CN103884410B - 一种工程车辆载重测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工程车辆载重测量装置及方法，具体公开了一种具有液压装载、倾斜卸料功能的工程车辆载重测量装置及其测量方法。工程车辆载重测量装置包括电源模块、嵌入式微处理器及LCD显示及键盘模块，其中，液压压力传感器和举升开关连接入嵌入式微处理器的A/D转换器进行压力信号和举升开关信号的采集，LCD显示模块通过数据线连接到嵌入式微处理器上，用于进行数据显示。在微处理器控制下采集举升液压系统压力信号和举升开关信号，经过数据预处理后，根据建立的液压压力和载重量数学模型计算载重量。由于采用嵌入式计算机结构，体积小、功耗低、可靠性高，适合安装在工程车辆上使用，快速的测量工程车辆的载重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程车辆载重量测量装置及测量方法，具体地说是指一种具有液压装载、倾卸物料功能的工程车辆载重量测量装置和方法。
背景技术
现有的工程机械和矿山机械中，重量采集方法主要有：1、采用测量悬挂系统状态量的方式：某些车型采用的是油气悬挂缸，在装载一定货物的情况下，油气悬挂缸内部的气体压力将发生变化，通过采集悬挂气体压力的变化可以计算出载荷的重量；2、采用专门的传感器，安装在货箱与车架或者货箱与连杆机构的连接处，这种传感器一般安装于货箱的固定连接销轴中，利用销轴在载荷变化过程中的变形量得到载荷信息。
在部分没有液压悬挂或者不方便安装专用传感器的工程车辆中，如某些露天矿用自卸汽车、地下矿用自卸汽车、装载机、地下铲运机等，它们均采用举升液压系统作为动力，通过油缸、连杆机构等完成货箱（或铲斗）的装载物料过程和倾卸物料过程，其共同特点均是依靠举升液压系统提供的动力完成工作过程，所装载物料的重量与举升液压系统的压力之间存在一定的联系，因此可以通过采集举升液压系统压力来测量载重量。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术缺陷之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种工程车辆载重测量装置，其特征在于所述工程车辆载重测量装置包括电源模块、嵌入式微处理器及LCD显示及键盘模块，其中，车辆举升系统的液压压力传感器和举升开关连接入嵌入式微处理器的A/D转换器进行车辆举升系统的压力信号和举升开关信号的采集，LCD显示模块通过数据线连接到嵌入式微处理器上，用于进行数据显示。
优选地，工程车辆载重测量装置可作为CAN总线节点接入CAN总线网络。
优选地，所述工程车辆载重量测量装置还包括CAN、RS232、RS485和以太网通讯接口。
优选地，车辆举升系统输出的举升开关信号通过举升信号线连接到嵌入式微处理器的数字输入通道；车辆举升系统液压压力传感器输出的压力信号通过电压信号线连接到嵌入式微处理器的模拟输入通道；存储器模块通过数据线、控制线和地址线分别与嵌入式微处理器相连接。
优选地，所述存储器模块包括Flash存储器、SDRAM存储器。
本发明的第二目的在于提出一种基于上述工程车辆载重测量装置的工程车辆载重测量方法，其特征在于：
步骤一、使用支持向量机对工程车辆载重测量进行学习训练，建立车辆举升系统压力信号和货物重量之间的映射关系：将训练举升液压系统压力曲线，作为样本，供工程车辆载重测量支持向量机训练学习；其中所述训练举升液压系统压力曲线为已知货物重量下的车辆举升系统的压力信号变化曲线；
步骤二、在称重应用过程中，获取测试举升液压系统压力曲线，根据学习训练后的支持向量机，获取测试举升液压系统压力曲线对应的货物重量。
优选地，所述步骤一中将训练举升液压系统压力曲线，作为样本，供工程车辆载重测量支持向量机训练学习具体为：对训练举升液压系统压力曲线进行特征提取，之后统计特征提取后信号的时域特征，作为输入变量，将训练举升液压系统压力曲线对应的货物重量作为输出变量，组成训练样本，应用所述训练样本训练支持向量机，确定支持向量机网络参数；
所述步骤二具体为：对测试举升液压系统压力曲线进行特征提取，之后统计特征提取后信号的时域特征，作为输入变量输入学习训练后的支持向量机，将支持向量机的输出作为测试举升液压系统压力曲线对应的货物重量。
优选地，所述特征提取后信号的时域特征为均值或均方根。
优选地，所述特征提取方式为经验模式分解方式。
本发明的工程车辆载重量测量装置体积小、功耗低、可靠性高，适合安装在工程车辆上，具有载重量计算、超重报警、载重量存储和传输功能。
附图说明
图1为工程车辆载重量测量装置示意图。
图2为压力信号处理流程图。
图3为货物计算流程。
具体实施方式
下面参考说明书附图描述根据本发明实施例的基于液压装载、倾卸物料的工程车辆载重量测量装置及测量方法。
图1为本发明一个实施例的工程车辆载重量测量装置的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例中工程车辆载重量测量装置具体实现：车辆举升系统（采用液压原理的举升液压系统）举升压力信号采集、数据计算处理、参数设置、计算结果显示与CAN总线传输等功能。该装置包括电源模块、嵌入式微处理器及LCD显示及键盘模块，其中液压压力传感器和举升开关连接入微处理器的A/D转换器进行车辆举升系统的压力信号和举升开关信号的采集，计算分析处理、数据传输由微处理器完成，数据显示由通过数据线连接到微处理器的LCD显示模块实现，整个装置可作为CAN总线节点接入CAN总线网络。
为了便于信息的交互，本发明实施例中工程车辆载重量测量装置还为CAN通信线、RS232通信线、RS485通信线、以太网通信线提供CAN、RS232、RS485和以太网通讯接口。恒压源模块，即电源模块通过电源线连接到微处理器为微处理器供电。车辆举升系统输出的举升开关信号通过举升信号线连接到微处理器的数字输入通道。车辆举升系统的液压压力传感器输出的压力信号（表现为电压信号）通过电压信号线连接到微处理器的模拟输入通道。存储器模块通过数据线、控制线和地址线分别与微处理器相连接，其中该存储器模块包括Flash存储器、SDRAM存储器，系统硬件总体架构如附图1所示。
工程机械举升过程中车辆举升系统的两个举升缸的液压压力传感器的压力信号经调理后,通过多路选择开关进入A/D转换；经微处理器计算分析后得到矿石重量，载重数据可以显示到240×128的LCD模块；系统自带设置按键,便于现场调试修改参数。测量数据可以通过RS-232串口或以太网传输至上位机。CAN接口可使终端数据采集设备直接挂接在CAN总线上。
传感器采集车辆举升液压系统中的油液的工作压力值。露天矿用自卸汽车、地下矿用自卸汽车、铲运机在倾卸物料过程是这样的：首先将举升液压系统压力增高，油缸在高压油的作用下伸长，驱动货箱（或铲斗）动作，完成倾卸物料工作过程。此过程中举升液压系统的压力值升高的范围取决于货箱（或铲斗）中物料的质量。本装置的传感器所采集的举升液压系统压力，用于计算物料的质量。
微处理器对采集到的油压变化过程数据，即车辆举升系统压力信号进行处理和计算，以得到物料的质量数据。本发明中的称重测量方法包括以下步骤：
首先，使用支持向量机对工程车辆载重测量进行学习训练，建立举升液压系统压力信号特征和货物重量之间的映射关系。在典型工况（如举升初期，举升中期、举升位置最高等情况）下，分别获取已知货物重量下的压力信号变化曲线，即多个训练举升液压系统压力曲线，作为样本，供工程车辆载重测量支持向量机训练学习。对于这些训练举升液压系统压力曲线，首先进行特征提取，特征提取可以应用经验模式分解等现代信号处理方法，之后统计特征提取后，即经验模式分解后信号的时域特征（如均值、均方根等）作为输入变量，将对应的货物重量作为输出变量，组成训练样本。应用训练样本训练支持向量机，确定支持向量机网络参数。学习训练的基本过程如附图2示。
其次，在称重应用过程中，根据测试举升液压系统压力曲线，即待测的举升液压系统压力信号变化曲线，同样应用经验模式分解等现代信号处理方法进行特征提取，之后统计特征提取后信号的时域特征，作为输入变量输入学习训练后的支持向量机，支持向量机的输出即为货物的重量。货物重量计算的基本过程如附图3示。
本发明是通过采集露天矿用自卸汽车、地下矿用自卸汽车、铲运机倾卸物料过程中举升液压系统压力曲线，应用现代信号处理方法提取举升液压系统压力变化的多种特征，输入支持向量机，利用支持向量机在函数逼近方面的独特优势并通过对所采集数据的处理和分析得到物料的质量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (9)
1.一种工程车辆载重测量装置，其特征在于所述工程车辆载重测量装置包括电源模块、嵌入式微处理器及LCD显示及键盘模块，其中，车辆举升系统的液压压力传感器和举升开关连接入嵌入式微处理器的A/D转换器进行车辆举升系统的压力信号和举升开关信号的采集，LCD显示模块通过数据线连接到嵌入式微处理器上，用于进行数据显示。
2.根据权利要求1所述的工程车辆载重测量装置，其特征在于，工程车辆载重测量装置可作为CAN总线节点接入CAN总线网络。
3.根据权利要求1所述的工程车辆载重测量装置，其特征在于，所述工程车辆载重量测量装置还包括CAN、RS232、RS485和以太网通讯接口。
4.根据权利要求1所述的工程车辆载重测量装置，其特征在于：
车辆举升系统输出的举升开关信号通过举升信号线连接到嵌入式微处理器的数字输入通道；车辆举升系统液压压力传感器输出的压力信号通过电压信号线连接到嵌入式微处理器的模拟输入通道；存储器模块通过数据线、控制线和地址线分别与嵌入式微处理器相连接。
5.根据权利要求4所述的工程车辆载重测量装置，其特征在于：所述存储器模块包括Flash存储器、SDRAM存储器。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述工程车辆载重测量装置的工程车辆载重测量方法，其特征在于：
步骤一、使用支持向量机对工程车辆载重测量进行学习训练，建立车辆举升系统压力信号和货物重量之间的映射关系：将训练举升液压系统压力曲线，作为样本，供工程车辆载重测量支持向量机训练学习；其中所述训练举升液压系统压力曲线为已知货物重量下的车辆举升系统的压力信号变化曲线；
步骤二、在称重应用过程中，获取测试举升液压系统压力曲线，根据学习训练后的支持向量机，获取测试举升液压系统压力曲线对应的货物重量。
7.一种如权利要求6所述的工程车辆载重测量方法，所述步骤一将训练举升液压系统压力曲线，作为样本，供工程车辆载重测量支持向量机训练学习具体为：对训练举升液压系统压力曲线进行特征提取，之后统计特征提取后信号的时域特征，作为输入变量，将训练举升液压系统压力曲线对应的货物重量作为输出变量，组成训练样本，应用所述训练样本训练支持向量机，确定支持向量机网络参数；
所述步骤二具体为：对测试举升液压系统压力曲线进行特征提取，之后统计特征提取后信号的时域特征，作为输入变量输入学习训练后的支持向量机，将支持向量机的输出作为测试举升液压系统压力曲线对应的货物重量。
8.一种如权利要求7所述的工程车辆载重测量方法，所述特征提取后信号的时域特征为均值或均方根。
9.一种如权利要求7所述的工程车辆载重测量方法，所述特征提取方式为经验模式分解方式。
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