專利名稱：基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型及動態(tài)稱重技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是一種公路計重收費動態(tài)稱重系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，我國道路運輸車輛超限超載現(xiàn)象較為普遍，并有"愈演愈烈"之勢。超載的大型貨車對高速公路的路基具有重大的破壞作用，嚴重影響公路的使用壽命，同時超載車輛也是造成車禍的重要原因之一。車輛超限超載運輸對交通安全、運輸市場及汽車生產(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，這些車輛對公路的使用壽命的影響差異很大，因此依據(jù)車輛實際重量進行收費的方式是合理的?，F(xiàn)在還沒有符合公路計重收費的特殊環(huán)境的稱重儀器，能夠快速、準確地對車輛稱重，并實時地將車輛信息傳送給上位計算機。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的，在于提供一種能夠快速、準確地對車輛稱重，并實時地將車輛信息傳送給上位計算機的智能儀表稱重裝置。本實用新型設(shè)備對高速公路路面損壞小，安裝方便。 本實用新型的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn) —種基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重裝置，它包括智能儀表、重量傳感器、紅外線車輛分離器、輪軸識別器和感應(yīng)線圈。上述紅外線車輛分離器輸出的車輛分離信號；輪軸識別器輸出的車輛輪胎及輪軸類型信號；感應(yīng)線圈輸出的車輛收尾信號均輸入智能儀表AD采樣單元。 上述重量傳感器由壓電式動態(tài)條形稱重板構(gòu)成。壓電式動態(tài)條形稱重板主要包括上蓋板、下蓋板、結(jié)構(gòu)化石英晶組三個部分構(gòu)成。壓電石英動態(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電荷量，通過信號電極將電荷信號傳送到智能儀表。 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ATmega16的AVR微處理器內(nèi)部完成AD采樣單元對重量傳感器輸出的重量信號
采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對數(shù)據(jù)處理，鍵盤控制單元控制顯示單元顯示的內(nèi)容并對重量信號進行標定，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)送給上位計算機。[0008] 本實用新型的基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重裝置工作過程如下，當(dāng)車輛進入計重車道，紅外線車輛分離器將車輛起始信號發(fā)送到稱重儀表，儀表接收到車輛起始信號后自動開辟內(nèi)存空間，準備接收車輛信息。車輛經(jīng)過輪軸識別器，輪軸識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)過壓力傳感器后，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號發(fā)送給稱重儀表，儀表利用ATmegal6的
3AVR微處理器內(nèi)部自帶的10位高精度A/D轉(zhuǎn)換通道，實現(xiàn)重量采集。在車輛經(jīng)過平臺的過程中重量采集實時進行，稱重儀表將采集的大量重量信息進行運算后，再根據(jù)當(dāng)前車輛行駛的速度對當(dāng)前運算后的數(shù)據(jù)采用過濾類算法進行動態(tài)補償。將最終補償后的數(shù)據(jù)作為當(dāng)前車輛的當(dāng)前軸重數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存空間中。當(dāng)車輛行駛過紅外線車輛分離器和感應(yīng)線圈后，產(chǎn)生收尾信號。稱重儀表接收到收尾信號后，根據(jù)輪軸類型計算當(dāng)前車輛的額定載重，與行駛速度、輪軸類型、實際重量等信息打包上傳到上位機軟件。 因本實用新型采用動態(tài)計重方式對車輛進行稱量，是基于石英稱重傳感器和智能儀表的稱重系統(tǒng)。稱重儀表作為整個系統(tǒng)中樞，接受所有來自其他設(shè)備的信號和數(shù)據(jù)，并對各個數(shù)據(jù)進行處理，最終發(fā)送給上位機軟件，并且在LCD上顯示。本實用新型設(shè)備對高速公路路面損壞小，安裝方便，并實時地將車輛信息傳送給上位計算機，能夠快速、準確地對車輛稱重。

圖1為本實用新型的的智能儀表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0011] 圖2為本實用新型的智能儀表設(shè)計原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體實施對本實用新型作進一步詳細的說明。 —種基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重裝置，它包括智能儀表、重量傳感器、紅外線車輛分離器、輪軸識別器和感應(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；紅外線車輛分離器輸出的車輛分離信號；輪軸識別器輸出的車輛輪胎及輪軸類型信號；感應(yīng)線圈輸出的車輛收尾信號均輸入智能儀表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[0014] 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，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。由于該處理器自帶8通道10位A/D模塊，這就簡化了外圍電路。 稱重傳感器布置成前后兩排。當(dāng)車輛從不同的方向經(jīng)過稱臺時兩組傳感器測量的
數(shù)據(jù)不同，這樣就能準確測量出車輛行駛方向，從而避免數(shù)據(jù)不對應(yīng)的情況。 輪軸識別器用于檢測通過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，車流量統(tǒng)計等。輪軸識別器間距為10cm能夠分辨任何車輛的單雙輪胎，與秤體的支架
安裝，確保輪胎識別器和秤臺的距離的一致，完全按距離原則來進行車輛聯(lián)軸的判別，即使
車輛非正常通過檢測區(qū)域，也絕不誤判. 紅外線車輛分離器采用高能量、高穿透率原裝進口光電管，性能穩(wěn)定可靠，現(xiàn)場安裝對準，簡單快速，用于正常4. 5米以內(nèi)車道時，過量增益值達到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稱重系統(tǒng)的更高的可靠性。 智能儀表是本實用新型稱重系統(tǒng)的核心部件，本實用新型采用STC12C5624AD芯
片，它是一款高性能、低功耗，超強抗干擾的新一代單片機。單時鐘/機器周期，增強型8051內(nèi)核，運行速度比普通的單片機快8 10倍。其片內(nèi)集成了 24KB的Flash程序存儲器、256+512字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器、支持ISP和IAP編程、8路10位ADC、4個P麗通道還可當(dāng)4路D/A使用、6個16位定時/計數(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，可以接收從上位機的RS-232接口下載的程序。以STC12C5624AD作為嵌入式高效微控制器，無需程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及A/D轉(zhuǎn)換器，大大簡化了系統(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。[0020] 在車輛經(jīng)過重量傳感器的過程中重量采集實時進行。稱重儀表將采集的大量重量信息進行運算后，再根據(jù)當(dāng)前車輛行駛的速度對當(dāng)前運算后的數(shù)據(jù)進行動態(tài)補償。將最終補償后的數(shù)據(jù)作為當(dāng)前車輛的當(dāng)前軸重數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存空間中。 在收到收尾信號后，稱重處理器將車輛信息數(shù)據(jù)打包通過RS232傳送給上位計算
機，稱重處理器向上位計算機傳輸稱重數(shù)據(jù)用CRC校驗傳輸，確保正確。稱重系統(tǒng)具備自動
緩存功能，在向車道收費計算機發(fā)送數(shù)據(jù)失敗時，自動存入緩存消息隊列并嘗試重發(fā)，在此
次數(shù)據(jù)未正常送達前不會被下一條數(shù)據(jù)沖掉，從而保證稱重數(shù)據(jù)的完整性。 本實用新型智能儀表外帶薄膜鍵盤，通過控制鍵盤可以控制顯示的車輛信息。另
外稱重設(shè)備標定完全采用數(shù)字鍵盤進行標定，無需打開稱重處理機機箱進行開關(guān)切換或使
用專用工具，整個標定和功能設(shè)置以及動態(tài)軟件修正校準過程完全通過稱重處理機按鍵板進行。 按鍵功能說明車速:按車速鍵顯示當(dāng)前軸通過時的車速，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。時間按時間鍵顯示當(dāng)前時間，若不需修正，按時間退出時間顯示，否則輸入新時間后按時間。標定按標定鍵可以對車重進行標定。刪除若輸入數(shù)字時按錯可按糾錯更正。數(shù)字在輸入時間日期和標定時，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，LCD顯示屏上顯示相應(yīng)的車輛信息。 參照圖一，本本實用新型所涉及輸入信號有重量信號、車輛分離信號、車輛輪胎及輪軸類型信號以及車輛收尾信號。AD采樣單元實現(xiàn)對重量傳感器輸出的重量信號采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對數(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)送至上位計算機。 參照圖二，重量傳感器輸出的兩路重量信號G1、G2分別由微處理器U1的39、40腳接入，車輛分離信號Sl、車輛輪胎及輪軸類型信號S2以及車輛收尾信號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。[0035] 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)利要求一種基于石英稱重傳感器的智能儀表稱重裝置，它包括智能儀表、重量傳感器、紅外線車輛分離器、輪軸識別器和感應(yīng)線圈；其特征在于上述智能儀表包括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。
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裝置，其特征在于重量信號G1、G2分別由微處理器U1的(39、40)腳接入，車輛分離信號Sl、車輛輪胎及輪軸類型信號S2以及車輛收尾信號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裝置，其特征在于內(nèi)部含有AD轉(zhuǎn)換模塊。
專利摘要一種基于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裝置，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采樣單元實現(xiàn)對重量傳感器輸出的重量信號采樣，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元的算法對數(shù)據(jù)處理，鍵盤控制單元可以控制顯示單元顯示的內(nèi)容并可對重量信號進行標定，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)送給上位計算機。本實用新型設(shè)備對高速公路路面損壞小，安裝方便，并實時地將車輛信息傳送給上位計算機，能夠快速、準確地對車輛稱重。
文檔編號G01G19/03GK201522322SQ2009201888
公開日2010年7月7日 申請日期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, 劉小勇, 劉旭, 劉紅生, 吳偉民, 吳典澤, 張良吉, 彭恢湘, 李曉寶, 李遲生, 查國峰, 胡瓊清, 許書亮, 陳佳 申請人:江西省交通科學(xué)研究院;江西省交通運輸技術(shù)創(chuàng)新中心