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0引言

隨著稱重技術(shù)的發(fā)展,動(dòng)態(tài)稱重在高速公路計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,動(dòng)態(tài)稱重汽車衡也從單臺(tái)面結(jié)構(gòu)、雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)發(fā)展到了大臺(tái)面整車式結(jié)構(gòu),稱重系統(tǒng)精度得到了進(jìn)一步提高。在單、雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)稱重汽車衡中,需要采用分軸計(jì)重求和的方式對(duì)車輛進(jìn)行稱量,但由于輪胎與臺(tái)面接觸時(shí)間短、輪胎驅(qū)動(dòng)力、車輛自身振動(dòng)、路面激勵(lì)等因素對(duì)稱重精度影響較嚴(yán)重,而大臺(tái)面整車式結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)稱重汽車衡可以改善這些因素對(duì)稱重精度的影響。在動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)中,需要區(qū)分車輛軸數(shù)及單軸質(zhì)量,對(duì)于大臺(tái)面整車式結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)稱重將面臨如何區(qū)分車輛軸數(shù)及單軸質(zhì)量的難題,多數(shù)解決方案是采用在駛?cè)敕较蛟黾訂闻_(tái)面方式,這將導(dǎo)致增加設(shè)備成本和降低可靠性。本文的解決方案是在不增加復(fù)雜的秤臺(tái)設(shè)備情況下,設(shè)計(jì)一套基于嵌入式系統(tǒng)的硬件環(huán)境和軟件程序,對(duì)實(shí)際稱重?cái)?shù)據(jù)波形進(jìn)行在線分析,采用專家算法對(duì)整個(gè)車輛的上秤過(guò)程進(jìn)行分割,從而計(jì)算出軸數(shù)及軸重,實(shí)現(xiàn)整車式動(dòng)態(tài)稱重。

1硬件設(shè)計(jì)

主控芯片采用ARM-CortexM4架構(gòu)的STM32F407VGT6處理器;觸摸屏數(shù)據(jù)傳輸采用靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC,觸摸控制采用SPI接口;稱重信號(hào)采集采用2片獨(dú)立的高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5532提供4路ADC采集通道;多路光電隔離數(shù)字I/O通道實(shí)現(xiàn)與輔助設(shè)備連接;擴(kuò)展64Mbit容量的Flash存儲(chǔ)器用于保存系統(tǒng)參數(shù)和過(guò)車數(shù)據(jù);具有USB接口(USB-A)、網(wǎng)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(chǔ)器及ADC芯片的電路設(shè)計(jì)可參考相應(yīng)器件的參考電路,多路數(shù)字I/O通道采用光電隔離措施。ADC數(shù)據(jù)采集通道接線盒電路(部分電路未給出)。大臺(tái)面采用多個(gè)同一型號(hào)懸臂梁應(yīng)變橋式壓力傳感器,靈敏度相同并通過(guò)R6進(jìn)行補(bǔ)償,接線盒另一功能為調(diào)整傳感器的失調(diào)電壓。利用AD8237芯片負(fù)反饋通道抑制傳感器失調(diào)電壓,由于單極性供電需R3、R4和A2提供參考電壓,R5和A3提供調(diào)整電壓。并通過(guò)R0、RF、R7和A4構(gòu)成的加法器輸出給ADC轉(zhuǎn)換芯片CS5532。跳線帽JP1控制傳感器是否接入電路,用于秤臺(tái)及傳感器的調(diào)整。

2.算法設(shè)計(jì)

整個(gè)過(guò)程呈明顯的階梯狀,同時(shí)伴隨著抖動(dòng)。為滿足實(shí)時(shí)性要求,儀表ADC采樣數(shù)據(jù)通過(guò)DMA(外設(shè)到內(nèi)存自動(dòng)增長(zhǎng)循環(huán)模式方式存儲(chǔ)到特定內(nèi)存單元,減少CPU占用。由于軸數(shù)是計(jì)重收費(fèi)費(fèi)率的一個(gè)最重要的因素,對(duì)單軸質(zhì)量有相關(guān)限重規(guī)定,因此需要準(zhǔn)確識(shí)別車輛軸數(shù)及軸重。根據(jù)上軸過(guò)程數(shù)學(xué)模型,本儀表采用了專家算法對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分割。根據(jù)單軸模型特征及軸間過(guò)程特征,建立專家算法分割過(guò)車過(guò)程以便計(jì)算軸數(shù)及軸重。專家算法主要根據(jù)以下幾個(gè)特征對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)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(shí)庫(kù)。推理過(guò)程:首先根據(jù)數(shù)據(jù)變化率達(dá)到閾值且變化趨勢(shì)符合模型設(shè)置上軸標(biāo)志,變化率達(dá)到峰值過(guò)程中估算軸重,變化率低于閾值后,判斷是否達(dá)到上軸閾值,達(dá)到后判斷是否達(dá)到上軸間隔時(shí)間和上軸過(guò)渡時(shí)間,最后判斷數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定并和估計(jì)值比較計(jì)算軸重。整車都上秤后根據(jù)總軸數(shù)、上軸時(shí)間間隔和軸重信息進(jìn)行車軸分組,與軸型庫(kù)對(duì)比后對(duì)軸型進(jìn)行修正,計(jì)算軸組質(zhì)量。若出現(xiàn)多軸或丟軸現(xiàn)象,可通過(guò)上位機(jī)通知儀表,儀表重新分析上軸過(guò)程,并調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。

3. 軟件實(shí)現(xiàn)

為達(dá)到實(shí)時(shí)性和交互性要求,本儀表采用了μC/OS-Ⅲ實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)和emWin圖形界面進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。硬件驅(qū)動(dòng)部分代碼采用ST官方提供的固件庫(kù)函數(shù),支持控制器的所有外設(shè)性能特征,可明顯減少程序開(kāi)發(fā)時(shí)間。

4.結(jié)束語(yǔ)

單雙臺(tái)面稱重方式屬于先求局部,再由局部累加求整體;大臺(tái)面屬于獲得整體同時(shí)分割局部。通過(guò)實(shí)際測(cè)試,整車式大臺(tái)面動(dòng)態(tài)稱重較單、雙臺(tái)面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(wú)需輔助設(shè)備,根據(jù)上軸過(guò)程特征,可靠地區(qū)分了上軸過(guò)程,計(jì)算出單軸質(zhì)量。采用上軸標(biāo)記點(diǎn)存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)據(jù)減少數(shù)據(jù)保存量,通過(guò)處理可從整車質(zhì)量中準(zhǔn)確的計(jì)算出軸數(shù)及單軸質(zhì)量,去除了因輔助設(shè)備故障引起的不能識(shí)別軸數(shù)影響收費(fèi)的因素。

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