CN109855710B - 一种汽车衡称重状态监测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车衡称重状态检测系统，检测系统包括计重设备、计重收费系统、信号分流器、前端采集模块及后端预警模块；信号分流器从计重设备上采集模拟信号，这些模拟信号在信号分流器内被射极跟随器镜像为两个和原始信号大小相等的信号，其中一路信号返回给计重收费系统，另一路信号给前端采集模块进行数据分析；前端采集模块对每一个信号都进行数据分析，并将计算结果返回给后端预警模块；后端预警模块建能够直接计算出设备故障模块，发出提醒报修信号，并自动补偿漏失总重给系统。本发明有效结合业主监控平台，能快速定位故障位置，同时给出对损坏设备进行数据修补后的计重结果，帮助业主统计漏失重量。
Description
技术领域
本发明属于称重检测领域，涉及一种汽车衡称重状态监测系统及检测方法，特别是对高速公路上的动态汽车衡称台下的称重传感器的检测。
背景技术
目前汽车衡已广泛用于高速收费、高速预检中，而高速公路上卡车超载、超限、冲秤、跳秤现象又经常使称重传感器不堪重负而出现故障。动态汽车衡在长期使用的过程中可能会出现传感器故障的问题，某些传感器的故障并不会导致整个计重系统工作不正常，但是会严重的影响收费的重量，为了降低高速公路费用流失风险，需要准确地对故障传感器进行检测，及时的上报故障信息给维护人员。而传统的状态估计法检测出来的故障有限，且容易出现误报的情况，所以需要一种更为可靠的方法来检测传感器的故障。
传统的汽车衡控制器并不能对传感器的故障进行定位，这也使设备维护人员需要较长时间才能发现故障的传感器，加大了设备维护的成本。虽然称重系统使用数字式传感器能够定位故障传感器，但数字式传感器不适合于汽车衡这种要求高实时并且有多路传感器的嵌入式系统。目前业界普遍使用的汽车衡传感器配置方案是将多路模拟传感器并入接线盒中并作为一路模拟信号输出给称重控制系统，该方式虽能够实时地动态检测秤台上的重量，但却无法检测每一路称重传感器的模拟信号值，即当有传感器出现故障时无法定位故障传感器。现有收费系统没有完善的传感器和称重系统状态检测设备进行预警，造成计重系统的重量流失。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种汽车衡称重状态检测系统及检测方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种汽车衡称重状态检测系统，所述检测系统包括计重设备、计重收费系统、信号分流器、前端采集模块及后端预警模块；所述信号分流器从所述计重设备上采集模拟信号，这些所述模拟信号在信号分流器内被射极跟随器镜像为两个和原始信号大小相等的信号，其中一路信号返回给计重收费系统，保证计重收费系统的正常运行，另一路信号给前端采集模块进行数据分析；前端采集模块对每一个信号都进行数据分析后，计算称重结果，并将计算结果返回给后端预警模块；后端预警模块建有以复数个计重设备损坏是的错误数据为基础的数学模型，在计重设备突发损坏时能够直接计算出设备故障模块，后端预警模块发出提醒报修信号，并自动补偿漏失总重给计重收费系统。
进一步地，所述信号分流器与不同型号的计重设备及计重收费系统均兼容。
进一步地，所述计重设备为汽车衡；汽车衡的传感器信号接入方式包括电压激励信号接地方式、屏蔽地线接地方式；所述信号分流器采用对应方式与此对接。
进一步地，所述后端预警模块用以检测计重设备中的传感器故障；所述传感器故障包括完全失效故障、固定偏差故障、漂移偏差故障和精度下降故障。
进一步地，所述后端预警模块接收前端采集模块收集到的计重设备信息入库管理数据，对上报的计重设备预警会显示到道路监控屏幕上；并指出哪条道路的哪个收费站上哪条道的第几号传感器发生了故障，提醒工作人员报修。
本发明还提供一种汽车衡称重状态检测系统的检测方法，包括传感器异常检测方法和传感器补偿检测方法。
所述传感器异常检测方法包括以下步骤：
i、通过前端采集模块采集的每一帧数据，解析每一次采样的数据；
ii、分析步骤i中的数据，并判断是否有车辆在计重设备汽车衡上；
iii、若没有车辆，则采用状态估计法判断传感器的增量值是否超过阈值，若没有超过阈值，则说明传感器工作正常，返回步骤i继续监测；若超过阈值，则说明传感器异常，标记该传感器，上报给后端预警模块进行维护，返回步骤i继续监测；
iv、若存在车辆，则收集过往车辆数据后进行小波变换；
v、寻找小波变换后的突变值是否超过阈值，若没有超过阈值，说明该传感器工作正常，返回步骤i继续监测；若超过阈值，则说明该传感器异常，标记该传感器，上报给后端预警模块进行维护，返回步骤i继续监测。
所述传感器异常补偿检测方法包括以下步骤：
I、通过前端采集模块采集的每一帧数据，解析每一次采样的数据；
II、分析步骤I中的数据，并判断是否有车辆在计重设备汽车衡上；
III、若没有车辆，则返回步骤I继续监测；
IV、若存在车辆，则判断是否有传感器损坏，若传感器没有损坏，则进行正常的数据处理后返回步骤I。若传感器有损坏，则判断A板传感器是否异常，若异常，则通过比例关系预测损坏的传感器值，然后进行正常的数据处理后返回步骤I，若不异常，则通过A板以轴组衡的方式获取到车的重量。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明监测系统及检测方法，有效结合业主监控平台，能快速定位故障位置，及时提供设备故障信息，在原有计重设备故障发生时及时告警，提醒报修，同时给出对损坏设备进行数据修补后的计重结果，帮助业主统计漏失重量。
说明书附图
图1为本发明系统架构示意图；
图2为本发明信号分流器原理示意图；
图3为本发明故障监测原理示意图；
图4为本发明传感器异常检测流程示意图；
图5为本发明传感器异常补偿流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例结合附图说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例：
如图1至图5所示，一种汽车衡称重状态检测系统，所述检测系统包括计重设备、计重收费系统、信号分流器、前端采集模块及后端预警模块；所述信号分流器从所述计重设备上采集模拟信号，这些所述模拟信号在信号分流器内被射极跟随器镜像为两个和原始信号大小相等的信号，其中一路信号返回给计重收费系统，保证计重收费系统的正常运行，另一路信号给前端采集模块进行数据分析；前端采集模块对每一个信号都进行数据分析后，计算称重结果，并将计算结果返回给后端预警模块；后端预警模块建有以复数个计重设备损坏是的错误数据为基础的数学模型，在计重设备突发损坏时能够直接计算出设备故障模块，后端预警模块发出提醒报修信号，并自动补偿漏失总重给计重收费系统。
进一步地，所述信号分流器与不同型号的计重设备及计重收费系统均兼容。所述计重设备为汽车衡；汽车衡的传感器信号接入方式包括电压激励信号接地方式、屏蔽地线接地方式；所述信号分流器采用对应方式与此对接。
本发明中信号分流器兼容市场上几乎所有厂家的计重收费设备，不影响其正常工作，且在信号镜像设备自身没有供电的情况下，也不影响原有收费仪表正常工作。目前全国各地都有衡器生产厂家，其使用的仪表也多种多样，本发明对于各种不同数据参考方式都进行了对应处理：
1、当厂家仪表采用激励E-与屏蔽地G对接方式，则使用跳线帽短接E-与G作为信号分离器模拟地参考；
2、当厂家仪表采用激励E-与屏蔽地G隔离，以E-为信号参考，断开E-与G之间的跳线，并把E-作为检测单元的参考短接到AGND；
3、当厂家仪表采用激励E-与屏蔽地G隔离，以G为信号参考，断开E-与G之间的跳线，并把G作为检测单元的参考短接到AGND；
4、当信号分流器中信号镜像设备通电情况下，电子继电器Rjl_U_w01断开输入端S+、S-与输出端S+、S-的接口，使得信号通过镜像处理后流出；
5、在信号镜像设备断电情况下，电子继电器Rjl_U_w01短接输入端S+、S-与输出端S+、S-的接口，使得信号直接通过传感器传到厂家原有仪表，同时会回断开上述1-3中的E-与镜像设备上电路的所有连接，保证设备断电也不会影响原有收费系统。
进一步地，所述后端预警模块用以检测计重设备中的传感器故障；所述传感器故障包括完全失效故障、固定偏差故障、漂移偏差故障和精度下降故障。其中，完全失效故障是指传感器测量的突然失灵，测量值一直为某一常数；固定偏差故障主要是指传感器的测量值与真实值相差某一恒定常数的一类故障，如图3所述，有故障的测量与无故障的测量是平行的；固定偏差故障和漂移故障都是不容易发现的故障。
通常情况下，由于传感器上有称台，称台分摊给每只传感器的值差不多2t，当传感器出现故障时，其与在正常的情况下的值会有一定的偏差。在无车的情况下，完全可以采用状态估计法，通过比较传感器的增量值与设定的阈值(这个值由系统的精度决定)，如果增量值超过阈值，说明这个传感器异常。然而这种方式只能在称台无车状态下检测，对于有车状态下的漂移故障的检测能力有限。
对于有车状态下的漂移故障的检测，可以通过收集一段时间的该传感器数据，当传感器出现异常时，信号会出现突变，可以通过小波变换找信号的突变值，如果信号的突变值超过阈值(这个值是经验值)，则说明该传感器异常。收集数据的过程中称台上有车或者无车都没有影响。对于小波变换寻找信号突变值的理论支撑如下：
从公式可以看出，不同于傅里叶变换，变量只有频率ω，小波变换有两个变量：尺度a(scale)和平移量τ(translation)。尺度a控制小波函数的伸缩，平移量τ控制小波函数的平移。尺度就对应于频率(反比)，平移量τ就对应于时间，所以小波变换可以得到一个时频谱。
对于检测信号的非连续性，包括信号的间断、突变、变形等等，这些非连续信号对分析和提取突发短信号非常有用。
进一步地，所述后端预警模块接收前端采集模块收集到的计重设备信息入库管理数据，对上报的计重设备预警会显示到道路监控屏幕上；并指出哪条道路的哪个收费站上哪条道的第几号传感器发生了故障，提醒工作人员报修。
对于故障传感器的预测值，对于整车衡分为A、B两个称台的情况，且A称台为单独的一块板，B称台为几块板相互叠加在一起。车辆行驶在A称台上时，它四只传感器的增量值近似是成比例关系的：add_a1＝(add_a4/add_a3)*add_a2，所以当某只传感器损坏时，可以用其他三只传感器的值预测出损坏传感器的值。当车辆行驶在B称台上时，如果B称台上有传感器损坏，由于B称台上是由相邻的四块板叠加上去的，所以传感器的增量值没有近似的比例关系，只能通过A称台单独的算出车辆的重量。
本发明还提供一种汽车衡称重状态检测系统的检测方法，包括传感器异常检测方法和传感器补偿检测方法。
所述传感器异常检测方法包括以下步骤：
i、通过前端采集模块采集的每一帧数据，解析每一次采样的数据；
ii、分析步骤i中的数据，并判断是否有车辆在计重设备汽车衡上；
iii、若没有车辆，则采用状态估计法判断传感器的增量值是否超过阈值，若没有超过阈值，则说明传感器工作正常，返回步骤i继续监测；若超过阈值，则说明传感器异常，标记该传感器，上报给后端预警模块进行维护，返回步骤i继续监测；
iv、若存在车辆，则收集过往车辆数据后进行小波变换；
v、寻找小波变换后的突变值是否超过阈值，若没有超过阈值，说明该传感器工作正常，返回步骤i继续监测；若超过阈值，则说明该传感器异常，标记该传感器，上报给后端预警模块进行维护，返回步骤i继续监测。
所述传感器异常补偿检测方法包括以下步骤：
I、通过前端采集模块采集的每一帧数据，解析每一次采样的数据；
II、分析步骤I中的数据，并判断是否有车辆在计重设备汽车衡上；
III、若没有车辆，则返回步骤I继续监测；
IV、若存在车辆，则判断是否有传感器损坏，若传感器没有损坏，则进行正常的数据处理后返回步骤I。若传感器有损坏，则判断A板传感器是否异常，若异常，则通过比例关系预测损坏的传感器值，然后进行正常的数据处理后返回步骤I，若不异常，则通过A板以轴组衡的方式获取到车的重量。
本发明监测系统及检测方法，有效结合业主监控平台，能快速定位故障位置，及时提供设备故障信息，在原有计重设备故障发生时及时告警，提醒报修，同时给出对损坏设备进行数据修补后的计重结果，帮助业主统计漏失重量。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种汽车衡称重状态检测系统的检测方法，其特征在于：所述检测系统包括计重设备、计重收费系统、信号分流器、前端采集模块及后端预警模块；所述信号分流器从所述计重设备上采集模拟信号，这些所述模拟信号在信号分流器内被射极跟随器镜像为两个和原始信号大小相等的信号，其中一路信号返回给计重收费系统，另一路信号给前端采集模块进行数据分析；前端采集模块对每一个信号都进行数据分析后，计算称重结果，并将计算结果返回给后端预警模块；后端预警模块建有以复数个计重设备损坏是的错误数据为基础的数学模型，在计重设备突发损坏时能够直接计算出设备故障模块，后端预警模块发出提醒报修信号，并自动补偿漏失总重给计重收费系统；
所述检测方法包括传感器异常检测方法和传感器补偿检测方法；
其中，所述传感器异常检测方法包括以下步骤：
i、通过前端采集模块采集的每一帧数据，解析每一次采样的数据；
ii、分析步骤i中的数据，并判断是否有车辆在计重设备汽车衡上；
iii、若没有车辆，则采用状态估计法判断传感器的增量值是否超过阈值，若没有超过阈值，则说明传感器工作正常，返回步骤i继续监测；若超过阈值，则说明传感器异常，标记该传感器，上报给后端预警模块进行维护，返回步骤i继续监测；
iv、若存在车辆，则收集过往车辆数据后进行小波变换；
v、寻找小波变换后的突变值是否超过阈值，若没有超过阈值，说明该传感器工作正常，返回步骤i继续监测；若超过阈值，则说明该传感器异常，标记该传感器，上报给后端预警模块进行维护，返回步骤i继续监测；所述传感器补偿检测方法包括以下步骤：
I、通过前端采集模块采集的每一帧数据，解析每一次采样的数据；
II、分析步骤I中的数据，并判断是否有车辆在计重设备汽车衡上；
III、若没有车辆，则返回步骤I继续监测；
IV、若存在车辆，则判断是否有传感器损坏，若传感器没有损坏，则进行正常的数据处理后返回步骤I；若传感器有损坏，则判断A板传感器是否异常，若异常，则通过比例关系预测损坏的传感器值，然后进行正常的数据处理后返回步骤I，若不异常，则通过A板以轴组衡的方式获取到车的重量；
对于整车衡分为A、B两个称台的情况，且A称台为单独的一块板，即A板；B称台为几块板相互叠加在一起；当车辆行驶在A称台上时，它四只传感器的增量值近似是成比例关系的：add_a1＝(add_a4/add_a3)*add_a2，所以当某只传感器损坏时，可以用其他三只传感器的值预测出损坏传感器的值；当车辆行驶在B称台上时，如果B称台上有传感器损坏，由于B称台上是由相邻的四块板叠加上去的，所以传感器的增量值没有近似的比例关系，只能通过A称台单独的算出车辆的重量。
2.根据权利要求1所述的汽车衡称重状态检测系统的检测方法，其特征在于：所述信号分流器与不同型号的计重设备及计重收费系统均兼容。
3.根据权利要求1所述的汽车衡称重状态检测系统的检测方法，其特征在于：所述计重设备为汽车衡；汽车衡的传感器信号接入方式包括电压激励信号接地方式、屏蔽地线接地方式；所述信号分流器采用对应方式与此对接。
4.根据权利要求1所述的汽车衡称重状态检测系统的检测方法，其特征在于：所述后端预警模块用以检测计重设备中的传感器故障；所述传感器故障包括完全失效故障、固定偏差故障、漂移偏差故障和精度下降故障。
5.根据权利要求1所述的汽车衡称重状态检测系统的检测方法，其特征在于：所述后端预警模块接收前端采集模块收集到的计重设备信息入库管理数据，对上报的计重设备预警会显示到道路监控屏幕上。
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