【正文】 并計算出載重量； 所得的載重量將通過 RS485 接口電路送到上位機(jī)，上位機(jī) 與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報警。針對超載車輛，主要有以下幾個不良影響： （ 1）加速公路路面損壞和大大縮短了公 路使用年限。但 若車輛 作用 于路面 的實際 荷載超過 路面的 設(shè)計荷 載時 ，那么 ，公路 的使 用壽命 將大 大縮短 。 （ 2）嚴(yán)重的環(huán)境污染。 （ 3）嚴(yán)重影響公路交通安 全。 例如 ，京滬 高速 公路江 蘇沂淮 段在一年時間內(nèi)因車輛超限所造成的交通事故共 46 起，死亡 61 人，傷 123人。 車輛 嚴(yán)重超 載時， 使車輛的 行駛穩(wěn) 定性、 剎車 性能、 輪胎承 荷能 力、轉(zhuǎn) 向可 靠度等 行駛狀 況大大降 低，一 旦，出 現(xiàn)問 題行駛 的車輛 將無 法駕馭 ，極 易引發(fā) 交通安 全事故。嚴(yán) 重超載車輛車速無法高速行駛， 且由于 車體大 ，影 響后車 通行， 常常 造成公 路的 交通阻 塞，使 公路的使 用效率 大大降 低。例如， 2020 年 9 月 110 國道與八達(dá)嶺高速公路上大量的超載車輛 8 導(dǎo)致八達(dá)嶺高速公路遭遇到歷史上最嚴(yán)重堵車，連續(xù) 7 天道路不暢， 上千輛載重貨車蝸行。 目前， 我國 公路的 養(yǎng)護(hù)費 、管 理費、 通行 費都是 按車管 部門核定 的噸位 來收的 ，超 載就必 然導(dǎo)致 這部 分費用 的流 失。養(yǎng)路 費和路 橋費 是道路 使用 者或受 益者對 利用道路 所支付 的一種 補(bǔ)償 ，所以 ，超載 的運 輸公司 或承 運者鉆 了國家 公路收費的政策的空子，而對于遵紀(jì)守法的人來說，無疑是不公平的。隨著社 會的發(fā)展和市場經(jīng)濟(jì)的成熟 發(fā)展，人 民對物 質(zhì)的需 求日 益增多 和提高 ，同 時也加 大了 運輸市 場運力 的需求， 所以， 運輸公 司或 承運者 為節(jié)省 成本 和提高 效益 ，于是 采用超 載運輸來 獲取高 額的利 潤和 行業(yè)的 競爭優(yōu) 勢， 同時， 看到 利益的 同行也 都相繼模 仿，竟 相超載 運輸 ，嚴(yán)重 擾亂了 運輸 市場的 秩序 ，加劇 超載運 輸現(xiàn)象。 （ 7）對橋梁的安全構(gòu)成重大 威脅。 超重對 路面的 破壞 非常嚴(yán) 重， 給路上 行人及 車輛帶來 非常大 的安全 隱患 。超限超載工作治理需要大量的檢測設(shè)備，然而，目前在 全國裝 有檢測 設(shè)備 的高等 級公路 匝道 或收費 站卻 不多， 車輛是 否超載主 要由交 警和路 政憑 經(jīng)驗判 斷，這 樣由 于缺乏 科學(xué) 性，給 管理部 門的嚴(yán)格執(zhí)法帶來了很大困難。其缺點是： 1)依靠目測和經(jīng)驗來判斷，誤差很大，極易造成對超載車的漏檢； 2)若對過往每輛車都檢查，則很容易引起交通阻塞； 3)停車稱重，檢測效率非常低，需要時間長。 因此， 當(dāng)前的 汽車 稱重傳 感檢測 技術(shù) 還不能 充分 滿足工 業(yè)和實 際工程的 需要， 急需研 制出 響應(yīng)快 、抗干 擾能 力強(qiáng)、 準(zhǔn)確 度高的 新型稱 重傳感器 ，這對 交通部 門有 效地實 施超限 管理 ，保證 行車 安全、 延長公 路的使用 壽命、 降低公 路養(yǎng) 護(hù)的成 本、減 少環(huán) 境污染 等方 面有著 顯著的 社會效益 和經(jīng)濟(jì) 效益。動態(tài) 稱重是 測量 行駛中 汽車重 量的 一種技 術(shù)， 利用動 態(tài)稱重 技術(shù)，增 加對超 載汽車 的監(jiān) 控，配 合處罰 可以 迫使車 輛不 敢超載 ，保護(hù) 道 10 路的同 時還降 低了交 通事 故的發(fā) 生。 動態(tài)稱 重系 統(tǒng)，提 供了一 種實 時連續(xù) ，對 所有汽 車無偏 差測量的 新技術(shù) 。 本設(shè)計就是基于這種需求，設(shè)計一基于單片機(jī)的機(jī)車超載檢測系統(tǒng)，對過往 機(jī)動車 輛進(jìn)行 稱重 ，判斷 是否超 載， 若超載 顯示 超載重 量并進(jìn) 行報警。利用 電子技 術(shù)判斷汽 車是否 超載的 基本 的原理 是：利 用傳 感器將 汽車 的載重 量轉(zhuǎn)化 為電壓信號，然后通過放大電路將這個微弱的 電壓信號按比例放大后送 A/D轉(zhuǎn)換芯 片轉(zhuǎn)換 為數(shù)字 信號 ，通過 接口電 路將 這個數(shù) 字信 號傳送 給計算 機(jī)進(jìn)行處 理，計 算出汽 車的 載重量 并判斷 是否 超載， 如果 超載了 要顯示 超載的重量并報警。但是 在汽車 運輸 中，由 于受經(jīng) 濟(jì)利 益的驅(qū) 動。 超載行 駛造 成公路 嚴(yán)重?fù)p 壞， 引發(fā)許 多惡 性交通 事故。 國外許 多國家 的道路運 輸也普 遍存在 超限 超載現(xiàn) 象。 1974 年，美國首次在車輛載荷研究中使用 WIM 系統(tǒng)。按照歐盟運輸委員 會(ECTD)的程序框架制定了 COST323 計劃． 該計劃主要內(nèi)容就是研究對 公路行駛車輛進(jìn)行動態(tài)載 荷監(jiān)控的相關(guān)問題，其中最重要的一項測試是在瑞士進(jìn)行為期 30 個月的 WIM 系統(tǒng)實際應(yīng)用測試。 特別是 隨著高 速不停車 收費系 統(tǒng)的發(fā) 展。 1990 年在美國舉行的 “ 國際交通數(shù)據(jù)采集技術(shù)會議 ” 上西德 PAT 的平板 式傳感 器性能 較理 想同時 展示數(shù) 種低 成本的 動態(tài) 稱重系 統(tǒng)它們 主要基于 壓電纜 壓電膜 和電 容傳感 技術(shù)在 安裝 理想的 情況 下能使 統(tǒng)計平 均誤差控制在 15%左右 1994 年在中國舉行的 “ 國 際 交 通 自動 化 技 術(shù) 會 議 ” 上 德 國展 示 了采用平 板式傳 感器 的 SAW100 動態(tài) 稱重系 統(tǒng)及 其在 自動收 費站 的應(yīng)用 在90 年代 中期以 后安 放在橋 板上 面的 WIM 系統(tǒng) 在美 國聯(lián)邦 高速 公路協(xié) 會的同意 下成為 可能 在美國 在公 路長期 管理 計劃 LTPP 下已 經(jīng)搜 集了大 量的數(shù)據(jù) . 1997 年美國聯(lián)邦公路管理局出版 “WIM 實踐手冊 ” 用于愛荷華州州立大學(xué)運輸研究和教學(xué)使用 2020 年 ASTM1318 高速公路 WIM 系統(tǒng)標(biāo) 準(zhǔn)說明書第 2 版發(fā)行 .國內(nèi)對超載 車輛動 態(tài)監(jiān)測 系統(tǒng) 的研究 正方興 未艾 現(xiàn)有的 動態(tài) 車輛系 統(tǒng)主要 是 12 在靜態(tài) 稱重基 礎(chǔ)上改 進(jìn)形 成的動 態(tài)汽車 衡要 求汽車 通過 速度低 且需要 開挖道路安裝不方便目前的產(chǎn)品包 括青島 公平衡器總公司的 ZCS 型公路 車輛超限檢測系統(tǒng)和 SCS 系列 便攜式軸重秤北京高登衡器 的 ZCS 固定式 公路運輸 車輛超 限檢 測系 統(tǒng)廣東 天日 科技有 限公 司的 TCD104 車 輛超限 檢測儀等 其缺點 主要是 要求 通過的 速度低 從而 導(dǎo)致交 通的 不暢通 高速系 統(tǒng)仍處于 實驗研 究階段 因此 ，有必 要運用 法律 、行政 、經(jīng) 濟(jì)等手 段對車 輛超載的違法進(jìn)行治理。 但是， 截止目 前為 止。本 文將從 技術(shù)層面 出發(fā)， 從“源 頭” 對車輛 超載的 行為 進(jìn)行限 制， 最大限 度扼制 超載違法 行為， 凈化公 路通 行 環(huán)境 ，提升 公路 安全通 行效 率和運 輸車輛 合法轉(zhuǎn)載率，減少道路交通事故。 其有著 價格 優(yōu)勢大 、組裝 靈活和易 于維護(hù) 等特點 。2% ~ 177。 所以，在 過去幾 十年的 動態(tài) 稱重技 術(shù)研究 中， 在如何 保持 檢測精 度的穩(wěn) 定性和減少車輛通過速度對檢測的影響，一直是致力解決的問題。車輛 是稱重本體，是稱重系 統(tǒng)的對象，車輛在秤臺上 運動時 ，秤臺 的受 力情況 的與車 輛的 運動情 況有 著密切 的聯(lián)系 ，對它們 的研究 分析和 對其 之間的 關(guān)系進(jìn) 行深 入的研 究有 利于幫 助提高 系統(tǒng)的測量精度。由上面所了解 到的許多關(guān)于車輛動態(tài) 稱重技術(shù) 的研究 方法， 這些 技術(shù)大 多數(shù)仍 停留 在理論 研究 的層次 ，真正 應(yīng)用于實踐的并不多，而沒有能在真正的系統(tǒng)運行環(huán)境以及以實踐中檢驗。電子衡器儀表 與微控制器的結(jié)合，是衡器發(fā)展 的歷史 飛躍。 A) 車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)將融入ITS(Intellingent Transport Systems)，成為其組 成部分，因此作 為固定式的 WIM 系 統(tǒng)或裝置，設(shè)計時要考慮 這一背景，在數(shù)據(jù)處理、信 號傳輸、上下位機(jī)的關(guān)系 、硬件配備等方面 ，均要考慮 ，以便于其“嵌入 ”ITS。 國內(nèi)較 為普 遍地運 用壓 電陶瓷 式、電 阻應(yīng)變片 式等形 式稱重 傳感 器，國 外則較 多地 運用了 壓電 薄膜、 液壓管 、共聚物 壓電軸 等形式 的稱 重傳感 器，大 大提 高了使 用壽 命，對 于便攜 式WIM 系統(tǒng)還能方便現(xiàn)場使用。這給我國研 究和應(yīng)用 車輛動 態(tài)稱重 技術(shù) 帶來了 機(jī)遇和 挑戰(zhàn) 。 挑戰(zhàn)在 于如何 在國內(nèi)深入研究和應(yīng)用車輛動態(tài)稱重技術(shù)，至少先要建立相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，并付諸實施。以我國目前的道路運輸水平，對應(yīng) WIM 系統(tǒng)的允 許通過車速并不需要太高。用于執(zhí)法臨檢的場合， 便攜式 WIM 系統(tǒng)一般安裝于輔道或路側(cè)，車速一般不會高于 5km/h。 設(shè)計實現(xiàn)的主要功能： （ 1）該系統(tǒng)有 32 個傳感器 ，每個收費路口用 4 個傳感器組成一個稱，可同時檢測 8 個收費口； （ 2）計算機(jī)通過發(fā)送命令字 控制相應(yīng)的變送器進(jìn)行校 正、故障診斷、數(shù)據(jù)采集等工作； （ 3）一臺計算機(jī)控制 32 個變送器工作，采用多點通訊形式； （ 4）具備掉電參數(shù)保護(hù)功能 ，上電后參數(shù)恢復(fù)功能（部分?jǐn)?shù)據(jù)清零）； （ 5）能夠遵循 RS485 通訊 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，生成 標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通信數(shù)據(jù)包。 1%； （ 2）監(jiān)控數(shù)量： 32 臺； （ 3）實時采集周期＜＝ 1 次 /1 分鐘，發(fā)送周期＝ 1 次 /1 小時； （ 4）數(shù)據(jù)輸出：所有表格數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果均可輸出為 Excel 文件。傳感器的靈敏度、測量范圍、防止方式都會影響所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。若測量數(shù)據(jù)處理不 當(dāng)，系統(tǒng)就會做出錯誤的判斷，在數(shù)據(jù)處理不當(dāng)?shù)臅r候，進(jìn)行合理的判斷處理。鍵盤用來設(shè)定上限值和解除報警。在一些測 控系統(tǒng)中，存在電源開 斷、瞬時電壓不穩(wěn)等不安 全因素 ，將會 造成 系統(tǒng)死 機(jī)、信 息丟 失、運 行不 穩(wěn)定等 故障， 這就需要掉電保護(hù)。 16 2 系 統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 系 統(tǒng)總 體結(jié) 構(gòu)及 其功 能 設(shè)計總體結(jié) 構(gòu)如圖 所示。本設(shè)計采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心處理器，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將機(jī)動車載重量轉(zhuǎn)換成電 壓 信 號 ； 然 后 通 過 放 大 電 路 將 電 壓 信 號 放 大 后 送 到 A/D 轉(zhuǎn) 換 芯 片TLC0838 轉(zhuǎn) 換成數(shù) 字信 號并 計算 出載重 量； 所得 的載 重量將 通過 RS485接口電 路送到 上位機(jī) ，上 位機(jī)與 設(shè)定的 載重 量作比 較并 判斷是 否超載 ，若超載 顯示超 載的重 量并 報警； 參數(shù)可 通過 鍵盤設(shè) 定， 鍵盤還 可解除 報警。 本檢測 系統(tǒng)主 要由 主控制 板、 顯示部 分、 鍵盤部 分、 采集部 分、串 17 行通信部分和報警部分構(gòu)成。 AVR 單片機(jī)主要實現(xiàn)控制功能， CPLD 主要實現(xiàn) I/O 口擴(kuò)展 、邏輯判斷等功能。 方案二 處理器基于 51 系列單片機(jī)的機(jī)動車超載檢測系統(tǒng)。 方 案的 論證 AVR 系列 AVR 單片機(jī)是 Atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著 的特點為高性能 、高速 度、低 功耗 。 通用寄存器一共 32 個（ R0～ R31），前 16 個 寄存器（ R0～ R15）都不能直接與立即數(shù)打交道，因而通用性有所下降。在 AVR 中，沒有像 51 系 列的數(shù)據(jù)指針 DPTR，而是由 X（由 R2 R27 組成）、 Y（由 R2 R29 組成）、 Z（由 R R31 組成）三個 16 位的寄存器來完成數(shù)據(jù)指針的功能 (相當(dāng)于有三組 DPTR)，而且 還能作后增量或 先減量等的運行。 它的 處理對 象不是 字或 字節(jié)而 是位 。 51 系列在片內(nèi) RAM 區(qū)間 還特別開辟了一個雙重功 能的地址區(qū)間，十六個字節(jié) ，單元地址 20H～ 2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理，使用極為靈活 。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平 或低電平均可。 其原因 是高電平 時該腳 也同時 作輸 入腳使 用，而 輸入 腳必須 具有 高的輸 入阻抗 ，因而上 拉的電 流必須 很小 才行。 方 案的 確定 本次設(shè)計采用 51 系列 AT89C51 單片機(jī)， 選用它作為 核心控制新片，可使電路極大地簡化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。 1）看門狗的選擇：看門狗芯片可以選擇 X25045 和 MAX813L 等。它有加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為 200 ms；獨立的看 門狗輸出，如果看門狗輸 入在1． 6 s 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑? V 門限值檢測器，用于電源 故障報警、電池低電壓 檢測或＋ 5 V 以外的電源監(jiān) 控；低電平有效 的手動復(fù)位輸入； 8 引腳 DIP 封裝。它抗偏載，組合 壓頭具有自動 復(fù)位與調(diào)心功能。量程是 10～ 50t ，綜合精度達(dá) 到0． 02（線性 +滯后 +重復(fù)性），靈 敏 度是 mV/V ，工作溫度在 20℃～+65℃ ，輸入阻抗是 700Ω ，輸出阻抗是 750 Ω ，安全過載： 150％ F?S ，供橋電壓為 12VDC 。并行方 式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取 數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上 20 占用的空間也 小。 TLC0838 是美國德 州儀器公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有 8 位分辨 率；易于和微處理器接口或 獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多 路器選通 8 輸進(jìn)通道；單 5V 供電，范圍為 0～ 5V：輸進(jìn)和輸 出與 TTL、 CMOS 電平兼 容；時鐘頻率為 250kHz時，其轉(zhuǎn)換時間為 32μ s；總調(diào)整誤差為177。