CN102323439B - 一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法，该方法利用增量式光电编码器来感知动臂角度的变化大小，通过称重装置的传感器信号采样点数和采样频率，确定动臂角度变化的时间域，从而确定动臂角度的变化率，并以接近开关作为光电编码器检测角度变化的起始点和终止点，执行步骤分别是：步骤A捕获动臂角度变化值，步骤B捕获传感器采样点数和采样频率，步骤C计算动臂角度变化时间，步骤D计算动臂变化角速率。该方法通过对动臂角度变化率的获取，有效地规范驾驶员的称重操作行为，从而提高液压称重装置的检测精度。

Description

一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法
技术领域
本发明涉及车载液压称重计量领域，特别涉及一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法。
背景技术
近年来，伴随着数据采集与处理技术和嵌入式技术的快速发展，针对具备货物装卸功能的特种车辆，提出了在货物装卸工作过程中实现称重的方法，从而提高工作效率，实现货物装卸的定量化和准确化。对于这类具备货物装卸功能的特种车辆，大多数拥有液压传动系统，通过在液压油缸的进出油管路安装测量液体压强的压力传感器，用以测量与液压传动系统相连载物斗所载重量的传感器信号，从而达到称重的目的。
该类特种车辆在工作过程中，液压传动系统的拉杆会产生一定的行程，由于液压传动系统通常借助动臂与载物斗相连接，从而使得动臂产生角度变化；驾驶人员对油门的操作控制，影响到拉杆的伸展速度，从而使得动臂产生不同的角速度。然而，角度与角速度的变化势必会影响到液压称重的精度。
目前，在现有的车载液压称重装置中，对角度的控制是通过在动臂上安装倾角传感器或者接近开关来实现，对角速度的控制是通过安装加速度传感器或者陀螺仪来实现。通过接近开关衡量动臂角度变化的方法，是以间断点的形式来确定的(即安装多个磁片)，接近开关是一种磁性感应传感器，它的感知范围不是一个点而是一个区域，使得角度参数的控制不够精确，严重影响称重的精度。倾角传感器、陀螺仪虽然能够准确地感知动臂的角度变化，但是它们的价格非常昂贵，而且输出数据中含有大量的冗余数据，增加了系统的处理负荷。对于加速度传感器，也存在着成本昂贵易于损坏的问题。
发明内容
针对当前车载液压称重装置中动臂角度和角速度控制所存在的问题，本发明的目的在于，提供一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法，具体地说，针对动臂角度的变化对液压称重精度的影响，提出一种新的动臂角度变化测量方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：
一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法，其特征在于，该方法利用增量式光电编码器来感知动臂角度的变化大小，通过称重装置的传感器信号采样点数和采样频率，确定动臂角度变化的时间域，从而确定动臂角度的变化率，并以接近开关作为光电编码器检测角度变化的起始点和终止点，具体按以下步骤进行：
A、当动臂移动至检测角度变化的起始点，开始捕获增量式光电编码器的输出脉冲数，实时获得动臂角度的变化值；
B、当动臂移动至检测角度变化的终止点，获得本次采样的动臂角度变化值，并通过称重装置A/D采样模块计算获得传感器采样点数和采样频率；
C、根据传感器采样点数和采样频率计算出角度变化所需要的时间参数；
D、根据角度变化值和步骤C获得的时间参数，计算出角度的变化率，即角速率。
本发明的车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法，具有以下优点：
1、利用增量式光电编码器实现动臂角度的控制，安装方便，价格便宜，角度控制精度高；
2、利用传感器信号采样点数和采样频率计算动臂角度变化时间域，方便快捷，计时精确，降低硬件成本的开销；
3、通过接近开关和光电编码器的组合，实现了类似倾角传感器的功能，具有异曲同工之效，降低了车载液压称重装置的研发成本；
4、通过对动臂变化角速率的计算，能够为驾驶操作人员提供有效的称重操作反馈信息，有利于提高车载液压称重装置的精度。
附图说明
图1为本发明的车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法的总体流程图；
图2为接近开关与光电编码器测量动臂角度变化值的部署示意图；
图3为接近开关与光电编码器测量动臂角度变化值的功能结构图；
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
如图1所示，本实施例给出了一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法，由以下四个步骤组成：步骤A捕获动臂角度、步骤B捕获传感器采样点数和采样频率、步骤C计算动臂角度变化时间和步骤D计算动臂变化角速率。
本实施例的主要设计思路是，抛弃现有技术的仅利用接近开关以间断点的形式控制动臂角度的变化，避开了利用昂贵的倾角传感器和加速度传感器，利用增量式光电编码器来感知动臂角度的变化大小，通过称重装置的传感器信号采样点数和采样频率，确定动臂角度变化的时间域，从而确定动臂角度的变化率。由于增量式光电编码器仅仅能够检测出角度变化的相对值，特地引入接近开关作为光电编码器检测角度变化的起始点和终止点。
如图2所示，为接近开关与光电编码器测量动臂角度变化值的部署示意图，也是动臂的抽象力学结构模型图，其中，A为载物斗、B为动臂、C为接近开关、D为光电编码器、E为光电编码器与动臂轴销的连接装置、F为位于驾驶室的液压称重装置。在图2的放大图中，左边椭圆表示的是接近开关部署情况示意图；右边椭圆表示的是光电编码器部署情况的侧视图。
如图3所示，图3给出了接近开关与光电编码器测量动臂角度变化值的功能结构图，其功能结构主要由五个部分构成：接近开关、高速光耦、增量型光电编码器、复杂可编程逻辑器件(简称CPLD)和ARM9处理器。增量型光电编码器的精度为3600/2π，CPLD选用芯片型号为EPM7128SL184-7，ARM9处理器选用ATMEL的AT9261处理器。其中，增量型光电编码器的输出信号为A和B，经过高速光耦6N137实现隔离型输出，通过对A和B相位的判定，可以获取动臂移动的方向，通过对A输出脉冲的计数，可以获取动臂角度的变化；接近开关的输出信号EN作为使能信号，传输至CPLD内，用来使能CPLD的计数功能。CPLD的输出信号有10位，可以计数从0至1023，并与ARM9的I/O口相连接。
A中捕获动臂角度指的是获取动臂角度的相对变化值，需要通过接近开关提供一个角度参考值或者说是基准值。该步骤的具体实现过程如下：通过在动臂上的指定位置安装接近开关的磁片(共两个：起始位置和终止位置)，如图2所示，当动臂产生角位移使得接近开关的输出信号EN产生由低到高的电平跳变时(代表起始位置)，使能CPLD的计数功能，CPLD的输出清零，同时开始进行A/D模块压力传感器数据的采样。随着动臂的移动，光电编码器会产生不同数量的脉冲信号并通过CPLD计数脉冲的个数S。根据光电编码器的参数3600/2π可以得出，10个脉冲代表动臂角度变化1度，根据这个关系可以利用脉冲数计算出角度值W，即W＝S/10。例如，CPLD计数获得50个脉冲，则表明动臂角度在基准值的基础上变化5度。
步骤B中捕获传感器采样点数是指位于驾驶室的车载液压称重装置的A/D转化模块采集压力传感器信号的次数。由于在测量过程中，部署了两个接近开关的磁片，分别代表起始位置和终止位置。当接近开关的输出信号EN产生由高到低的电平跳变时(代表终止位置)，停止CPLD的计数并锁存计数值S，同时停止A/D模块压力传感器数据的采样，表示一次采样过程的完成。通过A/D模块的数据采集程序，可以获得压力传感器数据的采样点数N。
步骤C中计算动臂角度变化时间是指利用步骤B中获得的压力传感器数据采样点数N，结合A/D采样模块的采样频率F，获得动臂角度变化时间T＝N/F。
步骤D中计算动臂变化角速率是指利用步骤B获得的计数值S、步骤C获得的角度变化时间T，根据公式角速率w＝S/(10*T)，得出动臂角度变化的角速率值w。

Claims (1)

1.一种车载液压称重装置动臂角度参数的采集方法，其特征在于，该方法利用增量式光电编码器来感知动臂角度的变化大小，通过称重装置的压力传感器信号采样点数和采样频率，确定动臂角度变化的时间域，从而确定动臂角度的变化率，并以接近开关作为光电编码器检测角度变化的起始点和终止点，其中，接近开关与增量式光电编码器测量动臂角度变化值的功能结构主要包括接近开关、高速光耦、增量式光电编码器、复杂可编程逻辑器件和ARM9处理器；所述增量式光电编码器的精度为3600/2π；
增量式光电编码器的输出信号为A和B，经过高速光耦实现隔离型输出，通过对输出信号A和B相位的判定，以获取动臂移动的方向，通过对输出信号A输出脉冲的计数，获取动臂角度的变化；接近开关的输出信号EN作为使能信号，传输至复杂可编程逻辑器件内，用来使能复杂可编程逻辑器件的计数功能；复杂可编程逻辑器件的输出信号有10位，计数从0至1023，并与ARM9处理器的I/0口相连接；
具体按以下步骤进行：
A、当动臂移动至检测角度变化的起始点，开始获得增量式光电编码器的输出脉冲数，实时获得动臂角度的相对变化值；具体实现过程如下：
通过在动臂上的指定位置安装接近开关的磁片共两个，即起始位置和终止位置，当动臂产生角位移使得接近开关的输出信号EN产生由低到高的电平跳变时，使能复杂可编程逻辑器件的计数功能，复杂可编程逻辑器件的输出清零，同时开始进行A/D模块压力传感器数据的采样；随着动臂的移动，增量式光电编码器会产生不同数量的脉冲信号并通过复杂可编程逻辑器件计数脉冲的个数，得到计数值S；根据增量式光电编码器的参数3600/2π得出，10个脉冲代表动臂角度变化1度，根据这个关系利用脉冲数计算出角度值W，即W=S/10；
B、当动臂移动至检测角度变化的终止点，获得本次采样的动臂角度变化值，并通过称重装置A/D模块计算获得传感器采样点数和采样频率；所述的获得传感器采样点数是指位于驾驶室的车载液压称重装置的A/D模块采集压力传感器信号的次数，由于在测量过程中，部署了两个接近开关的磁片，分别代表起始位置和终止位置；当接近开关的输出信号EN产生由高到低的电平跳变时，即代表终止位置，停止复杂可编程逻辑器件的计数并锁存计数值S，同时停止A/D模块压力传感器数据的采样，表示一次采样过程的完成；通过A/D模块的数据采集程序，获得压力传感器数据的采样点数N；
C、根据传感器采样点数和采样频率计算出角度变化所需要的时间参数；计算动臂角度变化时间是指利用步骤B中获得的压力传感器数据采样点数N，结合A/D模块的采样频率F，获得动臂角度变化时间T=N/F；
D、根据步骤B获得的动臂角度变化值和步骤C获得的时间参数，计算出角度的变化率，即角速率；计算动臂变化角速率是指利用步骤B获得的计数值S、步骤C获得的角度变化时间T，根据公式角速率w=S/(10T),得出动臂角度变化的角速率值w。
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