專利名稱：一種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車載液壓稱重計(jì)量領(lǐng)域，特別涉及一種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)和嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，針對(duì)具備貨物裝卸功能的特種車輛，提出了在貨物裝卸工作過程中實(shí)現(xiàn)稱重的方法，從而提高工作效率，實(shí)現(xiàn)貨物裝卸的定量化和準(zhǔn)確化。對(duì)于這類具備貨物裝卸功能的特種車輛，大多數(shù)擁有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，通過在液壓油缸的進(jìn)出油管路安裝測(cè)量液體壓強(qiáng)的壓力傳感器，用以測(cè)量與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)相連載物斗所載重量的傳感器信號(hào)，從而達(dá)到稱重的目的。該類特種車輛在工作過程中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的拉桿會(huì)產(chǎn)生一定的行程，由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通常借助動(dòng)臂與載物斗相連接，從而使得動(dòng)臂產(chǎn)生角度變化；駕駛?cè)藛T對(duì)油門的操作控制，影響到拉桿的伸展速度，從而使得動(dòng)臂產(chǎn)生不同的角速度。然而，角度與角速度的變化勢(shì)必會(huì)影響到液壓稱重的精度。目前，在現(xiàn)有的車載液壓稱重裝置中，對(duì)角度的控制是通過在動(dòng)臂上安裝傾角傳感器或者接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)角速度的控制是通過安裝加速度傳感器或者陀螺儀來實(shí)現(xiàn)。 通過接近開關(guān)衡量動(dòng)臂角度變化的方法，是以間斷點(diǎn)的形式來確定的(即安裝多個(gè)磁片)， 接近開關(guān)是一種磁性感應(yīng)傳感器，它的感知范圍不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)區(qū)域，使得角度參數(shù)的控制不夠精確，嚴(yán)重影響稱重的精度。傾角傳感器、陀螺儀雖然能夠準(zhǔn)確地感知?jiǎng)颖鄣慕嵌茸兓?，但是它們的價(jià)格非常昂貴，而且輸出數(shù)據(jù)中含有大量的冗余數(shù)據(jù)，增加了系統(tǒng)的處理負(fù)荷。對(duì)于加速度傳感器，也存在著成本昂貴易于損壞的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)當(dāng)前車載液壓稱重裝置中動(dòng)臂角度和角速度控制所存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法，具體地說，針對(duì)動(dòng)臂角度的變化對(duì)液壓稱重精度的影響，提出一種新的動(dòng)臂角度變化測(cè)量方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案—種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法，其特征在于，該方法利用增量式光電編碼器來感知?jiǎng)颖劢嵌鹊淖兓笮。ㄟ^稱重裝置的傳感器信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率，確定動(dòng)臂角度變化的時(shí)間域，從而確定動(dòng)臂角度的變化率，并以接近開關(guān)作為光電編碼器檢測(cè)角度變化的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，具體按以下步驟進(jìn)行A、當(dāng)動(dòng)臂移動(dòng)至檢測(cè)角度變化的起始點(diǎn)，開始捕獲增量式光電編碼器的輸出脈沖數(shù)，實(shí)時(shí)獲得動(dòng)臂角度的變化值；B、當(dāng)動(dòng)臂移動(dòng)至檢測(cè)角度變化的終止點(diǎn)，獲得本次采樣的動(dòng)臂角度變化值，并通過稱重裝置A/D采樣模塊計(jì)算獲得傳感器采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率；C、根據(jù)傳感器采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率計(jì)算出角度變化所需要的時(shí)間參數(shù)；
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D、根據(jù)角度變化值和步驟C獲得的時(shí)間參數(shù)，計(jì)算出角度的變化率，即角速率。本發(fā)明的車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用增量式光電編碼器實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂角度的控制，安裝方便，價(jià)格便宜，角度控制精度高；2、利用傳感器信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率計(jì)算動(dòng)臂角度變化時(shí)間域，方便快捷，計(jì)時(shí)精確，降低硬件成本的開銷；3、通過接近開關(guān)和光電編碼器的組合，實(shí)現(xiàn)了類似傾角傳感器的功能，具有異曲同工之效，降低了車載液壓稱重裝置的研發(fā)成本；4、通過對(duì)動(dòng)臂變化角速率的計(jì)算，能夠?yàn)轳{駛操作人員提供有效的稱重操作反饋信息，有利于提高車載液壓稱重裝置的精度。


圖1為本發(fā)明的車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法的總體流程圖；圖2為接近開關(guān)與光電編碼器測(cè)量動(dòng)臂角度變化值的部署示意圖；圖3為接近開關(guān)與光電編碼器測(cè)量動(dòng)臂角度變化值的功能結(jié)構(gòu)圖；以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例給出了一種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法， 由以下四個(gè)步驟組成步驟A捕獲動(dòng)臂角度、步驟B捕獲傳感器采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率、步驟 C計(jì)算動(dòng)臂角度變化時(shí)間和步驟D計(jì)算動(dòng)臂變化角速率。本實(shí)施例的主要設(shè)計(jì)思路是，拋棄現(xiàn)有技術(shù)的僅利用接近開關(guān)以間斷點(diǎn)的形式控制動(dòng)臂角度的變化，避開了利用昂貴的傾角傳感器和加速度傳感器，利用增量式光電編碼器來感知?jiǎng)颖劢嵌鹊淖兓笮?，通過稱重裝置的傳感器信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率，確定動(dòng)臂角度變化的時(shí)間域，從而確定動(dòng)臂角度的變化率。由于增量式光電編碼器僅僅能夠檢測(cè)出角度變化的相對(duì)值，特地引入接近開關(guān)作為光電編碼器檢測(cè)角度變化的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)ο如圖2所示，為接近開關(guān)與光電編碼器測(cè)量動(dòng)臂角度變化值的部署示意圖，也是動(dòng)臂的抽象力學(xué)結(jié)構(gòu)模型圖，其中，A為載物斗、B為動(dòng)臂、C為接近開關(guān)、D為光電編碼器、 E為光電編碼器與動(dòng)臂軸銷的連接裝置、F為位于駕駛室的液壓稱重裝置。在圖2的放大圖中，左邊橢圓表示的是接近開關(guān)部署情況示意圖；右邊橢圓表示的是光電編碼器部署情況的側(cè)視圖。如圖3所示，圖3給出了接近開關(guān)與光電編碼器測(cè)量動(dòng)臂角度變化值的功能結(jié)構(gòu)圖，其功能結(jié)構(gòu)主要由五個(gè)部分構(gòu)成接近開關(guān)、高速光耦、增量型光電編碼器、復(fù)雜可編程邏輯器件(簡(jiǎn)稱CPLD)和ARM9處理器。增量型光電編碼器的精度為3600/2 π，CPLD選用芯片型號(hào)為EPM7128SL184-7，ARM9處理器選用ATMEL的AT9261處理器。其中，增量型光電編碼器的輸出信號(hào)為A和B，經(jīng)過高速光耦6N137實(shí)現(xiàn)隔離型輸出，通過對(duì)A和B相位的判定，可以獲取動(dòng)臂移動(dòng)的方向，通過對(duì)A輸出脈沖的計(jì)數(shù)，可以獲取動(dòng)臂角度的變化；接近開關(guān)的輸出信號(hào)EN作為使能信號(hào)，傳輸至CPLD內(nèi)，用來使能CPLD的計(jì)數(shù)功能。CPLD的輸出信號(hào)有10位，可以計(jì)數(shù)從0至1023，并與ARM9的I/O 口相連接。A中捕獲動(dòng)臂角度指的是獲取動(dòng)臂角度的相對(duì)變化值，需要通過接近開關(guān)提供一個(gè)角度參考值或者說是基準(zhǔn)值。該步驟的具體實(shí)現(xiàn)過程如下通過在動(dòng)臂上的指定位置安裝接近開關(guān)的磁片(共兩個(gè)起始位置和終止位置)，如圖2所示，當(dāng)動(dòng)臂產(chǎn)生角位移使得接近開關(guān)的輸出信號(hào)EN產(chǎn)生由低到高的電平跳變時(shí)(代表起始位置)，使能CPLD的計(jì)數(shù)功能，CPLD的輸出清零，同時(shí)開始進(jìn)行A/D模塊壓力傳感器數(shù)據(jù)的采樣。隨著動(dòng)臂的移動(dòng)，光電編碼器會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量的脈沖信號(hào)并通過CPLD計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)S。根據(jù)光電編碼器的參數(shù)3600/2 π可以得出，10個(gè)脈沖代表動(dòng)臂角度變化1度，根據(jù)這個(gè)關(guān)系可以利用脈沖數(shù)計(jì)算出角度值W，即W = S/10。例如，CPLD計(jì)數(shù)獲得50個(gè)脈沖，則表明動(dòng)臂角度在基準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上變化5度。步驟B中捕獲傳感器采樣點(diǎn)數(shù)是指位于駕駛室的車載液壓稱重裝置的A/D轉(zhuǎn)化模塊采集壓力傳感器信號(hào)的次數(shù)。由于在測(cè)量過程中，部署了兩個(gè)接近開關(guān)的磁片，分別代表起始位置和終止位置。當(dāng)接近開關(guān)的輸出信號(hào)EN產(chǎn)生由高到低的電平跳變時(shí)(代表終止位置)，停止CPLD的計(jì)數(shù)并鎖存計(jì)數(shù)值S，同時(shí)停止A/D模塊壓力傳感器數(shù)據(jù)的采樣，表示一次采樣過程的完成。通過A/D模塊的數(shù)據(jù)采集程序，可以獲得壓力傳感器數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)N。步驟C中計(jì)算動(dòng)臂角度變化時(shí)間是指利用步驟B中獲得的壓力傳感器數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)N，結(jié)合A/D采樣模塊的采樣頻率F，獲得動(dòng)臂角度變化時(shí)間T = N/F。步驟D中計(jì)算動(dòng)臂變化角速率是指利用步驟B獲得的計(jì)數(shù)值S、步驟C獲得的角度變化時(shí)間T，根據(jù)公式角速率w = S/(10*T)，得出動(dòng)臂角度變化的角速率值W。
權(quán)利要求
1.一種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法，其特征在于，該方法利用增量式光電編碼器來感知?jiǎng)颖劢嵌鹊淖兓笮?，通過稱重裝置的傳感器信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率，確定動(dòng)臂角度變化的時(shí)間域，從而確定動(dòng)臂角度的變化率，并以接近開關(guān)作為光電編碼器檢測(cè)角度變化的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，具體按以下步驟進(jìn)行A、當(dāng)動(dòng)臂移動(dòng)至檢測(cè)角度變化的起始點(diǎn)，開始捕獲增量式光電編碼器的輸出脈沖數(shù)， 實(shí)時(shí)獲得動(dòng)臂角度的變化值；B、當(dāng)動(dòng)臂移動(dòng)至檢測(cè)角度變化的終止點(diǎn)，獲得本次采樣的動(dòng)臂角度變化值，并通過稱重裝置A/D采樣模塊計(jì)算獲得傳感器采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率；C、根據(jù)傳感器采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率計(jì)算出角度變化所需要的時(shí)間參數(shù)；D、根據(jù)角度變化值和步驟C獲得的時(shí)間參數(shù)，計(jì)算出角度的變化率，即角速率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增量式光電編碼器的精度為3600/2π。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載液壓稱重裝置動(dòng)臂角度參數(shù)的采集方法，該方法利用增量式光電編碼器來感知?jiǎng)颖劢嵌鹊淖兓笮?，通過稱重裝置的傳感器信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率，確定動(dòng)臂角度變化的時(shí)間域，從而確定動(dòng)臂角度的變化率，并以接近開關(guān)作為光電編碼器檢測(cè)角度變化的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，執(zhí)行步驟分別是步驟A捕獲動(dòng)臂角度變化值，步驟B捕獲傳感器采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率，步驟C計(jì)算動(dòng)臂角度變化時(shí)間，步驟D計(jì)算動(dòng)臂變化角速率。該方法通過對(duì)動(dòng)臂角度變化率的獲取，有效地規(guī)范駕駛員的稱重操作行為，從而提高液壓稱重裝置的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01P3/486GK102323439SQ20111023881
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者史昕, 張建陽, 惠飛, 楊瀾, 趙祥模, 雷濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)