【導(dǎo)讀】人和集體均已在文中注明。承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！因此加強(qiáng)公路運(yùn)輸?shù)墓芾怼⒈Ｕ闲熊?chē)安全等問(wèn)題也顯得日趨重要。要特點(diǎn)是節(jié)省時(shí)間，效率高，使得稱(chēng)重時(shí)不至于造成對(duì)正常交通的干擾。重是加強(qiáng)公路超限運(yùn)輸、強(qiáng)制實(shí)施超限法規(guī)等管理現(xiàn)代化、科學(xué)化的技術(shù)條件。車(chē)輛稱(chēng)重系統(tǒng)的研究對(duì)于保護(hù)公路的正常使用有著重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)價(jià)值。

　　

【正文】 h(n)的參數(shù)我們用 8 位二進(jìn)制表示，所以需要用到 12 位二進(jìn)制與 8 位二進(jìn)制的乘法，以上程序就是完成此項(xiàng)功能的子函數(shù)。它本身不能完成仿真功能，只能由其他程序調(diào)用此函數(shù)來(lái)完成。 程序 清單： library ieee。 use 。 use 。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 use 。 ―― 加 載常用庫(kù)函數(shù) use 。 ―― 加載用戶自己編寫(xiě)的函數(shù) entity mul_ok is port( cp :in std_logic。 ―― 定義時(shí)鐘信號(hào) in1:in unsigned(11 downto 0)。 ―― 定義輸入信號(hào) in2:in unsigned(7 downto 0)。 ―― 定義輸入信號(hào) out1:out unsigned(19 downto 0) ―― 定義輸出信號(hào) )。 end mul_ok。 architecture lw of mul_ok is begin process(cp) begin if cp39。event and cp=39。139。 then out1=mul(in1， in2)。 ―― 輸入信號(hào)相乘結(jié)果給輸出信號(hào) else null。 end if。 end process。 end lw。 程序說(shuō)明：在本程序中我們調(diào)用了先前編好的程序 中的函數(shù) mul()，為了使運(yùn)算同步我們引入了時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)在時(shí)鐘上升沿到來(lái)的時(shí)候執(zhí)行乘法運(yùn)算。具體仿真結(jié)果如圖所示。 16 進(jìn)制乘法： fff00=0， fffff=fef01， fff02=1ffe?？梢?jiàn)結(jié)果正確。 圖 32 乘法仿真結(jié)果 library ieee。 use 。 use 。 use 。 ―― 加載常用庫(kù)函數(shù) use 。 ―― 加載乘法函數(shù) 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 use 。 ―― 加載 FIR 計(jì)算中需要的數(shù)值 entity fir_lw is ―― 實(shí)體說(shuō)明 port( cp， reset:in std_logic。 ―― 時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào) sample: in unsigned(11 downto 0)。 ―― 采樣信號(hào) result: out unsigned(19 downto 0) ―― 計(jì)算的結(jié)果 )。 end fir_lw 。 architecture beh of fir_lw is ―― 對(duì)實(shí)體的描述 begin fir_main:process(cp) type shift_arr is array(16 downto 0) of unsigned (11 downto 0)。 ―― 定義子類(lèi)型 variable tmp， old:unsigned(11 downto 0)。―― 定義變量 tmp 中保留當(dāng)前采樣值old 中保留上次采樣值 variable h1， h2:unsigned(7 downto 0)。 ―― 中間變量 variable pro:unsigned(19 downto 0)。―― 一次計(jì)算所得的乘積數(shù)值 variable acc:unsigned(19 downto 0)。 ―― 多次乘積累加后所得 數(shù)值 variable shift:shift_arr。 ―― 定義一個(gè)移位數(shù)組 begin if reset=39。139。 then ―― 執(zhí)行復(fù)位 for i in 0 to 15 loop shift(i):=000000000000。 end loop。 result=(others=39。039。)。 elsif cp39。event and cp=39。139。 then tmp:=sample。 ―― 保留當(dāng)前的采樣數(shù)值 h1:=rom(0)。 pro:=mul(tmp， h1)。―― 計(jì)算當(dāng)前采樣數(shù)值與 h(0)的乘法 acc:=pro。 for i in 15 downto 0 loop ―― 計(jì)算其他 16 點(diǎn)的乘積，并累加求卷積 old:=shift(i)。 h2:=rom(i+1)。 pro:=mul(old， h2)。 acc:=acc+pro。 shift(i+1):=shift(i)。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 end loop。 shift(0):=tmp。 ―― 將本次采樣數(shù)值送給移位寄存器，以便進(jìn)行下次計(jì)算 result=acc。 ―― 結(jié)果輸出 else null。 end if。 end process。 end beh。 程序說(shuō)明：用硬件電路實(shí)現(xiàn) FIR濾波器也就是完成以下運(yùn)算 Y(n)= ?? ??L0k )kn(x)k(h 當(dāng)計(jì)算好單位沖擊響應(yīng) h(n)后，剩下的就是進(jìn)行卷積運(yùn)算了。卷積運(yùn)算最主要的就是乘法運(yùn) 算。我們知道在 VHDL 語(yǔ)言中沒(méi)有乘法指令，所以可以通過(guò)移位相加來(lái)完成乘法運(yùn)算（可以參考本設(shè)計(jì)中的程序 程序及其說(shuō)明）。在本程序中我們調(diào)用了先前設(shè)計(jì)的程序 和 共同完成了 FIR 運(yùn)算。下面簡(jiǎn)單的介紹一下程序設(shè)計(jì)思想。 由圖看出，可以先計(jì)算當(dāng)前采樣數(shù)值 sample，然后算出它與 h(0)的乘積。在 shift寄存器中我們?cè)诔绦蜷_(kāi)始的時(shí)候就已經(jīng)全部賦值為 0。在計(jì)算其他數(shù)值乘積時(shí)候，由于 要 進(jìn) 行 移 位 操 作 ， 所 以 從 高 位 s(15) 開(kāi) 始 計(jì) 算 ， 即 ：s(15)*h(16)+s(14)*h(15)+…+s(0)*h(1)+sample*h(0) ，每計(jì)算完一次卷積運(yùn)算 shift 寄存器就移位一次。 Sample 中保存著當(dāng)前采樣值，而 s(0)…s(15) 中保留著以前的采樣值，s(16)中是移出丟棄的數(shù)值。 圖 33 FIR 運(yùn)算結(jié)果圖 1 圖 34 FIR 運(yùn)算結(jié)果圖 2 由圖可以看出當(dāng)?shù)谝粋€(gè)上升沿到來(lái)的時(shí)候，采樣結(jié)果是 0，第二個(gè)上升沿到來(lái)的時(shí)候采樣結(jié)果是 2，此時(shí) 0+2=2，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)上升沿到來(lái)時(shí)采樣結(jié)果是 4，所以 2+4=6，以此類(lèi)推，當(dāng)復(fù)位信號(hào) reset 等于 1 時(shí)，卷積移位寄存器清零，從新 開(kāi)始卷積運(yùn)算。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 在開(kāi)發(fā)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)程序的編寫(xiě)效率在很大程度上決定了目標(biāo)系統(tǒng)的研制成效。早期在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語(yǔ)言作為軟件工具。匯編語(yǔ)言程序能夠直接操作機(jī)器硬件，指令的執(zhí)行速度快。但由于匯編語(yǔ)言不是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言程序較難編寫(xiě)和調(diào)試，程序本身的編寫(xiě)效率較低。隨著單片機(jī)硬件性能的提高，其工作速度越來(lái)越快，目前 80C51 單片機(jī)的最高時(shí)鐘頻率可達(dá) 40MHz以上。因此在編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫(xiě)效率。為了適應(yīng)這種要求，現(xiàn)在的單片機(jī)開(kāi)發(fā) 系統(tǒng)，除了配備有匯編語(yǔ)言軟件之外，很多還配備了高級(jí)語(yǔ)言軟件，如 C5 PLM51 等。在本設(shè)計(jì)中使用 C51 語(yǔ)言，它的特點(diǎn)如下面所述。 動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀表的數(shù)學(xué)模型 圖 35 汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀的數(shù)學(xué)模型 當(dāng)汽車(chē)以 15km/h 通過(guò) 400mm 的傳感器測(cè)量板時(shí)需要 96ms。如圖 417 所示，在t0～ t1 約 20ms 的時(shí)間段內(nèi)，由于應(yīng)變片剛一受力無(wú)法回至平衡，所以此時(shí)的峰值高于真實(shí)軸重值，這段數(shù)據(jù)在實(shí)際測(cè)量中可以不考慮。而只是對(duì)后面 t1～ t2 的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。由于在汽車(chē)運(yùn)動(dòng)中采集數(shù)據(jù)，所以相對(duì)于靜態(tài)稱(chēng)重來(lái)說(shuō)干擾 比較嚴(yán)重。采用模擬方法濾波時(shí)，參數(shù)不能過(guò)大，否則將產(chǎn)生過(guò)大的延遲不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。這樣濾波后的信號(hào)仍然含有想當(dāng)一部分的噪聲。所以此時(shí)必須通過(guò)數(shù)字濾波消除干擾。關(guān)于FIR 數(shù)字濾波的內(nèi)容請(qǐng)參考第五章。 單片機(jī)軟件流程圖 流程圖說(shuō)明：程序開(kāi)始的時(shí)候就采集并顯示數(shù)據(jù)，如果這個(gè)數(shù)據(jù)大于門(mén)限值 IAUTO則證明此時(shí)已經(jīng)有車(chē)進(jìn)入軸重臺(tái)，如果不大于這個(gè)門(mén)限證明沒(méi)有車(chē)進(jìn)入軸重臺(tái)，所以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前采集數(shù)據(jù)。判斷出車(chē)輛進(jìn)入軸重臺(tái)后，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)并求出此時(shí)數(shù)據(jù)的最大值，我們把此值作為軸重的真實(shí)結(jié)果。但此時(shí)顯示的仍然是當(dāng)前采 集值，如果當(dāng)長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 前數(shù)值小于下車(chē)門(mén)限 OAUTO，證明車(chē)輛此時(shí)已經(jīng)行駛過(guò)軸重臺(tái)，這時(shí)判斷是前輪還是后輪通過(guò)軸重臺(tái)，如果是前輪我們就將所求最大數(shù)值顯示出來(lái)，這就是前輪稱(chēng)量的軸重值。如果是后輪就把兩次結(jié)果累加并顯示。這樣就完成了一個(gè)流程，等下一輛車(chē)進(jìn)入軸重臺(tái)時(shí)開(kāi)始新的流程。 采集數(shù)據(jù) ， 顯示有車(chē)進(jìn)入 ， 延時(shí) 20 ms采集數(shù)據(jù)顯示車(chē)已經(jīng)下線開(kāi)始數(shù)據(jù)處理求出最大值 DA T A M A XDA TA MA XO A U IO小于 ？I A U IO大于上車(chē)門(mén)限？記錄并顯示后輪重量是前輪還是后輪 ？記錄并顯示總重量 圖 318 單片機(jī)主程序流程圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 4 章 結(jié)論 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 濾波之前噪聲的峰峰值在 左右，而此時(shí)的軸重信號(hào)為 1，這將嚴(yán)重影響測(cè)量精度。濾波后我們看到情況得到了明顯的改善，噪聲信號(hào)的峰峰值被抑制在 的范圍內(nèi)，這就大大改善了信噪比，提高了測(cè)量精度。 汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的其主要特點(diǎn)是節(jié)省時(shí)間，效率高，使得稱(chēng)重時(shí)不至于造成對(duì)正常交通的干擾。這對(duì)公路建設(shè)與管理有著極為重要的意義，同時(shí)對(duì)車(chē)輛運(yùn)輸現(xiàn)代化管理也有較大的促進(jìn)作用。 在以前的車(chē)輛稱(chēng)重系統(tǒng)中，處理器單純的使用單片機(jī)。由于速度有限，這樣只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的濾波算法。主要濾波還得需要由硬件電路實(shí)現(xiàn)。本文 在總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了一種新式動(dòng)態(tài)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理方式。采用 FPGA 實(shí)現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波，提高了處理速度，滿足了汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的實(shí)時(shí)性的要求，并且使測(cè)量精度得到很大的提高。FPGA 芯片完成數(shù)字濾波后，將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)輔助 FPGA 芯片完成控制與顯示的任務(wù)。這樣處理比簡(jiǎn)單的依靠單片機(jī)來(lái)完成設(shè)計(jì)要實(shí)用的多。 當(dāng)然，本設(shè)計(jì)中還存在著許多不足之處，算法方面還有待于繼續(xù)完善，硬件部分還有很大的改善空間。本設(shè)計(jì)使用的傳感器仍然是靜態(tài)稱(chēng)重中使用的傳感器，它反應(yīng)速度不是很快，如果以后出現(xiàn)合適的動(dòng)態(tài)傳感器應(yīng)用到本系統(tǒng) 中，那么效果會(huì)更好。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 第 5 章 展望和不足 以后的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)將向著小型化便攜式發(fā)展，而且稱(chēng)重傳感器也向小型化反應(yīng)快速性發(fā)展（比如光線傳感器）。智能化、集成化也是此系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，相信在不久的將來(lái)這種稱(chēng)重儀表會(huì)廣泛應(yīng)用各種稱(chēng)重場(chǎng)合。 現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)信息社會(huì)，實(shí)現(xiàn)信息共享是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)和必然要求，因此對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)放性進(jìn)行有益的研究，使高速公路動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)成為 ITS（ intelligent transport systems 智能交通系統(tǒng)）的一部分實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重、計(jì)價(jià)、管理 一體化，實(shí)現(xiàn)交通管理流程自動(dòng)化，有著建設(shè)性的現(xiàn)實(shí)意義。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 參考文獻(xiàn) [1] 許云飛 關(guān)于采取切實(shí)有效措施治理汽車(chē)、拖拉機(jī)超載運(yùn)輸?shù)慕ㄗh，山東政協(xié)八屆四次會(huì)議提案 [2] 第十屆國(guó)際計(jì)量技術(shù)聯(lián)合會(huì)力與質(zhì)量計(jì)量會(huì)議論文選，北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 1986 [3] 凌杰，公路動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的設(shè)汁理論研究： [學(xué)位論文 ]，西安：長(zhǎng)安大學(xué)， 20xx [4] Standard specification for highway weighinmotion (WIM) systems with user requirements and test method， ASTM CommitteeE17 on VehiclePavement Systems， ASTM Designation 1994， E 941318 [5] 宋爽 、 宋惠改 、 般亮，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的應(yīng)用與展望，河北冶金， 20xx(3)： 55～ 56 [6] 邊潤(rùn)強(qiáng)、陳長(zhǎng)清、吳馴一，動(dòng)靜態(tài)兩用電子軌道衡，儀器儀態(tài)學(xué)報(bào)， 1998， 19(2)： 203～ 206 [7] 楊衛(wèi)東，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)儀器軟硬件設(shè)計(jì)，交通與汁算， 1995， 13(6):45～ 48 [8] 楊德華，汽車(chē) 檢測(cè)與診斷技術(shù)，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社， [9] 張建俊，汽車(chē)診斷與檢測(cè)技術(shù)，人民交通出版社， [10] 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