CN1583451A - 车辆载荷运输记录仪 - Google Patents

Abstract

车辆载荷运输记录仪，包括若干个磁感应器，及一套单片机及附属电路。其中若干个磁感应器安装在感应盒内放置在车身下与弹簧体之间。单片机与附属电路安装在仪器盒内，放置在驾驶室内。此外，仪器盒壳体上有显示屏和指示灯。其特征是每个磁感应器均由电缆与记录仪内的单片机相接。附属电路包括里程脉冲接收电路、时钟发生器、RS232通讯接口、LCD显示器及接口电路、电源电路等。该记录仪可对车辆的载荷重量值，在运输过程中进行动态测量，每十分钟测得一个重量平均值数据，并记录该十分钟的行走距离，及此时的标准日期和时间。通过通讯电缆连接个人计算机和记录仪，并运行已编制好的储存在个人计算机中的软件来可对记录仪内储存的数据进行阅读、存档或清除，实施集团、量化监督和管理。

Description

车辆载荷运输记录仪

所属领域

本发明涉及动态重量计量装置，一种车辆载荷运输记录仪。

背景技术

当前我国运输业的发展与运输管理方面存在很多不协调的因素。例如，运输业户片面追求利润而严重超载运输，对道路设施、公众人身造成安全隐患；不良司机背离管理者私下运输行为，还给企业和委托方带来损失和恶劣影响。因此，应该用有效措施杜绝此类现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆载荷运输记录仪，实时记录车辆动态载荷量值及运行当中的里程，为管理者和交通管理部门提供有效的监控手段。

车辆载荷运输记录仪，包括磁感应器、一套单片机及附属电路，其特征是若干个磁感应器安装在感应盒内放置在车身下与弹簧体之间；每个磁感应器均由电缆与记录仪内的单片机相接；附属电路包括里程脉冲接收电路、时钟发生器、通讯接口、LCD显示器及接口电路、电源电路；在单片机和个人电脑中分别编制两套相应的程序，通过通讯电缆连接个人计算机和记录仪，对记录仪内储存的数据进行阅读、存档或清除。

该记录仪可对车辆的载荷重量值，在运输过程中进行动态测量，每十分钟测得一个重量平均值数据。(因车辆运输中的颠簸，重量值是个波动值)，并记录该十分钟的行走距离，及此时的标准日期和时间。这些数据是存在于不挥发的数据存储器中，数据存储量可达6个月，即使停电也不丢失。此外为了管理记录仪，每隔一段时间要读取或清除记录内容，为实施集团化、量化监督和管理提供了有效手段。

本发明的创造性在于解决了动态下的载荷量检测。所用原理是：在弹性范围内，车辆每个承载环节中的车弹簧承载量与垂直方向的压缩距离有一一对应的关系。如果得到这个关系曲线，就可以根据弹簧的压缩距离得知这个承载点的承载重量了。再把这个车辆所具有的几个弹簧的载荷量加起来，就是该车辆的总载重量了。压缩距离的变化利用有磁电转换性能的霍尔位置传感器和一个永久磁块间的距离变化来感应，霍尔位置传感器磁感应强度对应的电压输出曲线，见图2所示。当承载重物时，弹簧被垂直压缩，由于弹簧体一端B点固定在车架上，则另一端将以与车架固定的C点为圆心、以CA长为半径，向A点上方伸展，固定在弹簧中部上方的霍尔元件也会随着向上并稍偏左运动，使之与固定在车身下的磁块距离拉近，从而使霍尔元件的感应电压增大。载荷量增大，压缩量就增大，因而霍尔元件的感应电压就增大。图2中Up是施加在霍尔元件上的电源电压。当磁感应强度为0时，输出1/2Up的电压值，当磁感应强度正向增加时，输出电压线性增大。

附图说明

图1是车辆载荷运输记录仪硬件组成框图；

图2是霍尔位置传感器SS495A1输出特性曲线；

图3是磁电感应盒安装示意图；

图4是载荷曲线实例之一；

图5是单片机电路连接示意图；

图6是信号调理单元电原理图；

图7是电源电原理图；

图8是时钟发生器电原理图；

图9是通讯接口电原理图；

图10是显示器接口电原理图；

图11是显示器专用负电源电路图；

图12是载荷标定操作程序框图；

图13是记录仪主程序功能框图；

图14是定时器1/16秒中断程序框图；

图15是某载荷点的载荷量计算程序框图；

具体实施方式

车辆载荷运输记录仪，包括装在车下的1个或若干磁感应器、装在记录仪内的单片机及附属电路，其特征是车身下与弹簧之间安装有磁感应器，均由电缆与驾驶室内的单片机相通。参见图1：弹簧与车身间的感应器通过电缆与各自的信号调理器相接，信号调理器输出端接单片机的A/D转换器；单片机包括CPU、数据存储器、A/D转接器，附属电路包括里程脉冲器、时钟发生器、RS232通讯接口、显示接口电路、电源电路等。数据存储器与CPU相连接；CPU经显示接口接LCD显示器。记录仪电源利用车蓄电池。磁感应器，见图2：包括由铁磁性物质制成的隔磁罩1、永久磁块2和霍尔元件3；桶状隔磁罩1在由非铁磁性物质制成的壳体内，壳体与隔磁罩之间有一定厚度的非铁磁性填充材料，整个壳体安放在各个弹簧体与车身之间，与车身或车架体固定在一起，磁块2由非导磁的杆固定于桶内中心，与桶底有一定距离；霍尔位置感应元件3由杆支撑探入隔磁罩1内，杆另一端固定在弹簧体中部，即感应元件与弹簧体底部中心处的位置是固定的。连接霍尔元件三根电缆分别接记录仪内的电源、地和信号调理器。磁块与霍尔元件在空载下的距离应根据额定载重量时的弹簧压缩距离的3倍来确定。例如，额定载重量的压缩距离为5cm，则磁块与霍尔感应元件的距离应为15cm，而磁块与罩1桶底应预留3cm的距离，霍尔元件与罩的下沿应有2cm左右的距离，则罩1的高度应为20cm左右，而霍尔元件的正确感应距离应在10cm左右，即霍尔元件距磁块15-5cm之间信号感应是可信的，而在5cm之内感应信号会产生较大的非线性误差。感应元件感受的磁感应强度应在3至几十高斯之间变化，因为磁感应强度与距离呈现严重的非线性关系。3-50范围内高斯是比较理想的变化范围。例如一块直径25mm、厚10mm、3000高斯的钕铁硼磁块就可以达到这点。

图3中感应盒安装位置放在了弹簧体底部的上方，此处感应的距离是真正的车箱体下沉距离。为了减小感应盒体积，也可以把感应盒向B点移动，额定载重下与车身的垂直压缩距离变小了，感应盒的尺寸也变小了，信号感应有效距离相应变小，所用磁块体积也就可以缩小。感应盒可以直接固定在车身体上。

结合附图说明记录仪中的电路连接关系：图5中单片机的脚1、2为其电压比较器的两个输入端。其脚1做为一个基准比较电压端，其电压由电源VDD经电阻R7、R8分压得到VDD的1/2值。脚2接车里程表输出衰减后的信号，其中里程表的地线接到J8的脚3，该脚接到本电路的地端，里程表的脉冲输出端接到J8的脚2，该脚电压经电阻R9、R91串接后接地，电阻R9、R91的接点即接到单片机的脚2。单片机的脚17、18之间接一个晶体震荡器X1，并且脚17与地之间接有电容C19，脚18与地之间接电容C20。单片机的脚37接电阻R92，R92另一端接发光二极管正极，二极管负极接地。

信号调理单元，见图6，电容C14、C15并联到两个串连的基准电压件DW2、DW3上，起到滤杂波的作用，经电阻R6连接电源Ua，构成精密电压基准源作为霍尔元件的电源。精密电压基准源连到接插件J2的脚3上为正端，J2脚2的为负端。该脚连接模拟电路专用的地端，霍尔元件的脚1，为其感应信号输出端，接到J2脚1，再接到板内R5。电阻R5和电容C13构成的一级滤波器与电阻R4和电容C12、C11构成的二级滤波器连接到仪表放大器U4的脚3。模拟电路电源AV⁺经串接电阻R3后，接并联的电容C9、C91、基准电压源DW1，并接放大器U4的脚2。该电位的电压等级正好是供给霍尔元件电源的1/2。电位器W1的两个固定端串接在放大器U4脚1和脚8之间、滑动端接脚1，构成完整的放大电路。放大器U4的脚7接电源Vcc，脚4、脚5接模拟地端。U4脚6为该电路的输出端，它接向单片机(图3)的第9到第16脚中的一个。

本仪器的电源电路见图7：它产生记录仪所需的不同电压源，其电能来自车载蓄电池。电池的正端经车钥匙开关接通后，接插件J1的脚1，负端直接连J1的脚2；J1的脚1、2之间首先接滤波电容C1，然后J1脚1接二极管D1的正极，负极接电阻R1、R2的一端。二极管D1是起保护作用，防止电源线J1的两个脚接反而损坏元件。电阻R2的另一端接向互相串接的四个发光二极管，D2、D3、D4、D5，以及三极管T1的基极，三极管T1的基极会得到一个相对比较稳定的电压。发光二极管的特点是只要通几十微安以上的电流，就可以稳定出一个1.7V左右的电压来。图中的电容C2跨接到三极管T1的基极和地之间起滤波作用。电阻R1的另一端接向T1的集电极，它只起降压作用，防止T1的集电极与发射极之间承受较高电压。T1的发射极与地之间接入滤波电容C4，它产生的电压Ua是一个比车载蓄电池的电压低而相对比较稳定的电压。图中的U1、U2、U3是三个集成低压差稳压器。首先Ua接电容C3，C3另一端接地，做滤波电容，然后接到U1的脚1、脚3；U1的脚2为接地端，脚5为输出端。它输出一个固定的电压标号Vcc为5.0V供线路使用。电容C5、C6并联后跨接到Vcc和地之间，起到退藕和滤波作用。Vcc又做为U2、U3的输入电源接到U2的脚1、脚3和U3的脚1、脚3。U2的脚2为接地，U2的脚5输出端电压标号V_DD为3.3V供电线路中逻辑电路使用。滤波电容C7跨接到V_DD和地之间。U3的脚2为模拟地，脚5为电压标号AV⁺专供电路中模拟电路使用。C8跨接AV⁺到模拟地为滤波电容。需要指出的是，逻辑地，即U2脚2的地与模拟地在线路板中是分开的，它们只在U2的脚2与U3的脚2上一点连接。

时钟发生器电路，见图8：电路中DB0-7分别接时钟芯片U6的脚4-脚11，它们为数据地址总线，与单片机脚47-42、39、38相连。图8中电阻R11-R18是数据地址总线的上拉电阻。它们的一端同接到电源VDD，而另一端分别接向DB0-7。芯片U6的脚24为电源端接到Vcc上，脚12为接地端，而脚18、17、15、14、13分别接单片机的脚31、49、48、50、30上作为单片机对U6的控制信号，而U6的脚23接单片机的脚28，它是U6输出的一定频率的方波信号SQW，给单片机做定时用。

通讯接口电路，见图9：芯片U8是专用的，由逻辑电位与RS232标准电位互相转换。其中的电容C26跨接到脚1、3，电容C27接到脚4、5，电容C29接脚16与脚2。脚9、10分别接单片机的脚55、54，而脚7、8分别接插件J4的脚1、2上，J4的脚3和U8的脚2为接地端。

显示接口电路，见图10：主要由接插件J6和芯片U8组成。J6的脚1为地端，脚2为VDD，脚3Vbb接显示器负电压端，由图11中来，它专门提供给显示器一个负电压，脚4和脚5分别接到单片机脚33、32，传送单片机对显示器的控制信号。J6的脚6接门电路U8的输出端脚11，是单片机几个信号对该脚的综合控制端，其中门电路U8中的脚4、5分别接单片机的脚48、49，是读、写控制命令。U8脚6与本芯片的脚2相接，U8的脚1与单片机脚27相接，是显示器的片选信号。脚3接到本芯片的脚12，脚13接电源VDD。

显示器专用负电压产生电路，见图11：芯片U7的脚1接向单片机的脚35，控制U7是否工作。脚2与地跨接C21、与脚4之间跨接R23、与脚3之间跨接R21；脚3与地之间跨接R22、C22，脚4与地接C24、与脚5之间接电位器W2，该W2调节输出负电Vbb的大小。脚5为输出负电压端，与地之间接C25，与脚7之间接稳压二极管DW4，其中脚5接DW4正极。脚7与地之间接一个电感L1，脚8为电源VCC，与地之间跨接C23，脚6为地端。

在使用该记录仪前必须对该仪器进行初始标定。操作框图见图12。标定方法分为标准标定法或简易标定法。简易标定法只需一台通用的地秤或已知重量的载物—“砝码”，而标准标定法需要在车每个弹簧下的车轮处都需一个地秤。准备工作：需将车辆开到地秤上，如简易标定法使用“砝码”则不需要地秤。通过通讯电缆连接个人计算机与该记录仪，点击个人计算机中“车辆载荷记录仪管理软件”图标。展开后点击“标定”钮，按提示输入密码，正确后显示屏给出提示，选择标准标定法或简易标定法。简易标定法需人工输入每个感应点1-8承担总载荷的百分比。几个承担感应点的百分比和必须正确后显示屏给出提示，选择标准标定法或简易标定法。简易标定法需人工输入每个感应点1-8承担总载荷的百分比。几个承担感应点的百分比和必须为100％，未装感应的点输入0；如果只装后轮一个感应盒，则该点输入100％，其它为0。以下步骤需要重复进行多次：屏上显示每个感应点此时的空载或一定载荷下感应的记录仪内的机内数据；点击“定标”钮后，标准法通过人工读秤，键盘分别输入每个秤所承担的净载荷量(承载重量减去空载重量)。如空载时净载荷量键入零。简易法只需要人工读秤或读“砝码”，键盘输入此时的总净载荷重量，当空载时只需输入零。此步骤完成后，屏幕会提示是否继续标定，如果选择“是”，则继续给车加载后，重复上述的步骤；如果选择“否”，则标定完成。重复的循环步骤应在10次左右。经过上述的标定方法之后，记录仪就可以根据标定出的相应数据，在运输中进行自动计量载重量了。图4中9对数的确定就是利用上述操作点击9次“定标”钮后某感应点生成的一个曲线的例子。而里程数是根据里程脉冲发生器经计算取得。

本装置的软件也是由两部分组成，一部分是固化在单片机中的程序主体，它完成记录仪的主要功能，即按时间间隔每10分钟，经采样分析、计算之后，向相应单元的数据存储器中存储一个载重量值，和一个行走里程数值。并且当与个人计算机通讯时，还要向个人计算机发送相应的数据和接收个人计算机的定标数据，和接受其它相应命令，而执行相应的程序。个人计算机中也必须编制相应的管理记录仪的软件，最主要的软件功能应能读取记录仪中的数据，然后要归纳、分析、制成表格；向记录仪索取相应的数据，进行标定，标定完成后，把定标系数传给记录仪等。

单片机中主程序，见功能框图13，它首先完成初始化各个硬件功能，然后转到显示程序中，循环送重量、里程、日期、时间等数据到LCD显示器。初始化程序让时钟发生器电路向SQW端发送4096Hz的方波信号，送到单片机的定时/计数器2中，使计数器记数，每256个数使CPU产生一个中断信号，即中断的周期为256/4096＝1/16秒。初始化程序还使里程脉冲送到单片机比较器后，比较器由单片机第51脚输出。时钟发生器中的日期和时间信号设定为二进制格式。再进行单片机各个管脚的设定：输出管脚设置为推挽方式，以增加驱动能力，输入管脚设置为漏极开路方式，模拟量输入管脚设定为模拟输入方式，数据/地址总线设置为复用方式等。

在初始化程序的结尾设定具有允许计数/定时器2中断，允许串行通讯中断，及允许总中断功能等。

Claims (10)

1、车辆载荷运输记录仪，包括磁感应器、一套单片机及附属电路，其特征是若干个磁感应器安装在感应盒内放置在车身下与弹簧体之间；每个磁感应器均由电缆与记录仪内的单片机相接；附属电路包括里程脉冲接收电路、时钟发生器、通讯接口、LCD显示器及接口电路、电源电路；在单片机和个人电脑中分别编制两套相应的程序，通过通讯电缆连接个人计算机和记录仪，对记录仪内储存的数据进行阅读、存档或清除，实施集团、量化监督和管理。

2、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是磁感应器包括隔磁罩(1)、永久磁块(2)和感应元件(3)；桶状隔磁罩(1)在保护壳体内，之间有一定厚度的非磁性填充材料，桶状隔磁罩(1)安放在弹簧体与车身之间，与车身或车架体固定在一起，磁块(2)由非导磁的杆固定于桶内中心，与桶底有一定距离；感应元件(3)由杆支撑探入隔磁罩(1)内，杆另一端固定在弹簧体中部，连接感应元件(3)三根电缆分别接仪器内的地、电源和信号调理器。

3、根据权利要求2所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是磁块与霍尔元件在空载下的距离应根据额定载重量时的弹簧压缩距离的3倍来确定。而磁块与罩1顶部应预留3cm的距离，霍尔元件与罩的下沿应有2cm左右的距离。感应盒安放位置可以在弹簧底部上方，也可以向B点方向部移动以减小体积。

4、载荷标定方法可分为标准标定法和简易标定法，标准标定法需要在车每个弹簧下的车轮处都需要一个称，并且每个弹簧处都需要安装感应盒。而简易标定法只需要一个称或已知重量的“砝码”，并且感应盒可以全部安装或者部分安装或者只安装一个。

5、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是单片机电路的连接关系：单片机的脚(1)、(2)与电压比较器的输入端相连，其脚(1)经电阻(R7)、(R8)接电源(VDD)，脚(2)接车里程表输出端，里程表的地线接到接插件(J8)的脚(3)及本电路的地端，里程表的脉冲输出端接到(J8)的脚(2)，并经电阻(R9)、(R91)串接后接地，电阻(R9)、(R91)的接点接到单片机的脚(2)；单片机的脚(17)、(18)之间接一个晶体震荡器(X1)，并且脚(17)与地之间接有电容(C19)，脚18与地之间接电容(C20)；单片机的脚(37)接电阻(R92)，(R92)另一端接发光二极管正极，二极管负极接地。

6、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是本仪器的电源电路，它用车载蓄电池产生记录仪所需的不同电压源，其电路连接关系：电池的正端经车钥匙开关接通后，接插件(J1)的脚(1)，负端直接连(J1)的脚(2)；(J1)的脚(1)、(2)之间首先接滤波电容(C1)，然后(J1)脚(1)接二极管(D1)的正极，负极接电阻(R1)、(R2)的一端；电阻(R2)的另一端接向互相串接的四个发光二极管，(D2、D3、D4、D5)，以及三极管(T1)的基极；电容(C2)跨接到三极管(T1)的基极和地之间起滤波作用，电阻(R1)的另一端接向(T1)的集电极，(T1)的发射极与地之间接入滤波电容(C4)；(U1、U2、U3)是三个集成低压差稳压器，首先电源(Ua)接电容(C3)，滤波电容(C3)另一端接地，然后接到(U1)的脚(1)、脚(3)；(U1)的脚(2)为接地端，脚(5)为输出端；电容(C5)、(C6)并联后跨接到(Vcc)和地之间，(Vcc)又做为(U2)、(U3)的输入电源接到(U2)的脚(1)、脚(3)和(U3)的脚(1)、脚(3)；(U2)的脚(2)为接地，(U2)的脚(5)接电源输出端(VDD)，滤波电容(C7)跨接到(V DD)和地之间；(U3)的脚(2)为模拟地，脚(5)为电源端(AV+)；(C8)跨接(AV+)到模拟地为滤波电容，(U2)脚(2)的地与模拟地只在(U2)的脚(2)与(U3)的脚(2)上一点连接。

7、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是时钟发生器电路，(DB0-7)分别接时钟芯片(U6)的脚(4-11)，为数据地址总线，与单片机脚(47-42)、(39)、(38)相连；电阻(R11-R18)是数据地址总线的上拉电阻，一端同接到电源(VDD)，而另一端分别接向(DB0-7)；芯片(U6)的脚(24)为电源端接到(Vcc)上，脚(12)为接地端，而脚(18)、(17)、(15-13)分别接单片机的脚(31)、(48-50)、(30)上作为单片机对(U6)的控制信号，而(U6)的脚(23)接单片机的脚(28)。

8、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是信号调理单元电路连接关系：电容(C14)、(C15)并联到两个串连的基准电压件(DW2)、(DW3)上，经电阻(R6)连接电源(Ua)，构成精密电压基准源作为感应元件的电源；精密电压基准源连到接插件(J2)的脚(3)上为正端，接(J2)脚(2)的为负端，该脚连接模拟电路专用的地端；感应元件的脚(1)接到(J2)脚(1)，再接到板内(R5)，电阻(R5)和电容(C13)构成的一级滤波器与电阻(R4)和电容(C12)、(C11)构成的二级滤波器连接到仪表放大器(U4)的脚(3)；模拟电路电源(AV+)经串接电阻(R3)后，接并联的电容(C9)、(C91)、基准电压源(DW1)，并接放大器(U4)的脚(2)；电位器(W1)的两个固定端串接在放大器(U4)脚(1)和脚(8)之间、滑动端接脚(1)，构成完整的放大电路；放大器(U4)的脚(7)接电源(Vcc)，脚(4)接模拟地端，(U4)脚(6)为该电路的输出端，它接向单片机的第(9)到第(16)脚中的一个。

9、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是单片机主程序设定：首先完成初始化工作：使定时器每1/16秒产生一个中断信号，设置让比较器接收里程脉冲信号；设置单片机每个管脚的输入输出功能；允许定时器(2)、串行通讯中断，开总中断；然后进入待机状态；在每个整秒到来时，去刷新一次显示，再回到待机状态；单片机1/16秒中断程序的执行：首先进行多次采样感应器的信号，进行数字滤波、求平均值、每10分钟计算出每个感应点的机内数据的平均值，然后转入计算载荷量子程序；根据10分钟累计的里程脉冲数，进行10分钟行走距离的计算，再根据日期、时间计算出数据存储的绝对地址，把上述两个数据存入。

10、根据权利要求1所述的车辆载荷运输记录仪，其特征是个人电脑中编制的程序主要有两个部分：第一部分是载荷量标定程序。第二部分是读取记录仪数据程序：当向记录仪发送读取数据命令后，电脑立即等待接收数据。首先记录仪向电脑发送一个开始记录的日期和时间及当前的日期和时间，然后发送开始月份为首月份，当前月为末月份的，一个或若干个以月为单位的数据块，电脑收到数据后立即转换成文本格式的文件，并把这些数据经归纳分析并总结出每日、每月运行的吨公里数，及行走的(包括空载运行的)单公里数，可供管理者阅读。

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