CN101593423B - 动态称重和车型识别系统的信号采集装置及信号采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态称重和车型识别系统的信号采集装置及其信号采集方法，包括依次连接的信号传感器和信号采集处理单元，所述信号传感器为密封橡胶管压力传感器，包括密封橡胶管，密封橡胶管内设有液态导体，密封橡胶管两端固定有输出两端电阻值的金属导体。本发明还包括这种信号采集装置的信号采集方法，其密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出电阻值变化参数，该电阻值变化参数转化为电压变化参数以及变化曲线，通过信号调理后进行模数转换，转换后的数字信号通过RS232传输到计算机进行模式识别。本发明具有成本低，用途广，使用便携，安装方便等经济特点。

Description

动态称重和车型识别系统的信号采集装置及信号采集方法

技术领域

本发明涉及交通信息控制领域，特别涉及动态称重和车型识别系统的信号采集装置，本发明还涉及该信号采集装置的信号采集方法。

背景技术

交通数据采集是服务于交通规划、设计、养护和管理的基础性工作。机动车重量检测、车型识别是城市道路、高速公路和普通公路进行交通数据采集的重要组成部分。在车辆收费、交通控制等领域，对机动车的车型、车重进行识别也是非常重要的问题。现有技术对机动车进行车型识别、车重检测的主要有以下几种方式：

1、视频识别法。利用视频检测和图像处理技术的设备以车辆轮廓为依据进行车型识别，优点在于较为直观，但存在无法区分小型客车和小型货车、中型货车和大型客车的问题。另外，视频检测方法很难克服雾雪天、光线不足情况下无法正常工作的问题。2、压电识别法。利用压电检测器进行车型分类的设备和系统以车辆轴距、轴数为依据进行车型识别。由于压电设备的安装会较大程度地破坏路面，且车轴不能唯一区分不同车型，比如小客、小货无法区分，所以该类检测器无法按照交通部的有关要求准确地进行车型分类。另外，压电检测器普遍存在造价高、使用寿命短的特点。3、雷达识别法。雷达检测器以多普勒效应原理工作，存在一个致命的缺点：当车辆缓慢行驶时多普勒系统会失效。另外，利用雷达系统进行车型识别存在较大的技术难度。

车辆动态称重主要有整车计量和轴重计量2种方式，应用整车计量方式，需要较大的秤台，大大增加了工程造价和难度，所以这种方式已越来越少使用。目前流行的是轴重称重，即分别测出车辆各轴的轴重，再由称重系统算出整车重量。车辆动态称重系统主要由动态称重传感器、测量电路、信号处理系统和现实系统四部分组成。当车辆通过动态称重传感器时，传感器测量出车辆的轴重信号，利用测量电路，将传感器传输过来的电信号进行放大，并经过A/D转换单元将放大后的电信号采样，采样后的数字信号经过信号处理系统转换成车辆的轴重，车辆动态称重系统再由这些轴重值计算出整车重量。

常用于车辆动态称重系统的传感器主要有压电传感器、弯板、单传感器和光纤传感器。压电传感器是基于压电材料的压电效应原理工作的，压电传感器测量准确度一般可达到±15％(整车重量的相对误差)，此种传感器的价格比弯板低，初期投入相对较少。弯板动态称重系统是利用在下方粘有应变计的金属板进行测量，当车辆通过弯板时，系统测量出应变计的应变力由此计算出动态重量值，然后利用测量出的动态重量值预测出车辆的真实轴重。利用弯板测量的准确度一般可达到±10％(整车重量的相对误差)，但基于弯板传感器的车辆动态称重系统价格偏高，初期投入大。单传感器动态称重系统由称重秤台和称重传感器组成，单独的称重传感器一般采用桥式、柱式、悬臂梁式或液压式传感器，由于单传感器动态称重系统的组成和结构相对较为成熟，目前国内外研究者主要将以单传感器为代表的硬质车辆动态称重系统的信号处理作为研究重点，提出了算数平均值，神经网络和系统辨识等处理方法。利用单传感器进行测量，准确度一般可达到±6％，但初期投入大，并且一般情况下安装这种传感器需要挖比较深的基坑。光纤传感器与其他类型的传感器相比具有若干优点：不受电磁干扰(包括光照射)和路面震动的影响、尺寸小、质量轻、低功耗、能够在较为恶劣的环境下使用，并且相应频率相当高，因此是动态测量中较为理想的传感器，但光纤传感器在光的强度和相位变化的检测方面比较困难，往往需要昂贵的仪器器材，目前，基于光纤传感器的动态称重技术还不够成熟，正处于研究实验阶段，在国内外还没有在公路实际现场使用。

中国专利号为98200486.9提供了一个名称为“机动车车型识别装置”的实用新型专利，由传感器的输出接接口控制电路，接口控制电路的输出再接现有的计算机组成，其中接口控制电路由信号处理电路接中央处理器CPU的输入端，CPU的口线接数据寄存器，数据寄存器接微机的输入/输出总线；传感器为预埋在公路上的环形感应线圈。该实用新型把线圈电感量的变化通过振荡电路转换成频率的变化而反映出来，描述出各个时刻的线圈频率值，从而得到车辆经过环形线圈的频率曲线，用它来检测车辆，对车辆进行分类。该实用新型专利实施的传感器较为复杂且可实施性差，并且因为相同的车以不同速度通过电磁线圈时，其产生的频率曲线并不相同，因此误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种成本低，用途广，可便携，安装方便的动态称重和车型识别系统的信号采集装置，本发明还包括这种信号采集装置的信号采集方法。

为了实现上述技术目的，本发明包括如下技术特征：一种动态称重和车型识别系统的信号采集装置，包括依次连接的信号传感器和信号采集处理单元，所述信号传感器为根据车辆压力大小不同而输出不同电阻值的压力传感器。

更进一步的，所述压力传感器包括一个随着压力变化而产生弹性形变，使输出电阻值变化的导体。

具体而言，所述压力传感器为密封橡胶管压力传感器，所述导体为设在密封橡胶管内的液态导体，密封橡胶管两端固定有用于输出电阻值的金属导体。

为了将输出的电阻值转变成电压值，有利于后续信号处理，所述密封橡胶管压力传感器一端接地，另一端通过固定精密电阻串联接电源组成电阻分压器，电阻分压器的电压输出端为密封橡胶管压力传感器与固定精密电阻的连接端。

更进一步的，所述信号采集处理单元包括依次连接的信号调理电路、单片机和RS232接口电路；所述信号调理电路的输入端与电阻分压器的电压输出端连接；所述RS232接口电路与识别处理计算机的RS232接口连接。

更进一步的，所述的液态导体为水，所述液态导体占密封橡胶管内体积的70％～90％。

本发明还涉及一种所述动态称重和车型识别系统的信号采集装置的信号采集方法，包括如下步骤：

a、将密封橡胶管压力传感器铺设于路面；

b、密封橡胶管压力传感器感应车辆驶上时的压力；

c、密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出电阻值变化参数；

d、将密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出的电阻值转化为电压变化参数和电压变化曲线；

e、所述电压变化参数通过信号调理后进行模数转换，转换后的数字信号传输到识别处理计算机。

进一步的，步骤d中电阻值通过电阻分压器转换为电压变化参数和电压变化的曲线：不同车辆经过橡胶管时轮胎与橡胶管接触面积和压力大小有差异，通过采集相应的电压数据，利用计算机分析数据、提取各机动车车型的特征参数，得到不同车辆对应的重量、车型。

进一步的，步骤e所述数字信号通过RS232接口传输方式进行传输。

本发明与现有技术相比，利用了特制的橡胶管替代传统的压力传感器，橡胶管的两端采用先进工艺进行密封，当车辆从橡胶管压过时，可以改变水和导体之间的接触面积，管中的电阻发生变化，在数据采集装置的前端采用电阻分压器，测量的橡胶管串接在固定精密电阻和地之间，精密电阻和橡胶管构成一个电阻分压器，根据电阻分压定律，当橡胶管中的电阻产生变化时，其电压也产生相应的变化，通过数据采集系统采集电压的变化值，通过模数转换后，送往识别处理计算机，通过相应的数据分析软件进行识别，并建立准确的参数信息库，利用神经网络算法对不同车辆的电压变化曲线进行拟合，达到识别车型和测量车重的目的。整个系统具有成本低，用途广，可便携，安装方便等特点；利用本发明所涉及的方法稳定、经济、可靠性高，具有较好的实际推广价值。

附图说明

图1为本发明信号采集装置硬件框架图；

图2为本发明的实施例的信号调理电路；

图3为本发明的实施例的单片机电路原理图；

图4为本发明的实施例的串口通讯电路原理图；

具体实施方式

如说明书附图1所示，一种机动车动态称重和车型自动识别装置，包括依次连接的信号传感器1和信号采集处理单元2，所述信号传感器1为根据车辆压力大小而输出大小不同电阻值的压力传感器，本发明的创造点为压力传感器的改进，具体为一个密封橡胶管压力传感器，其包括密封橡胶管11，所述密封橡胶管11内设有液态导体，密封橡胶管11两端固定有输出两端电阻值的金属导体12。为了考虑成本，所述的液态导体为水，所述液态导体占密封橡胶管内体积的70％～90％。

根据电阻定律，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比，还跟导体的材料有关，在材料固定的情况下，可以通过改变导体的横截面积或者长度到达改变其电阻的目的。在本发明中，利用密封的橡胶管作为载体，其中充满70％-90％的液态导体，鉴于成本的需要，可以采用水作为导体，在橡胶管11的两端固定好金属导体12，其与水有一定的接触长度。橡胶管的两端采用工艺进行密封，当车辆从橡胶管压过时，可以改变水和导体之间的接触面积，管中的电阻发生变化密封橡胶管压力传感器1一端接地，另一端通过固定精密电阻R串联接电源组成电阻分压器，电阻分压器的电压输出端为密封橡胶管压力传感器与固定精密电阻的连接端。根据电阻分压定律，当橡胶管中的电阻产生变化时，电压输出端电压也产生相应的变化。信号采集处理单元2与该电压输出端连接后，经过数模转换，送往上层车型识别计算机，通过相应的数据分析软件进行识别，并建立准确的参数信息库，并通过信号接收、信号处理、特征提取、车型识别和结果显示对车重进行测量、车型进行分类以达到识别车型和动态称重的目的。

如图2、3、4所示，信号采集处理单元2包括依次连接的信号调理电路21、单片机22和RS232接口电路23；所述信号调理电路21的输入端与电阻分压器的电压输出端连接；所述RS232接口电路与识别处理计算机的RS232接口连接。随后，识别处理处理计算机通过如下步骤进行车辆识别：(1)、数据分析；(2)、提取各机动车车型的特征参数；(3)、识别车型。

信号调理电路21具体通过如下电子电路实现，其中运算放大器LM358和电阻构成电压跟随器，使前后级电路之间互不影响，提高抗干扰能力。

单片机22具体通过如下电子电路实现，其中核心单元采用AVR单片机ATmegal128，外接7.3728M的晶振，端口PF0，PF1作为模数转换的输入端口，内部ADC单元通过PF0，PF1端口对信号调理电路的输出电压进行采样，并转化为数字信号进行处理。PE0，PE1作为串行通讯接口，外接MAX232的R1O和T1I引脚。

RS232接口电路23具体通过如下电子电路实现，MAX232的R1O和T1I引脚接Atmegal128的RXD0、TXD0端口，引脚1、2、3、4、5、6、15、16外接4个值为50V/1uF的电解电容，引脚13，14接公串口DB9的3、2引脚，整个接口电路实现和PC机的串行通信。

本发明还包括一种动态称重和车型识别系统的信号采集装置及其信号采集方法，包括如下步骤：

a、将密封橡胶管压力传感器铺设于路面；

b、密封橡胶管压力传感器感应车辆驶上时的压力；

c、密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出电阻值变化参数；

d、将密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出的电阻值通过电阻分压器转化为电压变化参数以及电压变化曲线；

e、所述电压变化参数通过信号调理后进行模数转换，转换后的数字信号通过RS232传输到识别处理计算机。

Claims (7)

1.一种动态称重和车型识别系统的信号采集装置，包括依次连接的信号传感器和信号采集处理单元，其特征在于：所述信号传感器为根据车辆压力大小不同而输出不同电阻值的压力传感器；所述压力传感器包括一个随着压力变化而产生弹性形变，使输出电阻值变化的导体；所述压力传感器为密封橡胶管压力传感器，所述导体为设在密封橡胶管内的液态导体，密封橡胶管两端固定有用于输出电阻值的金属导体。

2.根据权利要求1所述的动态称重和车型识别系统的信号采集装置，其特征在于：所述密封橡胶管压力传感器一端接地，另一端通过固定精密电阻串联接电源组成电阻分压器，电阻分压器的电压输出端为密封橡胶管压力传感器与固定精密电阻的连接端。

3.根据权利要求2所述的动态称重和车型识别系统的信号采集装置，其特征在于：所述信号采集处理单元包括依次连接的信号调理电路、单片机和RS232接口电路；所述信号调理电路的输入端与电阻分压器的电压输出端连接；所述RS232接口电路与识别处理计算机的RS232接口连接。

4.根据权利要求1～3任一项所述的动态称重和车型识别系统的信号采集装置，其特征在于：所述的液态导体为水，所述液态导体占密封橡胶管内体积的70％～90％。

5.一种根据权利要求1所述的动态称重和车型识别系统的信号采集装置的信号采集方法，包括如下步骤：

a、将密封橡胶管压力传感器铺设于路面；

b、密封橡胶管压力传感器感应车辆驶上时的压力；

c、密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出电阻值变化参数；

d、将密封橡胶管压力传感器两端金属导体输出的电阻值转化为电压变化参数以及变化曲线；

e、所述电压变化参数通过信号调理后进行模数转换，转换后的数字信号传输到识别处理计算机。

6.根据权利要求5所述的动态称重和车型识别系统的信号采集装置的信号采集方法，其特征在于：不同车辆经过橡胶管时轮胎与橡胶管接触面积和压力大小有差异，通过采集相应的电压数据，利用计算机分析数据、提取各机动车车型的特征参数，得到不同车辆对应的车重、车型。

7.根据权利要求5所述的动态称重和车型识别系统的信号采集装置的信号采集方法，其特征在于：步骤e所述数字信号通过RS232接口传输方式进行传输。

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