公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與開發(fā)-資料下載頁
2025-05-06 00:02本頁面
【正文】 態(tài)稱重時的干擾因素缺乏完整的分析，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，使其動態(tài)稱重性能得以改善，但是稱重精度沒有得到相應(yīng)的回報(bào)。（2）缺乏對動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的研究，至今動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍沿用靜態(tài)稱重設(shè)計(jì)方法。很多設(shè)計(jì)研究方案只是停留在對動態(tài)稱重系統(tǒng)做一個簡單的模型搭建，沒有針對稱重對象的特性進(jìn)行分析，使得稱重?cái)?shù)據(jù)明顯不符合公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)的具體要求，不能滿足智能交通系統(tǒng)的發(fā)展要求。（3）沒有一個確定的公式、函數(shù)或依據(jù)來計(jì)算動態(tài)稱重車輛的真實(shí)軸重值。所以對于稱重?cái)?shù)據(jù)的處理顯得很抽象，研究方法雖然很多，但深度不夠，對于具體解決稱重精度還是沒有有效的措施。本課題研究主要從稱重精度方面著手，通過對動態(tài)稱重時的干擾因素分析來提高稱重精度，鑒于影響動態(tài)稱重的干擾因素很多，而且這些因素之間不存在確切的函數(shù)關(guān)系。用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法很難分析這些干擾因素之間的關(guān)系，而選擇智能算法在處理非線性的、復(fù)雜的問題方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢，可以更好的解決稱重精度的非線性問題。由于智能算法的局限性，以及稱重模型的非線性等問題，所以本問經(jīng)過智能算法優(yōu)化控制的動態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)還具有較大的誤差。為了進(jìn)一步提高稱重精度，本文對采集的稱重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行BP 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，將不同車速下的軸重信號與車輛的實(shí)際載荷進(jìn)行非線性建模，由于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度快、有唯一最佳逼近點(diǎn)的特性以及無局部極小的優(yōu)點(diǎn)，通過仿真結(jié)果表明稱重效果良好，可用于實(shí)際的動態(tài)稱重系統(tǒng)的研究中。 本章小結(jié)本章主要闡述了用于公路路政部門測量行駛車輛的動態(tài)重量值、速度等相關(guān)參數(shù)的公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)的研究目的和意義，通過分析目前關(guān)于公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)的國外和國內(nèi)的研究現(xiàn)狀，進(jìn)而探討公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)未來發(fā)展的趨勢，最后提出了本課題研究所需要做的主要工作。第二章 公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想 公路車載動態(tài)稱重系統(tǒng)硬件系統(tǒng)公路車載汽車動態(tài)稱重系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：稱重板壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、顯示器系統(tǒng)和打印機(jī)系統(tǒng)，見圖 21 所示。其次還有一些輔助的硬件設(shè)備，我們只做簡單的介紹。為了使硬件電路設(shè)計(jì)趨向合理，借鑒別人的成功經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)著重考慮到以下幾個方面[6][7]：（1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法，以提高設(shè)計(jì)的成功率。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)；（2）盡量選用功能強(qiáng)、集成度高的芯片；（3）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)；（4）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一起考慮，硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)來得長，而且占用 CPU 的時間，應(yīng)當(dāng)充分考慮兩者速度匹配的問題。（5）在電路設(shè)計(jì)時，充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動能力。不同的電路有不同的驅(qū)動能力，對后級系統(tǒng)的輸入阻抗要求也不一樣，實(shí)驗(yàn)表明，如果阻抗匹配不當(dāng)，系統(tǒng)的驅(qū)動能力不夠，將導(dǎo)致系統(tǒng)工作不可靠甚至無法工作。而且這種不可靠很難通過一般的測試手段來確定。因此，在電路設(shè)計(jì)時，注意增加系統(tǒng)的驅(qū)動能力和減少系統(tǒng)的功耗。（6）可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、印刷電路板布線、通道隔離等等。圖 21 動態(tài)稱重系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 Structure of WeighinMotion Hardware System 稱重板壓力傳感器稱重板主要是一塊內(nèi)置一定數(shù)量壓力傳感器的剛性金屬板，金屬板的寬度不超過車輛輪胎的直徑，以保證同一時刻只有車輛的一個承重軸作用于稱重平臺之上，同時金屬板的長度超過車輛承重軸的長度，以保證同一時刻，車輛的一個承重軸完全作用于稱重平臺之上。金屬板的底部附著數(shù)量不等分布平衡的壓力傳感器，剛性的金屬板使車輛稱重軸作用于板上，稱重軸的重量通過金屬板傳遞到壓力傳感器，經(jīng)過壓力傳感器以后轉(zhuǎn)換成電信號傳入稱重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。稱重板壓力傳感器是構(gòu)成系統(tǒng)信息輸入的主要窗口，為系統(tǒng)提供賴以處理和決策控制所必需的原始信息。它將車重信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，其性能好壞直接影響整個系統(tǒng)的計(jì)量精度和穩(wěn)定性。測量重量的傳感器有很多種，按工作原理分有彈性力平衡式壓力傳感器、感應(yīng)式傳感器、應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、霍爾式壓力傳感器、電容式傳感器、光纖式傳感器、數(shù)字式傳感器等等。選擇傳感器要考慮以下幾點(diǎn)：（1）數(shù)量的選擇根據(jù)電子稱重系統(tǒng)的用途、稱重板需要支撐點(diǎn)數(shù)而定，一般講稱重板有幾個支撐點(diǎn)就選擇幾個傳感器，使用時根據(jù)實(shí)際情況來確定；（2）量程的選擇根據(jù)被測壓力的大小確定傳感器的量程。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其30%70%量程內(nèi)，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的動態(tài)稱重系統(tǒng)，在選擇傳感器時，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的 20%30%之內(nèi)，以增大傳感器稱重儲備量，保證傳感器的使用安全和壽命。（3）準(zhǔn)確度的選擇稱重傳感器準(zhǔn)確度等級的選擇，以滿足稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求為準(zhǔn)，切不可片面追求高的準(zhǔn)確度等級。若在同一稱重系統(tǒng)內(nèi)使用 n 只并聯(lián)使用的結(jié)構(gòu)相同、型式相同、額定負(fù)荷相同的稱重傳感器，則由誤差傳遞公式可得，其綜合誤差 r 為：r = σn，式中：σ 表示單個稱重傳感器的綜合誤差；n 表示稱重傳感器的個數(shù)，因此，由上式可以看出，n 個稱重傳感器并聯(lián)后，其總的綜合誤差 r 是單個稱重傳感器綜合誤差的1 n 倍。則總的綜合誤差反而小了。這是由于單個稱重傳感器的誤差可看作是服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，它有大、有小、有正、有負(fù)。并聯(lián)后，其誤差相互抵消了一部分，所以總的綜合誤差反而小了。（4）使用環(huán)境及介質(zhì)性能的考慮根據(jù)環(huán)境條件和被測介質(zhì)的性能綜合選擇。（5）傳感器型號傳感器型號的選擇要考慮各種類型傳感器的適用范圍。這主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠。綜合環(huán)境、使用條件要求和性價比等技術(shù)指標(biāo)，我們在實(shí)踐中選擇電阻應(yīng)變片式壓力傳感器。電阻應(yīng)變片式壓力傳感器的特點(diǎn)如下；精度高，測量范圍廣；使用壽命長，性能穩(wěn)定可靠；可在高低溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動、強(qiáng)磁場、潮濕等惡劣環(huán)境下正常工作；結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕；價格便宜，品種多樣，便于選擇和大量使用；頻率響應(yīng)較好，即可用于靜態(tài)測量又可用于動態(tài)測量[8]。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集如圖 22 所示是指將速度、加速度、壓力等模擬量采集、經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、處理和輸出結(jié)果的過程。由此可見，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)就是將傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過單片機(jī)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備進(jìn)行處理。模擬信號處理，主要涉及到改善傳感器輸出的模擬信號的質(zhì)量而采用的一系列措施，如放大、濾波、函數(shù)擬和、非線性補(bǔ)償、信號的壓縮與展開等，模擬信號處理后，需要將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量以便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作進(jìn)一步的處理、分析和存儲等操作。數(shù)據(jù)采集的結(jié)果直接影響數(shù)據(jù)處理的效果。此數(shù)據(jù)采集應(yīng)保證所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性。為了使得系統(tǒng)穩(wěn)定、高效的地運(yùn)行，系統(tǒng)采用單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。
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