多通道數(shù) 字視頻錄像機(jī)(DVR)、多通道數(shù)字視頻監(jiān)控等應(yīng)用，提供高質(zhì)量的視頻編 /解碼解決方案。 TMS320DM642 外部地址總線只有 A[22:31]，總共 20 根，所以子空間最大的尋址范圍為 1M8 位。核心板上子空間除了分配給 Flash 以外，還分配給狀態(tài) /控制寄存器、UARTA、 UARTB 等資源使用，其中 Flash 只占據(jù)子空間的前一半的尋址空間，即最大的可尋址范圍為 512K8 位，而 Flash 的設(shè)計容量為 4M8 位，所以為了尋址到 Flash 所有的地址空間，在核心板上采用分頁技術(shù)來實現(xiàn)對 Flash 的訪問，即將整個 4M8 位的Flash 分成 8 個 512K8 位的頁，而頁地址 PA2 PA PA19 則由頁地址寄存器提供 。 網(wǎng)絡(luò)接口 TMS320DM642 中的 PCI 接口、 HPI 接口和以太網(wǎng) MAC 接口管腳是復(fù)用的。它們的功能選擇和配置是在上電復(fù)位時通過檢測 TMS320DM642 上的特殊引腳 (PCI_EN、MAC_EN、 HD PCI_EEAI)的狀態(tài)來實現(xiàn)的。通過把管腳 MAC_EN 拉高， PCI_EN 拉低配置成 16 位 HPI 接口和以太網(wǎng)接口的模式。 TMS320DM642 的 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 由 EMAC(10/100Mb/s Ether MAC) 與MDIO(Management Data Input/Output)兩部分組成的。其中 EMAC 為網(wǎng)路的數(shù)據(jù)通路，哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 MDIO 為 EMAC 的狀態(tài)及控制接口 [28] [29]。 1．網(wǎng)絡(luò)接口的簡介 TMS320DM642 的網(wǎng)絡(luò)接口主要用來支持物理層的網(wǎng)絡(luò)器件(PHY)與 DSP 的連接。其中 EMAC 控制 PHY 與 DSP 之間的數(shù)據(jù)包的交換， MDIO 控制PHY 的配置與狀態(tài)的監(jiān)測。 網(wǎng)絡(luò)接口主要功能有：符合 IEEE 協(xié)議；支持傳媒無關(guān)接口 (MII)； 8 個獨立的發(fā)送與接收通路；同步的 10/100Mbit 的數(shù)據(jù)操作；廣播及多幀的傳送。 2． PHY設(shè)備的連接 圖 3 2 為 PHY 設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)接口的框圖。 在 DM642 系統(tǒng)中用 Broad公司的 BCM5221 作為 10/100BaseTX 以太網(wǎng)收發(fā)器，BCM5221 的 MII 接口與 DM642 的 MII 接口對接。 DM642 的 MII 不支持 TXER，它通過求反發(fā)送幀 CRC 來指出網(wǎng)絡(luò)錯誤，所以 BCM5221 上的 TXER 引腳直接接為無效。需要注意的是，數(shù)據(jù)經(jīng)過 BCM5221 后的兩組差分信號線在 PCB 布線的時候應(yīng)盡量平行走線，避開高頻干擾源，以保證輿信號的正確率。 DM642 中只采用 10/100BaseTX 方式，所以 BCM5221 的 SD+和 SD引腳懸空。而TD+、 TD、 RD+和 RD信號則經(jīng) Pulse 公司的 H1102 1:1 變壓器變換成 TX+、 TX、 RX+和 RX信號，接口到 RJ45 連接器上。 RJ45 連接器選用 AMP 公司的 4065491，其上帶 2 個 LED 指示燈，右邊的 LED 為綠色，用作指示連接狀態(tài)，左邊的為黃色，正常情況下，用來指示數(shù)據(jù)傳輸 。 3． EMAC 的數(shù)據(jù)包 在 以太網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)是以網(wǎng)絡(luò)幀的方式進(jìn)行傳送的。其格式如表 31 所示。 表 31 以太網(wǎng)數(shù) 據(jù)包格式 Table31 Ether frame 7 1 6 6 2 461500 4 Preamble SFD Destination Source Len Data FCS 從上面可以看出一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包包括以下幾個部分： 2 . 5 MHz or 25 MHzMTCL KMTXD ( 3 0 )MTXE NMC OLMC RSMR CLKMR XD ( 3 0 )MR XDVMR XE RMDCLKMDIOPHYDSPEMACMDIOXFMRRJ 45圖 3 2 PHY 與網(wǎng)絡(luò)接口框圖Fig . 3 2 PHY and wor k inter f ace哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 Preamble：引導(dǎo)位； SFD：分隔符； Destination：目的地址； Source：源地址； Len數(shù)據(jù)的長度； Data：最長為 1500 個數(shù)據(jù)； FCS：幀校驗。 其中加粗的部分稱為以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，在 EMAC 經(jīng)過 EDMA 后得到的內(nèi)容為以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，即粗框內(nèi)的結(jié)構(gòu)。因 此