針對(duì)目前現(xiàn)有動(dòng)態(tài)地磅稱重誤差大等問(wèn)題，提出了一種新型動(dòng)態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該稱重系 統(tǒng)在基于Intel x86硬件平臺(tái)和linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)分析了產(chǎn)生稱重誤差的根本原因，采用了 數(shù)字信號(hào)處理手段來(lái)提高動(dòng)態(tài)地磅的稱重精度?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析表明，該新型動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu) 于國(guó)家動(dòng)態(tài)衡標(biāo)準(zhǔn)。

動(dòng)態(tài)地磅稱重，即在非停車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的稱 重。與停車狀態(tài)下的靜態(tài)稱重相比，其主要特點(diǎn)是 節(jié)省時(shí)間、效率高，使得稱重時(shí)不至于造成對(duì)正常 交通的干擾。這對(duì)公路建設(shè)與管理有著極為重要的 意義，同時(shí)對(duì)車輛運(yùn)輸現(xiàn)代化管理也有較大的促進(jìn) 作用。

目前較為流行的動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)是軸重 稱量，既分別測(cè)出車輛各軸軸重，再由測(cè)試系統(tǒng)計(jì) 算出整車重量。當(dāng)汽車以一定的速度通過(guò)稱重臺(tái)面 時(shí)，不僅輪胎對(duì)臺(tái)面的作用時(shí)間很短在幾百毫秒 以內(nèi)），而且作用在臺(tái)面上的力除真實(shí)軸重外，還有 許多因素產(chǎn)生的干擾力，如車速、車輛自身諧振、路 面激勵(lì)、輪胎驅(qū)動(dòng)等，這給動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)高精度測(cè)量造成很大困難。因此，在外界隨機(jī)不 確定的干擾力作用下，如何準(zhǔn)確測(cè)出真實(shí)軸重，就 成為動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵。本文 針對(duì)這些問(wèn)題，從軟硬件著手來(lái)實(shí)現(xiàn)新型動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)，目的就在于準(zhǔn)確測(cè)出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下汽車的重量。

1.硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)由上位工控機(jī)、嵌入式稱 重儀表、接線盒、稱重傳感器及機(jī)械稱重臺(tái)面組成。 當(dāng)汽車按照一定的速度通過(guò)稱重臺(tái)面時(shí)，安裝在臺(tái) 面上的稱重傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)， 經(jīng)接線盒傳遞給嵌入式稱重儀表，由稱重儀表完成 電信號(hào)的放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處 理，同時(shí)將處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳給上位工控機(jī)，由上位 工控機(jī)最終完成數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印及實(shí)時(shí)監(jiān)控等 工作。圖1為系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖。

該動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)采用最新技術(shù)，以保證 系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性，高精度的特點(diǎn)，詳述如下：

選用了最新開(kāi)發(fā)研制的、成熟的高精度稱重 傳感器。該傳感器將重量轉(zhuǎn)換為毫伏級(jí)的電壓信 號(hào)、溫漂小、性能穩(wěn)定、精度可達(dá)0.01%。

為了提高所采集的信號(hào)在傳輸過(guò)程中的可 靠性，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在四個(gè)傳感器測(cè)量頭之間 加了一個(gè)接線盒。由于傳感器的額定輸出及輸出阻 抗等參數(shù)在制造上不可能做到完全一致，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能產(chǎn)生角差。通過(guò)調(diào)節(jié)接線盒中相應(yīng)的電位器來(lái)調(diào)整角差，從而保證了多路傳感器間的基準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

嵌入式稱重儀表是本動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)
的最重要組成部分。其硬件核心由深圳研祥公司生
產(chǎn)的EC3-1371CLDN嵌入式平臺(tái)和北京中泰公司
生產(chǎn)的PM516多功能數(shù)據(jù)采集卡組成。EC3-
1371CLDN是一塊基于Intel 386SX微處理器的嵌
入式平臺(tái)，可以裝載嵌入式Linux操作系統(tǒng)，同時(shí)它
還具有非常豐富的外圍設(shè)備，足以滿足稱重儀表的
功能要求。PM516多功能數(shù)據(jù)采集卡A/D轉(zhuǎn)換精度
為12位，最大采樣頻率為75kHz，己滿足動(dòng)態(tài)稱重
對(duì)A/D轉(zhuǎn)換精度和采樣速率的要求。

由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，因此采用抗干擾極強(qiáng)
的工控機(jī)作為上位機(jī)。并通過(guò)Win32 API實(shí)現(xiàn)上位
工控機(jī)與嵌入式稱重儀表之間的通訊，同時(shí)上位工
控機(jī)還完成數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印及實(shí)時(shí)監(jiān)控等工
作。

由于該系統(tǒng)引入了模塊化的設(shè)計(jì)理念，各
模塊間功能相對(duì)獨(dú)立，便于系統(tǒng)維護(hù)。

為了提高該系統(tǒng)的抗干擾性能，模擬和數(shù)
字供電部分分別采用了高精度直流穩(wěn)壓電源和開(kāi)
關(guān)電源。

2.軟件數(shù)據(jù)處理

為了提高技術(shù)指標(biāo)，除了硬件設(shè)備的保障外，
關(guān)鍵是采用良好的軟件數(shù)據(jù)處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確
的稱重。圖2是一輛三軸汽

車通過(guò)秤臺(tái)時(shí)的波形圖，A、

B、C分別表示該車前軸、后
軸1、后軸2通過(guò)秤臺(tái)的波
形輸出。

如圖2中A、B、C所示，

設(shè):m t)是反映汽車某軸軸
重的一個(gè)真實(shí)信號(hào)，（t)是
伴隨此真實(shí)信號(hào)的噪聲，故
測(cè)得稱重信號(hào)x t)可表示

式3)中，噪聲分量q是由兩部分因素組成：1)行 進(jìn)中的汽車自身處于一種低頻振動(dòng)，其頻率與載重 有關(guān)，約為5—10Hz; 2)稱重臺(tái)面的機(jī)械部分，由于 汽車通過(guò)臺(tái)面及鄰近地面也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，其頻率與 臺(tái)面的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，約為20—35Hz。噪聲分量 f)是由稱重傳感器的應(yīng)變片在汽車通過(guò)時(shí)，因承壓 產(chǎn)生彈性形變?cè)斐傻?。?dāng)汽車通過(guò)稱重臺(tái)面時(shí)，前后 輪軸出現(xiàn)高度差，造成汽車的軸重在4個(gè)傳感器上 分配不均，從而出現(xiàn)重量轉(zhuǎn)移。此外，車輪不圓、地面 不平等原因，也會(huì)出現(xiàn)高度差，從而造成重量轉(zhuǎn)移而 引起測(cè)量誤差。由此可見(jiàn)，噪聲分量q具有正弦波 形狀，相位為隨機(jī)變量。噪聲分量f具有脈沖形狀， 脈沖幅度與出現(xiàn)時(shí)刻都是隨機(jī)的。

可見(jiàn),軟件數(shù)據(jù)處理的任務(wù),就是從測(cè)得的波形 信號(hào)中檢測(cè)出行進(jìn)中汽車某軸軸重的真實(shí)值M。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行軟件濾

波。采用一價(jià)RC數(shù)字濾波法，濾掉噪聲分量q。然 后進(jìn)行復(fù)合濾波法，即先用中值濾波原理濾除由于 脈沖干擾引起誤差的采樣值，再將剩余的采樣值進(jìn) 行遞推算術(shù)平均，從而濾掉噪聲分量卩，其原理可表 示為：

xi2< A?，且 3 14 則 y= x2+x3+Axn-1)% n-2) ( 4)

式中xPx2，， 檢測(cè)信號(hào)；

y——本次采樣的有效值。

其次，對(duì)濾波后的波形信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。 其數(shù)據(jù)處理部分采用"重量帶"判斷法。具體方法為: 首先設(shè)置一個(gè)稱重信號(hào)判斷上限與下限，采樣信號(hào) 大于此上限，表明有汽車通過(guò)臺(tái)面，形成一判斷帶， 繼續(xù)對(duì)后續(xù)采樣信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)后續(xù)采樣信號(hào)向 下穿破稱重下限，表明采樣結(jié)束。在實(shí)際稱重過(guò)程 中，發(fā)現(xiàn)逐個(gè)判斷后續(xù)信號(hào)的方法容易受到干擾信 號(hào)的影響，將逐個(gè)判斷后續(xù)信號(hào)的方法改為判斷一 段后續(xù)信號(hào)，將20個(gè)后續(xù)信號(hào)求和后求平均，再利 用上述方法進(jìn)行判斷。此方法可避免振蕩對(duì)判斷的 影響，最大限度地避免誤判，并且此判斷法具有編程 簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、響應(yīng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

通過(guò)汽車和標(biāo)準(zhǔn)砝碼給此動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng) 進(jìn)行加載標(biāo)定，表1給出了部分現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定結(jié)果，其中 汽車空載重量為6557.2kg。

3.結(jié)束語(yǔ)

在本動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)中，采用嵌入式平臺(tái) 結(jié)合新型的數(shù)據(jù)采集卡，并根據(jù)實(shí)際采樣波形，設(shè) 計(jì)特殊的數(shù)據(jù)處理方法，從而完成高速、高精度的 數(shù)據(jù)處理，獲得令人滿意的結(jié)果。本動(dòng)態(tài)地磅稱 重系統(tǒng)先后已在寧夏鹽池高速公路收費(fèi)站，江蘇 江都高速公路收費(fèi)站等投入使用，從現(xiàn)場(chǎng)反饋信 息看，所設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)能 達(dá)到：在靜態(tài)模式下，誤差保持在d20kg內(nèi);在動(dòng) 態(tài)模式下，車輛在15km/h左右的速度通過(guò)時(shí)，誤 差小于靜態(tài)時(shí)稱重值的丑（（軸重和總重），遠(yuǎn)遠(yuǎn) 優(yōu)于國(guó)家動(dòng)態(tài)衡標(biāo)準(zhǔn)。本動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)主 要特性還包括：具有動(dòng)、靜態(tài)兩種工作方式；自動(dòng) 判別車輛類型；自動(dòng)將所測(cè)量的車輛重量與存儲(chǔ) 的資料相比較來(lái)確定車輛是否超重；資料自動(dòng)存 儲(chǔ)以便檢索、統(tǒng)計(jì)。