專利名稱：基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明及動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是一種公路計(jì)重收費(fèi)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)道路運(yùn)輸車輛超限超載現(xiàn)象較為普遍，并有"愈演愈烈" 之勢(shì)。超載的大型貨車對(duì)高速公路的路基具有重大的破壞作用，嚴(yán)重影響公路 的使用壽命，同時(shí)超載車輛也是造成車禍的重要原因之一。車輛超限超載運(yùn)輸 對(duì)交通安全、運(yùn)輸市場(chǎng)及汽車生產(chǎn)秩序造成了極大危害。作為綜合治理超限超 載的一種手段，高速公路上行駛車輛的重量具有很大的差異，這些車輛對(duì)公 路的使用壽命的影響差異很大，因此依據(jù)車輛實(shí)際重量進(jìn)行收費(fèi)的方式是合理 的?，F(xiàn)在還沒(méi)有符合公路計(jì)重收費(fèi)的特殊環(huán)境的稱重儀器，能夠快速、準(zhǔn)確地 對(duì)車輛稱重，并實(shí)時(shí)地將車輛信息傳送給上位計(jì)算機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)車輛稱重，并實(shí)時(shí)地將 車輛信息傳送給上位計(jì)算機(jī)的智能儀表稱重系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)備對(duì)高速公路路面 損壞小，安裝方便。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)，它包括智能儀表、重量傳 感器、紅外線車輛分離器、輪軸識(shí)別器和感應(yīng)線圈。上述紅外線車輛分離器輸 出的車輛分離信號(hào)；輪軸識(shí)別器輸出的車輛輪胎及輪軸類型信號(hào)；感應(yīng)線圈輸 出的車輛收尾信號(hào)均輸入智能儀表AD采樣單元。
上述重量傳感器由壓電式動(dòng)態(tài)條形稱重板構(gòu)成。壓電式動(dòng)態(tài)條形稱重板主 要包括上蓋板、下蓋板、結(jié)構(gòu)化石英晶組三個(gè)部分構(gòu)成。壓電石英動(dòng)態(tài)條形 稱重板在埋在路面下，當(dāng)有載荷作用于上蓋板后，通過(guò)力的傳遞使其作用在結(jié) 構(gòu)化石英晶組上，然后在其上下表面產(chǎn)生與作用于其表面力大小成比例的正負(fù) 電荷量，通過(guò)信號(hào)電極將電荷信號(hào)傳送到智能儀表。
上述智能儀表包括AD采樣單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元、鍵盤控制單 元、數(shù)據(jù)傳輸單元。在ATmegal6的AVR微處理器內(nèi)部完成AD采樣單元對(duì)重量傳感器輸出的重量信號(hào)采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對(duì)數(shù)據(jù)處理，鍵盤控 制單元控制顯示單元顯示的內(nèi)容并對(duì)重量信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，稱重結(jié)束后經(jīng)數(shù)據(jù)傳 輸單元將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)工作過(guò)程如下，當(dāng)車輛 進(jìn)入計(jì)重車道，紅外線車輛分離器將車輛起始信號(hào)發(fā)送到稱重儀表，儀表接收 到車輛起始信號(hào)后自動(dòng)開辟內(nèi)存空間，準(zhǔn)備接收車輛信息。車輛經(jīng)過(guò)輪軸識(shí)別 器，輪軸識(shí)別器將車輛的輪胎及輪軸類型發(fā)送給稱重儀表，稱重儀表記錄下該 輪軸信息及輪胎情況。車輛經(jīng)過(guò)壓力傳感器后，壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為
電壓信號(hào)發(fā)送給稱重儀表，儀表利用ATmegal6的AVR微處理器內(nèi)部自帶的10 位高精度A/D轉(zhuǎn)換通道，實(shí)現(xiàn)重量采集。在車輛經(jīng)過(guò)平臺(tái)的過(guò)程中重量采集 實(shí)時(shí)進(jìn)行，稱重儀表將采集的大量重量信息進(jìn)行運(yùn)算后，再根據(jù)當(dāng)前車輛行駛 的速度對(duì)當(dāng)前運(yùn)算后的數(shù)據(jù)采用過(guò)濾類算法進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。將最終補(bǔ)償后的數(shù) 據(jù)作為當(dāng)前車輛的當(dāng)前軸重?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間中。當(dāng)車輛行駛過(guò)紅外線車輛 分離器和感應(yīng)線圈后，產(chǎn)生收尾信號(hào)。稱重儀表接收到收尾信號(hào)后，根據(jù)輪軸 類型計(jì)算當(dāng)前車輛的額定載重，與行駛速度、輪軸類型、實(shí)際重量等信息打包 上傳到上位機(jī)軟件。
因本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)計(jì)重方式對(duì)車輛進(jìn)行稱量，是基于石英稱重傳感器和智 能儀表的稱重系統(tǒng)。稱重儀表作為整個(gè)系統(tǒng)中樞，接受所有來(lái)自其他設(shè)備的信 號(hào)和數(shù)據(jù)，并對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終發(fā)送給上位機(jī)軟件，并且在LCD上顯 示。本發(fā)明設(shè)備對(duì)高速公路路面損壞小，安裝方便，并實(shí)時(shí)地將車輛信息傳送 給上位計(jì)算機(jī)，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)車輛稱重。


圖1為本發(fā)明的的智能儀表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的智能儀表設(shè)計(jì)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。 一種基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)，它包括智能儀表、重量傳 感器、紅外線車輛分離器、輪軸識(shí)別器和感應(yīng)線圈。所述重量傳感器，將感受 到的重力按比例轉(zhuǎn)換的電壓模擬信號(hào)；紅外線車輛分離器輸出的車輛分離信 號(hào)；輪軸識(shí)別器輸出的車輛輪胎及輪軸類型信號(hào)；感應(yīng)線圈輸出的車輛收尾信 號(hào)均輸入智能儀表AD采樣單元。所述智能儀表包括AD采樣單元、數(shù)據(jù)處理 單元、顯示單元、鍵盤控制單元、數(shù)據(jù)傳輸單元。具體結(jié)構(gòu)如下
車輛經(jīng)由重量傳感器，將感受到的重力按比例轉(zhuǎn)換為電壓模擬信號(hào)，經(jīng)放大及濾波處理后送入含A/D處理模塊的稱重處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由于該處 理器自帶8通道10位A/D模塊，這就簡(jiǎn)化了外圍電路。
稱重傳感器布置成前后兩排。當(dāng)車輛從不同的方向經(jīng)過(guò)稱臺(tái)時(shí)兩組傳感器 測(cè)量的數(shù)據(jù)不同，這樣就能準(zhǔn)確測(cè)量出車輛行駛方向，從而避免數(shù)據(jù)不對(duì)應(yīng)的 情況。
輪軸識(shí)別器用于檢測(cè)通過(guò)車輛的輪軸單雙輪狀態(tài)，軸數(shù)及軸型，車型分類， 車型統(tǒng)計(jì)，車流量統(tǒng)計(jì)等。輪軸識(shí)別器間距為10cm能夠分辨任何車輛的單雙輪 胎，與秤體的支架安裝，確保輪胎識(shí)別器和秤臺(tái)的距離的一致，完全按距離原則 來(lái)進(jìn)行車輛聯(lián)軸的判別，即使車輛非正常通過(guò)檢測(cè)區(qū)域，也絕不誤判.
紅外線車輛分離器采用高能量、高穿透率原裝進(jìn)口光電管，性能穩(wěn)定可靠， 現(xiàn)場(chǎng)安裝對(duì)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單快速，用于正常4.5米以內(nèi)車道時(shí)，過(guò)量增益值達(dá)到25 倍，在粉塵、雨雪、濃霧、溫度異常等惡劣環(huán)境下仍能保證可靠工作。
感應(yīng)線圈車輛分離器是埋在路面下的環(huán)形線圈，車輛經(jīng)過(guò)所引起的電感量 的變化，由它配合光柵分離器的使用可以確保了整個(gè)稱重系統(tǒng)的更高的可靠 性。
智能儀表是本發(fā)明稱重系統(tǒng)的核心部件，本發(fā)明采用STC12C5624AD芯片， 它是一款高性能、低功耗，超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)。單時(shí)鐘/機(jī)器周期， 增強(qiáng)型8051內(nèi)核，運(yùn)行速度比普通的單片機(jī)快8 10倍。其片內(nèi)集成了24KB 的Flash程序存儲(chǔ)器、256+512字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、支持ISP和IAP編 程、8路10位ADC、 4個(gè)PWM通道還可當(dāng)4路D/A使用、6個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù) 器、RC振蕩器的可編程，集成MAX810專業(yè)復(fù)位電路等；以及SPI、 UART接口， 可以接收從上位機(jī)的RS-232接口下載的程序。以STC12C5624AD作為嵌入式高 效微控制器,無(wú)需程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及A/D轉(zhuǎn)換器，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的 硬件。其內(nèi)部有硬件看門狗電路及相應(yīng)的看門狗指令控制，提高了系統(tǒng)的可靠 性及安全性。
在車輛經(jīng)過(guò)重量傳感器的過(guò)程中重量采集實(shí)時(shí)進(jìn)行。稱重儀表將采集的大 量重量信息進(jìn)行運(yùn)算后，再根據(jù)當(dāng)前車輛行駛的速度對(duì)當(dāng)前運(yùn)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。將最終補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)作為當(dāng)前車輛的當(dāng)前軸重?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間 中。
在收到收尾信號(hào)后，稱重處理器將車輛信息數(shù)據(jù)打包通過(guò)RS232傳送給上 位計(jì)算機(jī)，稱重處理器向上位計(jì)算機(jī)傳輸稱重?cái)?shù)據(jù)用CRC校驗(yàn)傳輸，確保正確。 稱重系統(tǒng)具備自動(dòng)緩存功能，在向車道收費(fèi)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗時(shí)，自動(dòng)存入 緩存消息隊(duì)列并嘗試重發(fā)，在此次數(shù)據(jù)未正常送達(dá)前不會(huì)被下一條數(shù)據(jù)沖掉，從而保證稱重?cái)?shù)據(jù)的完整性。
本發(fā)明智能儀表外帶薄膜鍵盤，通過(guò)控制鍵盤可以控制顯示的車輛信息。 另外稱重設(shè)備標(biāo)定完全采用數(shù)字鍵盤進(jìn)行標(biāo)定，無(wú)需打開稱重處理機(jī)機(jī)箱進(jìn)行 開關(guān)切換或使用專用工具，整個(gè)標(biāo)定和功能設(shè)置以及動(dòng)態(tài)軟件修正校準(zhǔn)過(guò)程完 全通過(guò)稱重處理機(jī)按鍵板進(jìn)行。 按鍵功能說(shuō)明
車速按車速鍵顯示當(dāng)前軸通過(guò)時(shí)的車速，單位為km/h，再按一
次返回稱重狀態(tài)。
軸型按軸型鍵顯示本車的軸型，再按一次返回稱重狀態(tài)。日期按日期鍵顯示當(dāng)前日期，若不需修正，按日期退出日
期顯示，否則輸入新日期后按日期。
時(shí)間按時(shí)間鍵顯示當(dāng)前時(shí)間，若不需修正，按時(shí)間退出時(shí)
間顯示，否則輸入新時(shí)間后按時(shí)間。
標(biāo)定按標(biāo)定鍵可以對(duì)車重進(jìn)行標(biāo)定。刪除若輸入數(shù)字時(shí)按錯(cuò)可按糾錯(cuò)更正。數(shù)字在輸入時(shí)間日期和標(biāo)定時(shí)，需要選擇的按鍵。 車輛信息在稱重儀表的LCD上顯示，在不同的按鍵按下時(shí)，LCD顯示屏上顯
示相應(yīng)的車輛信息。
參照?qǐng)D一，本本發(fā)明所涉及輸入信號(hào)有重量信號(hào)、車輛分離信號(hào)、車輛輪
胎及輪軸類型信號(hào)以及車輛收尾信號(hào)。AD采樣單元實(shí)現(xiàn)對(duì)重量傳感器輸出的重
量信號(hào)采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對(duì)數(shù)據(jù)處理，由處理器控制顯示單元， 并將數(shù)據(jù)信息按照指定的格式和要求發(fā)送至上位計(jì)算機(jī)。
參照?qǐng)D二，重量傳感器輸出的兩路重量信號(hào)Gl、 G2分別由微處理器Ul的 39、 40腳接入，車輛分離信號(hào)S1、車輛輪胎及輪軸類型信號(hào)S2以及車輛收尾 信號(hào)S3分由微處理器U1的16、 17、 18腳接入。
12864顯示電路的4、 5、 6、 18、 19控制引腳分別連接微處理器的25、 26、 27、 24、 28腳，顯示電路的數(shù)據(jù)位7-14腳分別連接微處理器的1-8腳。
數(shù)據(jù)傳輸模塊U2的9、 10腳分別連接微處理器的14、 15腳。
鍵盤控制模塊采樣7290芯片擴(kuò)展鍵盤，控制引腳19、 20腳分別連接微處 理器的22、 23腳。7920的3、 4、 5、 6、 12、 13、 21、 22分別連接4X4鍵盤 的8位。
權(quán)利要求
1、一種基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)，它包括智能儀表、重量傳感器、紅外線車輛分離器、輪軸識(shí)別器和感應(yīng)線圈；上述智能儀表包括AD采樣單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元、鍵盤控制單元、數(shù)據(jù)傳輸單元；并在ATmega16的AVR微處理器內(nèi)部完成AD采樣單元對(duì)重量傳感器輸出的重量信號(hào)采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對(duì)數(shù)據(jù)處理，鍵盤控制單元控制顯示單元顯示的內(nèi)容并對(duì)重量信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，稱重結(jié)束后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸單元將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位計(jì)算機(jī)。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)，其特征在于重量信號(hào)G1、 G2分別由微處理器U1的(39、 40)腳接入，車輛分離信號(hào)Sl、車輛輪胎及輪軸類型信號(hào)S2以及車輛收尾信號(hào)S3分由微處理器Ul的(16、 17、 18)腳接入；12864顯示電路的(4、 5、 6、 18、 19)控制引腳分別連接微處理器的(25、 26、 27、 24、 28)腳，顯示電路的數(shù)據(jù)位(7-14)腳分別連接微處理器的(1-8)腳；數(shù)據(jù)傳輸模塊U2的(9、 10)腳分別連接微處理器的(14、 15)腳。鍵盤控制模塊采樣7290芯片擴(kuò)展鍵盤，控制引腳(19、 20)腳分別連接微處理器的(22、 23)腳。7920的(3、 4、 5、 6、 12、13、 21、 22)分別連接4X4鍵盤的8位。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)，其特征在于內(nèi)部含有AD轉(zhuǎn)換模塊，并且采用采用過(guò)濾類算法進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，鍵盤控制單元可以控制顯示單元的內(nèi)容并且可進(jìn)行標(biāo)定，最后按指定的格式和要求將稱重?cái)?shù)據(jù)發(fā)送至上位計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種基于ATmega16高性能、低功耗的8位AVR微處理器的基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重系統(tǒng)，包括AD采樣單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元、鍵盤控制單元、數(shù)據(jù)傳輸單元。AD采樣單元實(shí)現(xiàn)對(duì)重量傳感器輸出的重量信號(hào)采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對(duì)數(shù)據(jù)處理，鍵盤控制單元可以控制顯示單元顯示的內(nèi)容并可對(duì)重量信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，稱重結(jié)束后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸單元將相關(guān)數(shù)據(jù)按指定的格式發(fā)送給上位計(jì)算機(jī)。本發(fā)明設(shè)備對(duì)高速公路路面損壞小，安裝方便，并實(shí)時(shí)地將車輛信息傳送給上位計(jì)算機(jī)，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)車輛稱重。
文檔編號(hào)G01G19/02GK101639377SQ20091011587
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者何耀忠, 旭 劉, 劉小勇, 劉紅生, 吳偉民, 吳典澤, 張良吉, 彭恢湘, 李曉寶, 李遲生, 查國(guó)峰, 胡瓊清, 許書亮, 佳 陳 申請(qǐng)人:江西省交通科學(xué)研究院;江西省交通運(yùn)輸技術(shù)創(chuàng)新中心