針對高速路收費系統(tǒng)對車輛稱量精度及軸型識別率的要求,通過分析整車式動態(tài)稱重秤臺結(jié)構(gòu)及稱重過程的特點,提出了懸臂梁應(yīng)變橋式稱重傳感器接線方案及整車式動態(tài)稱重儀表的軟硬件設(shè)計方案;論述了分割車輛上秤過程,識別車軸,計算單軸質(zhì)量的專家算法及基于嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅲ的軟件實現(xiàn)。經(jīng)測試該儀表不僅提高了稱量精度而且不借助輔助設(shè)備能夠準確識別車輛軸型。 

【文章來源】：儀表技術(shù)與傳感器. 2015,(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

第7期李建波等:基于μC/OS－Ⅲ的整車式動態(tài)稱重儀表29圖2ADC數(shù)據(jù)采集通道接線盒電路程呈明顯的階梯狀，同時伴隨著抖動。為滿足實時性要求，儀表ADC采樣數(shù)據(jù)通過DMA(外設(shè)到內(nèi)存自動增長循環(huán)模式［4］)方式存儲到特定內(nèi)存單元，減少CPU占用。由于軸數(shù)是計重收費費率的一個最重要的因素，對單軸質(zhì)量有相關(guān)限重規(guī)定，因此需要準確識別車輛軸數(shù)及軸重。根據(jù)上軸過程數(shù)學模型，本儀表采用了專家算法對整個過程進行分割。上軸過程模型如下:根據(jù)輪胎特點認為輪胎與地面為面接觸，忽略輪胎和秤臺形變因素影響，根據(jù)壓強與壓力原理:F=pS，假定p恒定，車速v恒定，在運動中S與時間t成正比，受力函數(shù)的表達式如式(1)所示:f0(t)=0t＜akta≤t＜bk(b-a)b≤{t(1)式中:a為上軸開始時刻;b為上軸結(jié)束時刻。由于采用滑動濾波［5］則濾波后受力函數(shù):f1(t)=∫tt－Tf0(t)dtT(2)式中T為濾波周期。為計算方便，假設(shè)T=2(b－a)則:f1(t)=0t＜ak(t－a)2/2(b－a)a≤t＜bk(b－a)－0.5k(2b－a－t)2/(b－a)b≤t＜b+Tk(b－a)b+T≤{t(3)波形如圖3所示。圖3理想ADC數(shù)據(jù)與滑動濾波波形圖中f0(t)為ADC數(shù)據(jù)波形;f'0(t)為ADC數(shù)據(jù)導數(shù)波形;f1(t)為ADC濾波后波形;f'1(t)為ADC濾波后導數(shù)波形。假設(shè)a=2，b=6，k(b－a)=1，其中k(b－a)為增加軸重的重力。當T!=2(b－a)時，f'(t)成梯形，f(t)和f1(t)相似，這里略去了公式及圖形。根據(jù)單軸模型特征及軸間過程特征，建立專家算法分割過車過程以便計算軸數(shù)及軸重。專家算法主要根據(jù)以下幾個特征對整個過程進行分割，包括數(shù)據(jù)變化率、上軸閾值、軸間間隔、數(shù)據(jù)平穩(wěn)性。并根據(jù)這些特征建立知識庫。推理過程:首先根據(jù)數(shù)據(jù)變化率達到閾值且?

?娼?觸，忽略輪胎和秤臺形變因素影響，根據(jù)壓強與壓力原理:F=pS，假定p恒定，車速v恒定，在運動中S與時間t成正比，受力函數(shù)的表達式如式(1)所示:f0(t)=0t＜akta≤t＜bk(b-a)b≤{t(1)式中:a為上軸開始時刻;b為上軸結(jié)束時刻。由于采用滑動濾波［5］則濾波后受力函數(shù):f1(t)=∫tt－Tf0(t)dtT(2)式中T為濾波周期。為計算方便，假設(shè)T=2(b－a)則:f1(t)=0t＜ak(t－a)2/2(b－a)a≤t＜bk(b－a)－0.5k(2b－a－t)2/(b－a)b≤t＜b+Tk(b－a)b+T≤{t(3)波形如圖3所示。圖3理想ADC數(shù)據(jù)與滑動濾波波形圖中f0(t)為ADC數(shù)據(jù)波形;f'0(t)為ADC數(shù)據(jù)導數(shù)波形;f1(t)為ADC濾波后波形;f'1(t)為ADC濾波后導數(shù)波形。假設(shè)a=2，b=6，k(b－a)=1，其中k(b－a)為增加軸重的重力。當T!=2(b－a)時，f'(t)成梯形，f(t)和f1(t)相似，這里略去了公式及圖形。根據(jù)單軸模型特征及軸間過程特征，建立專家算法分割過車過程以便計算軸數(shù)及軸重。專家算法主要根據(jù)以下幾個特征對整個過程進行分割，包括數(shù)據(jù)變化率、上軸閾值、軸間間隔、數(shù)據(jù)平穩(wěn)性。并根據(jù)這些特征建立知識庫。推理過程:首先根據(jù)數(shù)據(jù)變化率達到閾值且變化趨勢符合模型設(shè)置上軸標志，變化率達到峰值過程中估算軸重，變化率低于閾值后，判斷是否達到上軸閾值，達到后判斷是否達到上軸間隔時間和上軸過渡時間，最后判斷數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定并和估計值比較計算軸重。整車都上秤后根據(jù)總軸數(shù)、上軸時間間隔和軸重信息進行車軸分組，與軸型庫對比后對軸型進行修正，計算軸組質(zhì)量。若出現(xiàn)多軸或丟軸現(xiàn)象，可通過上位機通知儀表，儀表重新分析上軸過程，并調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。3軟件實現(xiàn)為達到實時性和交互性要求，本儀表采用了μC/OS－

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于STM32的FSMC接口驅(qū)動TFT彩屏設(shè)計[J]. 湯莉莉,黃偉.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2013(20)
[2]基于動態(tài)稱重的高速公路超載管理系統(tǒng)研究及設(shè)計[J]. 肖振發(fā),符鋅砂.  交通信息與安全. 2012(02)
[3]數(shù)據(jù)融合技術(shù)在車輛軸型識別系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 李麗宏,石常興.  電子設(shè)計工程. 2011(09)
[4]非均勻采樣信號的滑動濾波方法[J]. 高玉凱,鄭雙雁.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2010(12)
[5]基于STM32的通用智能儀表設(shè)計與應(yīng)用[J]. 孫啟富,孫運強,姚愛琴.  儀表技術(shù)與傳感器. 2010(10)



本文編號：3509973