【正文】 本文進(jìn)一步的工作是在實(shí)際中進(jìn)行測(cè)試并應(yīng)用。4%，與ASTM E131894標(biāo)準(zhǔn)給出的III類動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的精度177。在本文中完成了對(duì)稱重算法、信息管理系統(tǒng)和工作流程等軟件的設(shè)計(jì)與編寫，使整個(gè)系統(tǒng)得以更好的運(yùn)行。另一部分使用ARM(PXA270)設(shè)計(jì)的控制管理模塊接收DSP傳過(guò)來(lái)的稱重?cái)?shù)據(jù)，在其上完成了相應(yīng)的管理系統(tǒng)的構(gòu)建、控制、顯示和輸入控制命令等任務(wù)。系統(tǒng)中，一部分使用光纖傳感器接收壓力信號(hào)，避免了受外界環(huán)境、電磁干擾等的影響，使信號(hào)得以保真。本文圍繞著解決這些問題，從車輛受力的分析入手，建立了汽車的力學(xué)二階系統(tǒng)模型，并通過(guò)數(shù)字仿真和模型試驗(yàn)確定其實(shí)用性。測(cè)量正常行駛的車輛的重量時(shí)，由于稱重信號(hào)中包含低頻隨機(jī)干擾，且采樣得到的信號(hào)太短，無(wú)法采集到穩(wěn)定后的稱重信號(hào)。有的國(guó)家，還在集中力量研究、試制、改進(jìn)和生產(chǎn)、安裝檢測(cè)、記錄通行公路車輛軸數(shù)、軸距、軸載質(zhì)量、總質(zhì)量、車輛類別等項(xiàng)目的車輛檢測(cè)系統(tǒng)，為公路超載運(yùn)輸車輛的監(jiān)督檢測(cè)和管理，提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)論近二十年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)公路超載運(yùn)輸?shù)目茖W(xué)管理，國(guó)際上多數(shù)國(guó)家，都很重視研究、試制、安裝檢測(cè)公路行駛車輛的動(dòng)態(tài)情況的設(shè)備。本章主要對(duì)系統(tǒng)的工作流程、超載的信息管理系統(tǒng)、稱重算法的實(shí)現(xiàn)和AD的工作流程的軟件進(jìn)行了討論與設(shè)計(jì)，結(jié)合硬件，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的運(yùn)行。表41 靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table41 Static demacate test data砝碼重(g)稱重系統(tǒng)輸出重量均值123456392290145計(jì)算滿足均值和砝碼質(zhì)量為等式的超定方程組的最小二乘意義上的解，該解即為稱重系統(tǒng)標(biāo)定的系數(shù)。 稱重系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定稱重系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)字和質(zhì)量的關(guān)系。計(jì)算公式如下： (41)式中 ——相對(duì)誤差；——稱重系統(tǒng)產(chǎn)生的整車質(zhì)量；——標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)載質(zhì)量。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析的目的是確定穩(wěn)重系統(tǒng)稱重示值與動(dòng)載質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間之差，評(píng)估稱重系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和技術(shù)需求參數(shù)之間的一致性（本文參照ASTME131894標(biāo)準(zhǔn)）。通過(guò)不同的砝碼組合來(lái)改變動(dòng)載的質(zhì)量。這是一種在當(dāng)?shù)卣也坏蕉F(xiàn)場(chǎng)又急需檢測(cè)時(shí)采用的一種形式，它首先應(yīng)具備如下基本條件：第一，有砝碼，其質(zhì)量允差要符合要求，合計(jì)質(zhì)量值不少于被檢衡器的二分之一最大稱量值；第二，有臺(tái)合格的衡器，其靜態(tài)稱量范圍、各稱量點(diǎn)的重復(fù)性、準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)不能超差；第三，有輛適宜的汽車，其空車重量、載貨重量、車體尺寸等有代表性。2. 充分利用現(xiàn)有的檢衡車，改善運(yùn)動(dòng)性能，裝配有關(guān)檢測(cè)儀表，考核空車重量變化的影響因素，以及采取相應(yīng)措施，保證作為動(dòng)態(tài)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)使用時(shí)達(dá)到應(yīng)有的準(zhǔn)確度。這種動(dòng)態(tài)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)由于是專門制作，所以具有精度高、工作效率高、可靠性好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。為不脫離實(shí)際，體現(xiàn)出汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的本質(zhì)技術(shù)性能指標(biāo)，不違背檢測(cè)的真正價(jià)值，動(dòng)態(tài)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立正被提到議事日程。然而采用這種方法對(duì)動(dòng)態(tài)稱重性能進(jìn)行檢測(cè)卻是無(wú)能為力、難以勝任的。 稱重算法試驗(yàn)結(jié)果 動(dòng)載質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一般是指砝碼，用其對(duì)各種非自動(dòng)衡器進(jìn)行檢測(cè)，這是大家比較熟悉的。 稱重模塊軟件稱重模塊軟件主要包括稱重算法的實(shí)現(xiàn)和AD轉(zhuǎn)換器的軟件。Embedded Visual C++(EVC)提供了開發(fā)Windows CE應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境與工具，可以很好的幫助我們創(chuàng)建、編譯與調(diào)試編寫的應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)內(nèi)核裁剪與定制是用Platform Builder來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用其編寫硬件的驅(qū)動(dòng)程序，然后整合成模塊，定制進(jìn)Windows CE中，使硬件工作。在本系統(tǒng)中，整個(gè)工作流程如圖41所示。還可以利用它來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和應(yīng)用程序的開發(fā)等。它提供了所有進(jìn)行設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、編譯、測(cè)試和調(diào)試Windows CE平臺(tái)的工具[44]。也是微軟公司專門為移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品、嵌入式應(yīng)用等非PC領(lǐng)域而全新設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)產(chǎn)品，因此根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，Windows CE被設(shè)計(jì)成具有高度模塊化、良好實(shí)時(shí)性、強(qiáng)大通信能力、支持多種CPU的嵌入式操作系統(tǒng)。 系統(tǒng)工作流程采用的Intel XScale架構(gòu)的PXA270可以嵌入Linux、Wince等操作系統(tǒng)，在本設(shè)計(jì)中，使用的是Wince操作系統(tǒng)[43]。在本系統(tǒng)中，軟件主要有以下幾個(gè)部分：1. 整個(gè)平臺(tái)的工作流程；2. 控制模塊上的信息管理系統(tǒng)。第4章 軟件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果分析通過(guò)前幾章的敘述，建立了整個(gè)系統(tǒng)的工作平臺(tái)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件，但是僅有這些是不夠的，還要編寫相應(yīng)的軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)硬件，使之工作。在動(dòng)態(tài)稱重模塊中，對(duì)傳感器的選擇、AD的應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)傳輸接口、數(shù)據(jù)據(jù)存儲(chǔ)接口等，作為高速傳輸數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)使用。通過(guò)使用外部數(shù)據(jù)和接口控制信號(hào)，主機(jī)可以訪問HPI地址(HPIA)寄存器、HPI數(shù)據(jù)(HPID)寄存器和HPIC[41] [42]。HPI與CPU存儲(chǔ)空間的互連是通過(guò)DMA或增強(qiáng)的DMA(EDMA)控制器實(shí)現(xiàn)的。主機(jī)器件對(duì)接口具有主動(dòng)控制權(quán)，這樣就增加了訪問的容易度?！霸鰪?qiáng)主機(jī)控制器接口”(EHCI)。它采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，支持多數(shù)據(jù)流和多個(gè)設(shè)備并行操作，允許外設(shè)熱插拔。USB全稱是“Universal Serial Bus”，意為“通用串行總線”，由Compaq、DEC、IBM、Intel、NEC、微軟以及Northern Tele等公司于1994年11月共同提出的，主要目的就是為了解決接口標(biāo)準(zhǔn)太多的弊端。這些控制可以應(yīng)用于：電話、VCR遠(yuǎn)程控制、游戲等領(lǐng)域中。通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備來(lái)方便使用者控制操作系統(tǒng)。 IDE電路IDE即Integrated Drive Electronics，它的本意是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器，我們常說(shuō)的IDE接口，也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口。在本系統(tǒng)中，去除飛點(diǎn)的操作過(guò)程是：對(duì)同一個(gè)筆觸點(diǎn)進(jìn)行3次數(shù)據(jù)讀取，如果其中最大值和最小值之間的差異大于50時(shí)，則認(rèn)為此點(diǎn)為飛點(diǎn)，應(yīng)舍棄。通常在AD轉(zhuǎn)換器輸入端增加低通濾波器來(lái)減小各種噪聲。在觸摸屏中，由于AD轉(zhuǎn)換器的前端電路具有高輸入阻抗，因此特別容易受到電氣噪聲的影響。在應(yīng)用的過(guò)程中，存在著飛點(diǎn)。其內(nèi)建10位A/D轉(zhuǎn)換，提供讀取觸摸屏和電源管理參數(shù)的能力。在系統(tǒng)的板上主要用作Xscale AC處理單元的接口電路和觸摸屏的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。電阻觸摸屏是一種對(duì)外界完全隔離的下作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，它可以用任何物體來(lái)觸摸，可以用來(lái)寫字畫畫，比較適合下業(yè)控制領(lǐng)域使用，并且具備輕、薄、功耗低的特性，本系統(tǒng)用的是電阻屏。在nCS1連接了一片64M NAND FLASH，用于存放文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，做海量存儲(chǔ)使用。出于成本的考慮，選用低容量昂貴的NOR Flash存儲(chǔ)啟動(dòng)引導(dǎo)程序和內(nèi)核，而把文件系統(tǒng)存放在NAND Flash中。不過(guò)當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對(duì)NAND Flash都有支持。NOR可以直接使用，并在上面直接運(yùn)行代碼。這兩種結(jié)構(gòu)性能上的異同步如下：1. NOR的讀速度比NAND稍快一些；2. NAND的寫入速度比NOR快很多；3. NAND的擦除速度遠(yuǎn)比NOR快；4. NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路也更加簡(jiǎn)單；5. NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是百萬(wàn)次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬(wàn)次。NOR的傳輸效率很高，但寫入和探險(xiǎn)速度較低?，F(xiàn)在，NOR和NAND FLASH的應(yīng)用最為廣泛，除了在嵌入式設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用外，在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards、MMC存儲(chǔ)卡以及USB閃盤存儲(chǔ)器市場(chǎng)都都占用較大的份額。目前市場(chǎng)上的Flash從結(jié)構(gòu)上大體可以分為AND、NAND、NOR和DiNOR等幾種。 PXA270核心板核心板上的資源主要有基于Intel XScale架構(gòu)內(nèi)核的嵌入式處理器PXA270，內(nèi)部集成iwmmx指令[36] [37]，加速處理器對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的處理速度。USB接口主要接從設(shè)備，如打印機(jī)、鍵盤等，打印或輸入數(shù)據(jù)；以太網(wǎng)主要用與網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；觸摸屏方便使用人員的操作，進(jìn)行相應(yīng)的顯示。AD7714提供自校準(zhǔn)、系統(tǒng)校準(zhǔn)和背景校準(zhǔn)選項(xiàng)并允許用戶讀寫片內(nèi)校準(zhǔn)寄存器。其特點(diǎn)是具有可配置作3線運(yùn)用的串行接口。因此對(duì)于包括多達(dá)5個(gè)通道的系統(tǒng)，AD7714可實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換。AD7714的特點(diǎn)是具有3個(gè)差分模擬輸入（它也可以配置為5個(gè)準(zhǔn)差分模擬輸入）以及差分基準(zhǔn)輸入。調(diào)制器的輸出由片內(nèi)數(shù)字濾波器處理。它使用和_差(sigmadelta)轉(zhuǎn)換技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位的無(wú)誤碼性能。AD7714是適用于低頻測(cè)量應(yīng)用的完整模擬前端。采用三線串行口與DSP聯(lián)接，通過(guò)軟件編程對(duì)輸入通道作出設(shè)置。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器本系統(tǒng)采用美國(guó)Analog Devices公司推出的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7714。如果在壓力的作用下，光的強(qiáng)度發(fā)生改變，則稱此光纖壓力傳感器為強(qiáng)度調(diào)制光纖壓力傳感器，光的頻率發(fā)生改變稱為頻率調(diào)制光纖壓力傳感器，依次類推還有波長(zhǎng)調(diào)制光纖壓力傳感器，相位調(diào)制光纖壓力傳感器和偏振調(diào)制光纖壓力傳感器，除此之外還有光纖分布調(diào)制式壓力傳感器。非功能型光纖壓力傳感器是借助其他光學(xué)敏感元件來(lái)完成傳感功能，調(diào)制區(qū)在光纖之外，光纖在系統(tǒng)中只起傳輸作用，因此稱之為外調(diào)制光纖壓力傳感器，或者傳光型光纖壓力傳感器。%[36]。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，更多光纖壓力傳感器進(jìn)入商品化階段，精度和靈敏度也不斷增加，如采用光纖法布珀羅干涉法的光纖壓力傳感器，它的精度達(dá)到177。%左右，線性度可達(dá)177。光纖壓力傳感器的研究在國(guó)外始于20世紀(jì)70年代初，當(dāng)時(shí)研制出一種用于血管壓力測(cè)量的微型光纖壓力傳感器，之后許多研究工作都集中于工程應(yīng)用中。當(dāng)這種外界信號(hào)為壓力時(shí)，即構(gòu)成光纖壓力傳感器。因此，在動(dòng)態(tài)測(cè)量中是比較理想的傳感器。光纖傳感器在車輛動(dòng)態(tài)稱重中具有廣泛的應(yīng)用前景。4. 光纖傳感器 當(dāng)車輛通過(guò)光纖傳感器時(shí)，系統(tǒng)測(cè)量出光纖內(nèi)反射光強(qiáng)度的改變，由此計(jì)算出動(dòng)態(tài)重量值，然后利用測(cè)量出的動(dòng)態(tài)重量值預(yù)測(cè)出車輛的真實(shí)軸重。3. 單傳感器 單傳感器動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)利用一個(gè)稱重傳感器測(cè)量車輛的軸重值，一般來(lái)說(shuō)，安裝此種汽車衡需要挖設(shè)比較深的基坑，通常測(cè)量準(zhǔn)確度為177。2. 壓電傳感器 壓電式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)利用檢測(cè)由車輛軸重引起的壓電傳感器的電壓變化，測(cè)量出車輛的軸重值。5%（整車重量的相對(duì)百分比誤差）。當(dāng)車輛通過(guò)彎板時(shí)，系統(tǒng)測(cè)量出應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的應(yīng)變力由此計(jì)算出動(dòng)態(tài)重量值，然后利用測(cè)量出的動(dòng)態(tài)重量值預(yù)測(cè)出車輛的真實(shí)軸重。目前在車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)中比較常用的動(dòng)態(tài)稱重傳感器主要有彎板、壓電傳感器、單傳感器及光纖傳感器[31] [32] [33]。 傳感器 傳感器的選擇傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)的重要的一環(huán)，外界的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。其中DM642做為主設(shè)備，X1226做主從設(shè)備。CCR包含29個(gè)8位寄存器，以0x00~0x3F地址進(jìn)行尋址；EEPROM則有5128位存儲(chǔ)單元，以0x000~0x1FF地址進(jìn)行尋址。通過(guò)IIC總線，DM642可以訪問X1226內(nèi)部2個(gè)部分，一部分為CCR（時(shí)鐘、控制器），別一部分為EEPROM的5128位存儲(chǔ)單元。因而適合用于監(jiān)控系統(tǒng)的記錄。表32 ATA地址Table32 ATA adress串口字節(jié)地址ATA_CS00xA000 0000~0xA000 0007ATA_CS10xA000 0010~0xA000 0017ATA硬盤接口主要用于大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。DM642的子空間被配置為16位異步靜態(tài)存儲(chǔ)器接口，分配給外擴(kuò)的ATA標(biāo)準(zhǔn)硬盤接口，以PIO方式來(lái)實(shí)現(xiàn)硬盤的讀/寫操作。其次，ATA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定存儲(chǔ)設(shè)備上的控制器必須實(shí)現(xiàn)一組標(biāo)準(zhǔn)化了的寄存器和數(shù)據(jù)口，還規(guī)定了對(duì)這組寄存器和數(shù)據(jù)口進(jìn)行操作的一組信號(hào)及其時(shí)序，即規(guī)定了ATA標(biāo)準(zhǔn)的物理層。ATA總線連接的主機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，其原理如下：首先，按ATA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備介質(zhì)的讀/寫操作不是直接由主機(jī)通過(guò)ATA總線完成，而是由集成在存儲(chǔ)設(shè)備上的控制器完成，主機(jī)只是通過(guò)ATA總線與存儲(chǔ)設(shè)備上的控制器進(jìn)行通信。ATAPI(ATA Packet Interface)為ATA分組數(shù)據(jù)接口。為主機(jī)與儲(chǔ)存設(shè)備之間進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換定義一組傳輸和命令協(xié)議，即ATA接口的傳輸層。ATA接口標(biāo)準(zhǔn)由INCITS(InterNational Committee on Information Technology Standards，國(guó)際信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))下屬的T13技術(shù)委員會(huì)管理和制定。 ATA硬盤ATA(Advanced Technology Attachment)，是一個(gè)流行的存儲(chǔ)設(shè)備接口，被廣泛應(yīng)用于PC機(jī)上，用于主機(jī)與硬盤、光盤和可移動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備等設(shè)備接口。因此，在編程時(shí)，不用關(guān)心粗框外的數(shù)據(jù)。表31 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包格式Table31 Ethernet frame716624615004PreambleSFDDestinationSourceLenDataFCS從上面可以看出一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包包括以下幾個(gè)部分：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(zhǎng)度；Data：最長(zhǎng)為1500個(gè)數(shù)據(jù)；FCS：幀校驗(yàn)。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。而TD+、TD、RD+和RD信號(hào)則經(jīng)Pulse公司的H1102 1:1變壓器變換成TX+、TX、RX+和RX信號(hào)，接口到RJ45連接器上。需要注意的是，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)BCM5221后的兩組差分信號(hào)線在PCB布線的時(shí)候應(yīng)盡量平行走線，避開高頻干擾源，以保證輿