公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與開發(fā)-wenkub.com
2025-05-03 00:02 本頁面
【正文】 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。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(hào)經(jīng)過單片機(jī)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備進(jìn)行處理。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。這是由于單個(gè)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)。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(duì)于一些在使用過程中存在較大沖擊力的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，在選擇傳感器時(shí)，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(chǔ)備量，保證傳感器的使用安全和壽命。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。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，注意增加系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力和減少系統(tǒng)的功耗。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)來得長(zhǎng)，而且占用 CPU 的時(shí)間，應(yīng)當(dāng)充分考慮兩者速度匹配的問題。第二章 公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想 公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)硬件系統(tǒng)公路車載汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)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。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(shì)，可以更好的解決稱重精度的非線性問題。很多設(shè)計(jì)研究方案只是停留在對(duì)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)做一個(gè)簡(jiǎn)單的模型搭建，沒有針對(duì)稱重對(duì)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(dòng)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?？傊瑥陌l(fā)展的角度看，汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)今后的幾年里可望在以下幾個(gè)方面有所進(jìn)展：（1）稱重時(shí)汽車的通行速度進(jìn)一步提高，達(dá)到不停車就可以稱重的目的要求，提高稱重的效率；（2）動(dòng)態(tài)稱重精度優(yōu)于 4%，并盡量提高，符合國(guó)際的稱重標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)稱重系統(tǒng)，使得系統(tǒng)達(dá)到最佳使用壽命；（3）盡量減小占地面積、工程造價(jià)和安裝要求，考慮成本和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，對(duì)于路政部門也很重要，提高系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力和抗干擾能力。為了滿足未來交通的需要，美國(guó)紐約州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)研制了在汽車時(shí)速高達(dá) 88km，路面應(yīng)力達(dá) 10kg/cm2的情況下，其測(cè)量精度可保持在 2%以內(nèi)的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，但是造價(jià)過高，目前還不能推廣使用。（1）測(cè)量精度目前動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)精確度低，主要是因?yàn)榧釉趥鞲衅髌脚_(tái)上的力除了汽車的真實(shí)重量之外，還有由許多因素引起的干擾力，加車速、車輛自身諧振、路面激勵(lì)、輪胎驅(qū)動(dòng)力等，汽車的真實(shí)重量有可能淹沒在各種干擾信號(hào)中，如何從外界隨機(jī)不確定的干擾力中獲取真實(shí)的車重，是動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。其主要特點(diǎn)是節(jié)省時(shí)間，效率高，使得稱重時(shí)不至于造成對(duì)正常交通的干擾。同時(shí)展示數(shù)種低成本的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，他們主要基于壓電纜，壓電膜和電容傳感技術(shù)。作為國(guó)家‘八五’重點(diǎn)科技工程，交通部重慶公路科學(xué)研究所研制了一種固定式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)軸重誤差小于+10%，置信度為 95%。車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng) 車災(zāi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖 11 公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)總體框架圖 Structure of WeighinMotion System 公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外許多國(guó)家的公路交通運(yùn)輸也普遍存在超限超載現(xiàn)象。為了提高動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的測(cè)量精度，國(guó)內(nèi)很多研發(fā)機(jī)構(gòu)和公司長(zhǎng)期致力于動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研究，但是一直以來并沒有取得太大的突破和進(jìn)展。 公路車載動(dòng)態(tài)稱重課題研究的意義鑒于國(guó)內(nèi)車輛超載、超限的嚴(yán)重性，公路交通管理相關(guān)部門急于收集當(dāng)前公路上行駛的車輛車型組成、軸載譜和超重程度、分析超重車輛對(duì)路面的損害影響程度，以便估算公路交通部門需為此增加的建設(shè)投資，并制定相應(yīng)的管理措施和法規(guī)，為公路運(yùn)營(yíng)部門按車重收費(fèi)提供有效技術(shù)手段。三、導(dǎo)致了道路運(yùn)輸市場(chǎng)的惡性競(jìng)爭(zhēng)貨車車主競(jìng)相壓價(jià)承攬貨源，以超限超載的方式來獲取利潤(rùn)，結(jié)果超載的越多，賺錢就越多，形成了“壓低價(jià)格超限超載運(yùn)力過剩在超限超載”這樣的惡性循環(huán)。二、超限超載汽車的荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了公路和橋梁的設(shè)計(jì)承受荷載，致使路面損壞、橋梁斷裂，大大縮短公路的正常使用年限，使其不得不提前進(jìn)行大修。同時(shí)提高車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的稱重?cái)?shù)據(jù)精度，降低稱重系統(tǒng)的成本仍是一個(gè)未能解決的問題。為了有效地治理超限超載現(xiàn)象，交通部門普遍采用了對(duì)動(dòng)態(tài)車輛的重量進(jìn)行計(jì)重收費(fèi)來治理超限超載問題，這樣公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)就顯得十分迫切和必要[1][2]。本文中主要用到的單片機(jī)開發(fā)工具是 C 語言，工控機(jī)里的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件采用 Visual C++ 編程語言，主要利用 RS232 串行接口來提供串口通信，使用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱重采集的數(shù)據(jù)建模仿真的環(huán)境是 MATLABR2007。目前公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由于對(duì)采集的信號(hào)只能簡(jiǎn)單的處理，加上建立的數(shù)學(xué)模型不適合非線性對(duì)象的特殊性，同時(shí)缺乏對(duì)干擾因素以及各種干擾因素之間的關(guān)系做深層次的研究和處理，所以系統(tǒng)的精度難以得到很大的提高。公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)摘要公路車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。鑒于影響動(dòng)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)模型方法很難分析清楚這些干擾因素之間的關(guān)系，所以本文從理論基礎(chǔ)方面入手，從提高稱重精度的思想出發(fā)，介紹了應(yīng)用于車載動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的各種智能算法模型，比較分析發(fā)現(xiàn)對(duì)于非線性對(duì)象沒有解決誤差精度問題，最終提出善于非線性建模的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)的基本思想、計(jì)算過程、執(zhí)行步驟、存在的問題，以及針對(duì)動(dòng)態(tài)稱重對(duì)象的非線性特征以及稱重過程中存在的精度不準(zhǔn)確問題采取了 BP 算法的改進(jìn)方法，進(jìn)一步滿足了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的稱重要求。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，單片機(jī)，數(shù)學(xué)模型，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DESIGNATION AND EMPOLDER OF HIGHWAYCARLOADING WEIGHINMOTION SYSTEMABSTRACTThe Highway Carloading WeighinMotion system（WIMS）has undoubtedly played anantive electronic role and social value in the protection of highway trancport. Along with thedevelopment of the Highway Transportation,Industrial production and Business Trade, it isrequired that the Highway WIMS needs to saticfy more qualification of modernization andscientization for the rapid automatically and the enforcement of the overloading rule.As to the Highway Carloading WIMS, the weigh
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