0引言

隨著稱重技術的發展,動態稱重在高速公路計重收費係統中得到了廣泛應用,動態稱重汽車衡也從單台麵結構、雙台麵結構發展到了大台麵整車式結構,稱重係統精度得到了進一步提高。在單、雙台麵結構的動態稱重汽車衡中,需要采用分軸計重求和的方式對車輛進行稱量,但由於輪胎與台麵接觸時間短、輪胎驅動力、車輛自身振動、路麵激勵等因素對稱重精度影響較嚴重,而大台麵整車式結構的動態稱重汽車衡可以改善這些因素對稱重精度的影響。在動態稱重技術中,需要區分車輛軸數及單軸質量,對於大台麵整車式結構的動態稱重將麵臨如何區分車輛軸數及單軸質量的難題,多數解決方案是采用在駛入方向增加單台麵方式,這將導致增加設備成本和降低可靠性。本文的解決方案是在不增加複雜的秤台設備情況下,設計一套基於嵌入式係統的硬件環境和軟件程序,對實際稱重數據波形進行在線分析,采用專家算法對整個車輛的上秤過程進行分割,從而計算出軸數及軸重,實現整車式動態稱重。

1硬件設計

主控芯片采用ARM-CortexM4架構的STM32F407VGT6處理器;觸摸屏數據傳輸采用靜態存儲控製器FSMC,觸摸控製采用SPI接口;稱重信號采集采用2片獨立的高精度A/D轉換芯片CS5532提供4路ADC采集通道;多路光電隔離數字I/O通道實現與輔助設備連接;擴展64Mbit容量的Flash存儲器用於保存係統參數和過車數據;具有USB接口(USB-A)、網口(PHY:DM9161AEP、LAN:HR911105A)、串口(Max232)通信方式。其中,主控芯片、觸摸屏和Flash存儲器及ADC芯片的電路設計可參考相應器件的參考電路,多路數字I/O通道采用光電隔離措施。ADC數據采集通道接線盒電路(部分電路未給出)。大台麵采用多個同一型號懸臂梁應變橋式壓力傳感器,靈敏度相同並通過R6進行補償,接線盒另一功能為調整傳感器的失調電壓。利用AD8237芯片負反饋通道抑製傳感器失調電壓,由於單極性供電需R3、R4和A2提供參考電壓,R5和A3提供調整電壓。並通過R0、RF、R7和A4構成的加法器輸出給ADC轉換芯片CS5532。跳線帽JP1控製傳感器是否接入電路,用於秤台及傳感器的調整。

2.算法設計

整個過程呈明顯的階梯狀,同時伴隨著抖動。為滿足實時性要求,儀表ADC采樣數據通過DMA(外設到內存自動增長循環模式方式存儲到特定內存單元,減少CPU占用。由於軸數是計重收費費率的一個最重要的因素,對單軸質量有相關限重規定,因此需要準確識別車輛軸數及軸重。根據上軸過程數學模型,本儀表采用了專家算法對整個過程進行分割。根據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及軸重。專家算法主要根據以下幾個特征對整個過程進行分割,包括數據變化率、上軸閾值、軸間間隔、數據平穩性。並根據這些特征建立知識庫。推理過程:首先根據數據變化率達到閾值且變化趨勢符合模型設置上軸標誌,變化率達到峰值過程中估算軸重,變化率低於閾值後,判斷是否達到上軸閾值,達到後判斷是否達到上軸間隔時間和上軸過渡時間,最後判斷數據是否穩定並和估計值比較計算軸重。整車都上秤後根據總軸數、上軸時間間隔和軸重信息進行車軸分組,與軸型庫對比後對軸型進行修正,計算軸組質量。若出現多軸或丟軸現象,可通過上位機通知儀表,儀表重新分析上軸過程,並調整係統參數。

3. 軟件實現

為達到實時性和交互性要求,本儀表采用了μC/OS-Ⅲ實時嵌入式係統和emWin圖形界麵進行軟件設計。硬件驅動部分代碼采用ST官方提供的固件庫函數,支持控製器的所有外設性能特征,可明顯減少程序開發時間。

4.結束語

單雙台麵稱重方式屬於先求局部,再由局部累加求整體;大台麵屬於獲得整體同時分割局部。通過實際測試,整車式大台麵動態稱重較單、雙台麵單軸稱重累加求和方式可有效去除單軸稱重誤差的累積,確保了稱重可靠性和整車稱量精度。本儀表采用專家算法無需輔助設備,根據上軸過程特征,可靠地區分了上軸過程,計算出單軸質量。采用上軸標記點存儲過程數據減少數據保存量,通過處理可從整車質量中準確的計算出軸數及單軸質量,去除了因輔助設備故障引起的不能識別軸數影響收費的因素。

本文源於網絡轉載，如有侵權，請聯係刪除