CN104390688A - 一种货车etc车载整车式称重显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种货车ETC车载整车式称重显示器，包括CPU单元、车辆状态检测单元、称重单元、电源单元、显示单元、定位单元、水平测量单元、温度测量单元、短距离无线通讯单元、移动无线网络数据通讯单元、有线通讯单元。本发明是整个车载整车称重系统的核心部分，在CPU中运行无操作系统的应用程序，实现车载称重与数据修正、数据与信息的远程双向传递、综合信息的就地显示、货车不停车收费(货车ETC)。

Description

一种货车ETC车载整车式称重显示器

技术领域

本发明属于电子称重衡器的称重收费领域，具体涉及一种车载整车式称重显示器，是一种集成了行驶记录仪、车辆定位与监测网络技术,具备实时车载整车称重的车载显示仪表。

背景技术

随着道路交通运输总量的快速增长，营运车辆保有量也随之快速上升。截止2013年底，全国载货汽车保有量已突破2000万辆，货车交通占我国公路交通组成约七成比重，在我国物流业发展中起着重要作用。但由于我国实行货车计重收费政策，车辆行驶在高速路上通过收费站时必须先进行载重量称量，车道收费员按照收费系统参考重量计算出的应收费用进行现金收费。目前的车辆称重采取的是地面衡器称量技术，动态地面衡器能够保证一定的通行律，但是称重误差较大，容易引起争议，反而造成车道堵塞，地面静态衡可以保证较精确的称量，基本上不会有争议，但是称量所需的时间更长，一样影响了车道通行效率，因此，不论使用静态衡或是动态衡均会造成载重货车在收费口处通行效率低下，是造成高速公路局部交通拥堵的主要因素之一。加之由于载重货车燃烧的多是柴油，在车辆启停时均会产生大量的污染尾气，拥堵的交通口造成货车低速反复启停，大量的污染尾气进一步加剧了对环境的污染。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种货车ETC车载整车式称重显示仪器，在原有车载称重技术的基础上，综合温度、行驶速度、车辆所处海拔高度、行驶路面水平度以及刹车情况等信息对载重信息进行有效的修正和补偿，提供实时、准确、真实的货车重量信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种货车ETC车载整车式称重显示器，其特征在于：由CPU单元、车辆状态检测单元、称重单元、电源单元、显示单元、定位单元、水平测量单元、温度测量单元、短距离无线通讯单元、移动无线网络数据通讯单元、有线通讯单元组成；

其中CPU单元由ARM微处理器STM32F103ZET6核心电路和JTAG下载调试电路、FM24C111铁电数据存储器、SD卡数据存储电路、14路LED状态指示灯构成，CPU内嵌程序的在线更新与调试利用ISP技术通过JTAG实现，参数存储在铁电存储器中，SD卡存储车辆历史状态信息，可设定刷新周期，LED状态指示灯便于调试人员直观地观察程序运行情况，快速地发现故障点；

车辆状态检测单元由脉冲计数器电路、行驶速度信号整形与转换电路、电压比较器电路及刹车信号转换电路构成，通过对车轮转速脉冲信号的整形与计数，获得车辆实时的行驶速度，通过对刹车信号的转换与比较测量，感知车辆的刹车状态；

称重单元由信号输入防护电路和AD7799高精度四通道数据采集电路组成，车载称重传感器送出的称重信号经过信号输入防护电路的安全防护处理后，送入AD7799模数转换器进行高精度数字化转换，数字量重量信息最终送入CPU单元，输入信号防护电路可将信号传输线上耦合的干扰与破坏性信号进行旁路和消除，保护后端的电路不受影响；

电源单元由LM2596芯片组成的开关稳压电源加保护电路及后备电池充放电管理电路组成，为仪表、称重传感器及车载OBU单元提供稳定、安全、充足的工作电源；

显示单元由迪文DMT80600C05智能触摸液晶显示模块和MAX232组成的RS232光电隔离转换电路组成，作为人机交互界面，实现信息显示与参数设定与录入；

定位单元由北斗/GPS双模定位模块以及配套的定位天线组成，实现地理定位，实时向CPU提供定位坐标、移动速度、海拔高度信息；

水平测量单元由三轴加速度计ADXL345及其周边电路构成，称重显示仪安装固定好后，对水平测量单元的参数进行初始设置，确定初始水平参数与状态，当车辆停留或行驶在坡路上时，通过对ADXL345输出的三轴加速度数据进行解算，可以获得相对准确的车辆与水平面的二维夹角信息；

温度测量单元由高精度温度传感器DS18B20及其周边电路组成，传感器安装在驾驶室外的称重传感器接线盒内，实时测量设备环境温度，向CPU单元提供环境温度信息；

短距离无线通讯单元由ZIGBEE无线模块及配套天线组成，无线电频率为2.4GHz，网络节点自由接入，自动识别，实现百米距离内的短距离无线通讯；

移动无线网络数据通讯单元由2G/3G模块与配套天线组成，兼容GSM和3G模式，实现利用移动通信网络进行远程数据交换；

有线通讯单元由RS232光电隔离转换电路和数据远传接口组成，可连接车载OBU单元实现与ETC系统的RSU单元的数据交换。

本发明是整个车载整车称重系统的核心部分，与一般的整车称重显示器相比，本发明的车载称重显示器具有如下有益效果：

1、可以测量行驶或静止车辆的实时整车重量，并利用行驶速度、行驶水平程度、环境温度、所处位置海拔高度、刹车状态等对称重的影响因子参数进行修正和补偿，获得准确实时有效的整车重量，实现货车实时车载称重，由于采用了补偿技术，称量误差小，实时性强，技术领先。

2、利用短距离无线通讯单元与收费站路旁的终端设备，进行称重综合数据交换、或利用有线通讯接口与车辆上安装的ETC用OBU单元连接，实现与收费站ETC系统的RSU单元进行综合称重信息交换、或直接使用传送给监控中心的车辆综合信息这三种方式，均可实现货车不停车收费(货车ETC)，提高了货车通行效率，减少了货车尾气对环境的污染、总体上降低了货车对燃油的使用量，社会效益与经济效益明显。

3、采用北斗/GPS双模定位技术，促进了我国定位导航系统的应用。

4、为车联网提供了多功能网络底层终端设备，促进了物联网的发展。

5、本发明集成了行驶记录仪、车辆定位与监测网络技术以及实时车载整车称重的技术，实现货车实时车载称重、远程状态检测和不停车计重收费(货车计重ETC)，称重误差小、实时性强、提高了收费道路的货车通行效率，减少了由于道路拥堵车辆反复启停产生的大量废气对环境的污染，节约了燃油、为车联网的实现提供了底层终端。

附图说明

图1是本发明的系统总体结构框图。

图2是CPU单元与车辆状态检测单元和称重单元的连接结构图。

图3是CPU单元与车辆状态检测单元、显示单元、定位单元和移动无线网络数据通讯单元的连接结构图。

图4是CPU单元与短距离无线通讯单元的连接结构图。

具体实施方式

参见图1，本发明在嵌入式系统框架下，由车辆提供工作电源，由CPU单元、车辆状态检测单元、称重单元、电源单元、显示单元、定位单元、水平测量单元、温度测量单元、短距离无线通讯单元、移动无线网络数据通讯单元、有线通讯单元组成货车ETC车载整车式称重显示器硬件，在CPU中运行无操作系统的应用程序，实现车载称重与数据修正、数据与信息的远程双向传递、综合信息的就地显示、货车不停车收费(货车ETC)。

CPU单元由ARM微处理器STM32F103ZET6核心电路和JTAG下载调试电路、FM24C111铁电数据存储器、SD卡数据存储电路、14路LED状态指示灯构成，程序的在线更新与调试利用ISP技术通过JTAG实现，参数存储在铁电存储器中，SD卡存储车辆历史状态信息，可设定刷新周期，LED状态指示灯便于调试人员直观地观察程序运行情况，快速地发现故障点。

参见图2，车辆状态检测单元由脉冲计数器电路、行驶速度信号整形与转换电路、电压比较器电路及刹车信号转换电路构成。通过对车轮转速脉冲信号的整形与计数，获得车辆实时的行驶速度。通过对刹车信号的转换与比较测量，感知车辆的刹车状态。

称重单元信号输入防护电路和AD7799高精度4通道数据采集电路组成，车载称重传感器送出的称重信号经过信号输入防护电路的安全防护处理后，送入AD7799模数转换器进行高精度数字化转换，数字量重量信息最终送入CPU单元，输入信号防护电路可将信号传输线上耦合的电子脉冲、浪涌、静电等干扰与破坏性信号进行旁路和消除，保护后端的电路不受影响。

电源单元由LM2596芯片组成的开关稳压电源+保护电路及后备电池充放电管理电路组成，实现将汽车电源净化、降压稳压、为仪表、称重传感器及OBU单元提供稳定、安全、充足的工作电源的作用。

参见图3，显示单元由迪文DMT80600C05智能触摸液晶显示模块和MAX232组成的RS232光电隔离电路组成，作为人机交互界面，实现信息显示与参数设定与录入。

定位单元由北斗/GPS双模定位模块以及配套的定位天线组成，实现地理定位，实时向CPU提供定位坐标、移动速度、海拔高度等信息。

水平测量单元由3轴加速度计ADXL345及其周边电路构成，称重显示仪安装固定好后，对水平测量单元的参数进行初始设置，确定初始水平参数与状态，当车辆停留或行驶在坡路上时，通过对ADXL345输出的三轴加速度数据进行解算，可以获得相对准确的车辆与水平面的2维夹角信息。

温度测量单元由高精度温度传感器DS18B20及其周边电路组成，传感器安装在驾驶室外的称重传感器接线盒内，实时测量设备环境温度，向CPU单元提供环境温度信息。

参见图4，短距离无线通讯单元由DIGI公司的ZIGBEE无线模块及配套天线组成，无线电频率为2.4GHz，网络节点自由接入，自动识别，实现百米距离内的短距离无线通讯。

移动无线网络数据通讯单元由2G/3G模块与配套天线组成，兼容GSM和3G模式，实现利用移动通信网络进行远程数据交换。

有线通讯单元由RS232光电隔离转换电路和数据远传接口组成，可连接车载OBU单元实现与ETC系统的RSU单元的数据交换。

本发明在原有车载称重技术的基础上，综合温度、行驶速度、车辆所处海拔高度、行驶路面水平度以及刹车情况等信息对载重信息进行有效的修正和补偿，提供实时、准确、真实的货车重量信息。

整个系统在CPU内嵌程序的控制与运算下：

1、通过称重单元获知车辆实时载重重量信息，并参考从车辆状态检测单元获知的车辆行驶速度、刹车状态，从水平测量单元获知的车辆的水平或上下坡行驶状态，从温度测量单元获知的车辆行驶环境温度信息，以及从定位单元获知的车辆海拔高度这些信息，对载重信息进行综合修正和补偿，获得真实、准确、实时的车辆载重数据；

2、将实时载重信息以及可授权选择的综合信息通过液晶显示屏实时显示出来，并可通过设定超速报警限值、超载报警限值、连续驾驶报警限值等自动判断车辆是否超速、超重、超时，并在超限时发出报警提示。

3、将实时载重信息以及可授权选择的综合信息通过GPRS移动无线网络数据通讯单元远程传递给数据监控中心服务器，可实时监测车辆的行驶轨迹、行驶状态、并可将监控中心发出的信息传送给指定的车辆，通过显示器通知驾驶员，实现远程监测与控制；

4、通过短距离无线数据交换模块，在车辆行驶靠近ETC收费站路旁ZIGBEE无线网络数据通讯终端时，与其进行数据交换，将车辆信息包括整车重量信息发送给ETC收费系统，实现货车计重ETC收费，同时ZIGBEE短距离无线数据交换模块也可以与定制的手操设备近距离无线连接，实现参数设定、调试、标定等工作。

5、通过备用数据远传单元和正在开发的车载ETC的OBU模块连接，实现和小轿车一样的ETC收费。

Claims (1)

1.一种货车ETC车载整车式称重显示器，其特征在于：由CPU单元、车辆状态检测单元、称重单元、电源单元、显示单元、定位单元、水平测量单元、温度测量单元、短距离无线通讯单元、移动无线网络数据通讯单元、有线通讯单元组成；

其中CPU单元由ARM微处理器STM32F103ZET6核心电路和JTAG下载调试电路、FM24C111铁电数据存储器、SD卡数据存储电路、14路LED状态指示灯构成，CPU内嵌程序的在线更新与调试利用ISP技术通过JTAG实现，参数存储在铁电存储器中，SD卡存储车辆历史状态信息，可设定刷新周期，LED状态指示灯便于调试人员直观地观察程序运行情况，快速地发现故障点；

车辆状态检测单元由脉冲计数器电路、行驶速度信号整形与转换电路、电压比较器电路及刹车信号转换电路构成，通过对车轮转速脉冲信号的整形与计数，获得车辆实时的行驶速度，通过对刹车信号的转换与比较测量，感知车辆的刹车状态；

称重单元由信号输入防护电路和AD7799高精度四通道数据采集电路组成，车载称重传感器送出的称重信号经过信号输入防护电路的安全防护处理后，送入AD7799模数转换器进行高精度数字化转换，数字量重量信息最终送入CPU单元，输入信号防护电路可将信号传输线上耦合的干扰与破坏性信号进行旁路和消除，保护后端的电路不受影响；

电源单元由LM2596芯片组成的开关稳压电源加保护电路及后备电池充放电管理电路组成，为仪表、称重传感器及车载OBU单元提供稳定、安全、充足的工作电源；

显示单元由迪文DMT80600C05智能触摸液晶显示模块和MAX232组成的RS232光电隔离转换电路组成，作为人机交互界面，实现信息显示与参数设定与录入；

定位单元由北斗/GPS双模定位模块以及配套的定位天线组成，实现地理定位，实时向CPU提供定位坐标、移动速度、海拔高度信息；

水平测量单元由三轴加速度计ADXL345及其周边电路构成，称重显示仪安装固定好后，对水平测量单元的参数进行初始设置，确定初始水平参数与状态，当车辆停留或行驶在坡路上时，通过对ADXL345输出的三轴加速度数据进行解算，可以获得相对准确的车辆与水平面的二维夹角信息；

温度测量单元由高精度温度传感器DS18B20及其周边电路组成，传感器安装在驾驶室外的称重传感器接线盒内，实时测量设备环境温度，向CPU单元提供环境温度信息；

短距离无线通讯单元由ZIGBEE无线模块及配套天线组成，无线电频率为2.4GHz，网络节点自由接入，自动识别，实现百米距离内的短距离无线通讯；

移动无线网络数据通讯单元由2G/3G模块与配套天线组成，兼容GSM和3G模式，实现利用移动通信网络进行远程数据交换；

有线通讯单元由RS232光电隔离转换电路和数据远传接口组成，可连接车载OBU单元实现与ETC系统的RSU单元的数据交换。