车辆称重系统的设计
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    车辆称重系统的设计

    发布日期:2024-04-01

  • 产品特点

  (1)测量精度。目前动态称重系统精确度低,还在于加在传感器平台上的力除了汽车的真实重量之外,还有由许多因素引起的干扰力,如车速、车辆自身谐振、路面激励、轮胎驱动力等,汽车的真实重量有可能淹没在了各种干扰中,如何从外界随机不确定的干扰力中获取真实的车重,是动态称重技术的难点和关键。国内研制出的固定式动态称重系统的轴重误差通常为(5%~10%),但是在有些场合还是不能满足,提高精确度是动态称重技术的迫切需要。

  要准确地进行车辆称重,就必须充分分析车辆称重系统各部分构成。只有充分分析了车辆称重系统各部分电路原理与作用,才能更好地进行车辆称重系统的设计。为了达到设计的基本要求,本章对车辆称重系统的构成、基础原理以及设计的具体方案进行了详细的分析,有助于方案的设计成功实施。

  当车辆进入称重平台时,在荷重力的作用下,传感器的弹性体在弹性范围内发生与荷重力成正比的变化,从而使弹性体上的应变片阻值也发生正比的变化,配合检测电桥,得到与荷重力成正比的检测信号,并输出对应的电压模拟信号。模拟信号首先进行放大处理并通过A/D转换器转换成数字信号,A/D转换器将数字信号送给单片机数据处理得出真实的车重值,然后通过LCD屏幕进行显示。

  随着交通检查、超限治理和计重收费工作的不断深入,车辆称重系统得到了愈来愈普遍的应用。车辆称重系统实际上就是一个信号转换和显示的系统。当车辆行驶到称重平台上时,传感器把感受到的压力转换并输出电压模拟信号,经模/数转换(A/D变换)后就得到数字量的信号。但是,数字量的信号并不是重物的实际重量值,它需要由数字量在单片机内部经过一系列的数据处理才能得到。不仅如此,称重显示器的整个工作过程也都是在单片机的控制下有条不紊地进行。近年来,随着大规模集成电路的快速的提升,单片机更广泛的应用在各种智能化表中。在车辆称重系统中使用单片机可使系统的性能提高、成本降低,具有明的优越性。

  车辆称重系统一般由压力传感器组成的称重平台、放大信号调理电路、模数(A/D转换)电路、单片机处理芯片、LCD液晶显示电路及声光报警电路等组成,如图2-1所示。系统的称重平台与公路路面处于同一水平面,当车辆通过称重平台时,将作用在称重平台上的压力信号通过传感器转换为电压信号,经信号放大,模数转换电路送给处理器,处理器将测得的车辆重信号进行数据处理后通过LCD显示出车辆的真实重量。

  国内经过几十年的研究,现在的汽车动态称重系统已经在逐渐取代静态称重,并取得了一定的成果。但是汽车动态称重系统在国内的研究应用时间还很短,已有的动态汽车称重系统主要是从国外引进的技术,缺乏核心技术。同时,动态称重系统在国内外都处于比较前沿的位置,技术都还没有完全成熟,特别是测量的精度、汽车的通行速度、系统结构三方面都需要很大的改进。

  本设计是基于单片机的数字车辆称重仪,它的硬件电路的设计包括放大电路、A/D转换电路、称重传感器、单片机最小系统、LCD显示电路、声光报警电路等几部分设计内容。整个设计系统由Atmel公司生产51系列89C51单片机来控制;广东佛山市普量电子有限公司的WPL401/402柱式称重传感器;转换器采用ADC0804,它把称重传感器采集的模拟信号转换成数字信号后供单片机读取;显示部分采用LCD液晶显示;出于人性化考虑,增加了声光报警电路,并对超载的车辆进行报警。

  (1)我们最终选择电阻应变片压力传感器。它的应变灵敏度、应变片本身的电阻都随气温变化,而且灵敏度随气温变化较大。在不同的环境中,应变片的阻值发生明显的变化,输出零漂明显。并且应变片的输出信号很小、线性范围窄。因此,我们一定要选择适合车辆称重环境的电阻应变传感器。

  多年来,公路车辆在运输货物时,都会存在着超限超载现象。据调查,德国超限超载车辆达50%、美国40%的大型载货汽车超限超载。近年来,我国道路运输车辆超限超载现象也极为普遍,在严重地区,几乎所有的货物运输车辆都存在不同程度的超限超载行为。货物运输部门通过改装车身、后桥和轮胎来大幅度提升货车的装载能力,使运输效率和经济的效果与利益得到很大的提高,但是超限超载却带来了一系列的重大危害【12】。要有效治理超限超载,就必须有对车辆是否超限超载进行判断,也就是说一定要进行超限超载测量。怎么来实现准确科学地衡量车辆的重量是治理超限超载运输和计重收费中的核心问题。目前对车辆的超限超载监测有静态和动态两种方法:动态称重系统虽能实现超载治理和不停车计重收费系统的完美结合,但是由于影响动态称重精度的因素较多,例如,汽车的振动、路面的不平度、汽车的速度等等。这一些因素势必会使测量精度降低,使测量结果不准确、不具说服力,为了更好的提高动态称重系统的测量精度,国内很多科研机构和公司一直在致力于动态称重系统的研究,但是一直以来并没有太大的突破。而国外的设备价格十分昂贵而且没有知识产权。相比静态称重,虽然需要车辆静态称量,但是其称量精度高、稳定且成本低,易于普及使用。

  近几年来,伴随着交通运输业的迅猛发展,汽车超限超载运输现象越来越严重。超限超载造成了路面、桥梁等设施的破坏,从而恶化了道路服务水平和行车安全状况。为了有效治理超限超载,对车辆的重量做准确的称重计量就显得十分迫切和必要。

  (3)动态称重系统的结构。现有应用的动态称重系统,一股是固定安装,建设周期长,造价比较高,影响公路的正常运行。这就要一直的改进系统的结构设计,即在不影响测量速度和精度的前提下,要尽量减小占地面积工程建设价格和安装要求、简化结构、缩短工期、最好能不影响公路的正常运行【24】。

  本课题利用电阻应变传感器采集外界力信号,然后放大、A/D转换等处理后将信号传给单片机,在单片机的处理控制下,将采集的重量信号用LCD液晶显示出来,并对超重的质量进行声光报警。

  (2)汽车的通行速度。现在的动态称重系统允许汽车通行速度比较低为(5-50)km/h。但是随着不停车收费系统的普及,就要求在更高的汽车通行速度下准确测量,目前现有应用的动态称重系统就不能符合标准要求。为满足未来交通的需要,美国纽约州立大学的研究人员已经研制出了在汽车时速高达88km,路面应力达10kg/cm2的情况下,其测量精度可保持在2%以内的动态称重系统,但是造价过高,目前还不能推广使用。所以国内的科研人员也可以在引进的技术中加以突破或者研制出具有自我知识产权的系统。并且在一定的精度保证下,能降低价格,逐步的提升汽车的通行速度。

  车辆称重衡器分为:静态称重和动态称重。其称架结构包括机械式、电子式、机电结合式。传感器原理采用:电阻应变式、压磁式等;称重仪表可以是数字式、微机式和固定式便携式。国内从20 世纪60 年代中期开始研制和生产电子秤,初期为模拟指针式,20 世纪80 年代中后期发展成数字式。20 世纪90年代末至21 世纪初已研制开发出微机式产品。目前国内电子衡器的发展水平相当于发达国家20 世纪90 年代的水平。少数产品的技术已处于国际领先水平,例如中船重工集团第707研究所研制的HW- 2000 动态汽车衡的几项新技术。然而国内汽车电子称重传感器品种少、功能不齐全、关键元器件的稳定性和可靠性与进口产品比较还有差距。发达国家在电子称重方面,无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水准,特别是在准确度、长期稳定性和可靠性等方面都有了很大的提高。在稳定性方面要求1 年内不允许超差;在可靠性方面称重传感器在正常使用条件下的寿命一般在10年以上;仪表的平均故障间隔时间都超过2000h ,有些产品达到了5000h【12】。