CN1635343A - 用于装载机动态测重的智能装置 - Google Patents

Abstract

一种用于装载机动态测重的智能装置，智能装置包括微处理器主控板、压力传感器、位置传感器；微处理器主控板包括微处理器、数据采集电路，数据采集电路与微处理器通过总线连接，压力传感器安装于装载机动臂油缸内，位置传感器安装在装载机的动臂上，位置传感器的接收器安装在装载机机体上，微处理器主控板以及与之配套的外部设备放置于装载机驾驶室内。微处理器设有测重的主程序，主要依照新建立的数学模型：W＝f(p₁·s₁－p₂·s₂)－W_b－W_j通过接收位置传感器以及压力传感器的信号，微处理器根据测重主程序进行动态测重。本发明提供了一种电路简单，结构紧凑，测量精度高，工作稳定性强，人机界面对话友好，实用安全可靠的装载机动态测重装置。

Description

用于装载机动态测重的智能装置

(一)技术领域

本发明涉及一种用于装载机动态测重的智能装置，适用于铁路货运、轮船码头、矿场等需要计量的场合。

(二)背景技术

装载机是货车车厢货物装载的主要机械，在全国铁路运输中占重要地位，然而由于装载机的结构复杂，操作程序多，动作时间短，工作环境恶劣，要在动态情况下瞬时而准确称重，难度较大。已有技术中，对装载机自动称重的研究主要以理论建模和分析为主，对于实际的称重装置，由于数学模型的建立，以及电路设计方面存在较大的问题，在动态测量时误差较大，稳定性较低，不能很好适应装载机恶劣的运行环境，未能在实际得到应用。

(三)发明内容

为了克服已有技术中装载机动态测重装置的测量误差较大、稳定性较低的不足，本发明提供了一种新型的装载机动态测重的智能装置，按照新建立的数学模型，采用了微处理器主控板，通过位置传感器、压力传感器的测得的信号进行测重，提供了一种电路简单，结构紧凑，测量精度高，工作稳定性强，人机界面对话友好，实用安全可靠的装载机动态测重装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于装载机动态测重的智能装置，所述的智能装置包括微处理器主控板、压力传感器、位置传感器；所述的微处理器主控板包括微处理器、数据采集电路，所述的数据采集电路与微处理器通过总线连接，所述的压力传感器安装于装载机动臂油缸内，位置传感器接收器安装在装载机机体上，位置传感器安装在装载机的动臂上，微处理器主控板以及与之配套的外部设备放置于装载机驾驶室内；所述的位置传感器与所述的数据采集电路连接；所述的位置传感器有上、下磁钢组成，所述的上、下磁钢按照一定距离安装在装载机的动臂上，所述的位置传感器接收器经过下位磁钢时被触发，向微处理器发出开始采集数据的指令；位置传感器经过上位磁钢时再被触发，向微处理器发出停止采集数据的指令；所述的压力传感器为两个，分别安装在装载机动臂油缸的前、后腔，所述的压力传感器分别将采集到的压力数据信号传送到微处理器中；所述的微处理器设有测重主程序，所述的主程序依照油缸的数学模型为：

       W＝f(p₁·s₁-p₂·s₂)-W_b-W_j

其中，p₁、p₂为动臂油缸前、后腔的压力，s₁、s₂为动臂油缸前、后腔的活塞面积，f为动臂位置相关的系数；W_b为装载机的自重影响，W_j为动臂的动态影响，

f由标定确定， $f=W^0/(p_1^0\·s_1-p_2^0\·s_2),$ W₀为标准试块的重量，p₁ ⁰、p₂ ⁰为标定时动臂油缸前、后腔的测得的压力，

$W_b=f\·(p_1^b\·s_1-p_2^b\·s_2),$ p₁ ^b、p₂ ^b为空斗时动臂油缸前、后腔的测得的压力，

W_j＝C₁(n₀-n)；其中n₀为正常操作速度下动臂油缸采集到的数据个数，n为实际操作速度下动臂油缸采集到的数据个数；C₁为修正值，根据不同装载机在标定时被确定。

更进一步，所述的外部设备包括键盘、显示器、打印机。

动臂油缸前、后腔的压力由所述的压力传感器测得；动臂位置相关的系数有位置传感器测得；为了最大限度地抵消装载机在提升时加速度对测重的影响，测量装置还利用装载机提升时通过采样区域的时间，换算出在这段采样时间内提升的平均速度，再根据不同的提升速度在软件上对计算结果进行数据修正提供一个加速度影响的参数。

本实用新型所述的用于装载机动态测重的智能装置的有益效果主要表现在：与现有的技术相比充分利用了高集成度的微处理器芯片，建立了考虑周全的数学模型，并在电路设计，采样技术和软件编制等方面采取了一系列的有效措施，使整机人机界面友好、使用方便灵活，计算准确，能够进行断电保护、误操作提示与报警，具有硬件设计简单，可靠性强，测量精度高，能在恶劣环境下正常工作等优点，适用于铁路货车货物的装卸计量，对铁路运输安全有重要意义，同时也可应用于汽车、轮船、码头、矿山、建筑等其它行业的货物装载和计量的场合。

(四)附图说明

图1是装载机动态测重的智能装置的系统结构框图；

图2是微处理器主控制板电原理图；

图3是键盘接口电原理图；

图4是键盘面板框图；

图5是显示接口电原理图；

图6是标定主菜单界面；

图7是称重主菜单界面；

图8是打印机接口电原理图；

图9是打印机的打印格式。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种用于装载机动态测重的智能装置，包括微处理器主控板1，压力传感器2，位置传感器3，微处理器主控板1包括设有微处理器、数据采集电路，数据采集电路与微处理器通过总线连接，压力传感器2安装于装载机动臂油缸内，位置传感器3的接收器安装在装载机机体上，位置传感器3安装在装载机的动臂上，微处理器主控板1以及与之配套的外部设备放置于装载机驾驶室内；压力传感器2和位置传感器3与所述的数据采集电路连接；

位置传感器3的接收器根据位置传感器3测得装载机动臂的移动距离向微处理器发出信号，微处理器接收位置传感器3的信号并对压力传感器2发出采集数据的指令，压力传感器2将采集的数据信号发送到数据采集电路。

位置传感器3有上、下磁钢组成，上、下位磁钢按照一定距离安装在装载机的动臂上，位置传感器3的接收器经过下位磁钢时被触发，向微处理器发出开始采集数据的指令；位置传感器的接收器经过上位磁钢时再被触发，向微处理器发出停止采集数据的指令。

压力传感器2为两个，分别安装在装载机动臂油缸的前、后腔，压力传感器分别将采集到的压力数据信号传送到微处理器中。

外部设备包括键盘4、显示器5、打印机6。

所述的微处理器设有测重的主程序，主要依照新建立的数学模型，

考虑到装载机动臂转斗油缸的影响，建立的数学模型为：

         W＝f(p₁·s₁-p₂·s₂)-W_b-W_j

其中，p₁、p₂为动臂油缸前、后腔的压力，s₁、s₂为动臂油缸前、后腔的活塞面积，f为动臂位置相关的系数；W_b为装载机的自重影响，W_j为动臂的动态影响，

f由标定确定， $f=W^0/(p_1^0\·s_1-p_2^0\·s_2),$ W⁰为标准试块的重量，p₁ ⁰、p₂ ⁰为标定时动臂油缸前、后腔的测得的压力，

$W_b=f\·(p_1^b\·s_1-p_2^b\·s_2),$ p₁ ^b、p₂ ^b为空斗时动臂油缸前、后腔的测得的压力，

W_j＝C₁(n₀-n)；其中n₀为正常操作速度下动臂油缸采集到的数据个数，n为实际操作速度下动臂油缸采集到的数据个数；C₁为修正值，根据不同装载机在标定时被确定。

动臂油缸前、后腔的压力由所述的压力传感器测得；动臂位置相关的系数有位置传感器测得；为了最大限度地抵消装载机在提升时加速度对测重的影响，测量装置还利用装载机提升时通过采样区域的时间，换算出在这段采样时间内提升的平均速度，再根据不同的提升速度在软件上对计算结果进行数据修正提供一个加速度影响的参数。

按照设置的安全报警要求，当累计重量达到某设置值时或非正常工作时将微处理器将发出报警指令，通过外接的蜂鸣器报警。

参照图2，微处理器主控板1主要由IC1～IC12以及三极管、电阻、电容、晶振、蜂鸣器组成。IC6为微处理器，它和IC7～IC10组成单片机小系统。IC2～IC4组成数据采集电路，它由模拟开关，放大电路，A/D转换电路组成并通过IC5和微机总线相连。IC1提供位置传感器接口匹配电路。IC5还提供I/O口和打印机相连。IC6中P3.5口经三极管放大后和蜂鸣器相连。IC11提供具有断电保护功能的日历钟电路。

参照图3、图4，所述的键盘通过键盘接口电路与微处理器连接，键盘面板提供了4×4行列式键，键盘由薄膜面板组成。上电复位后，若开关S1打向2，则先出现标定主菜单，标定主菜单特征如图6所示，按“0”号键可退出标定菜单进入称重主菜单。称重主菜单特征如图7所示，若S1打向1，则不出现标定主菜单而直接进入称重主菜单。

参照图6，标定主菜单键盘功能如下：

1～5号键是标定1吨～5吨标准试块重量的功能键。6号键是进入清除装载机动臂自身皮重的皮重测量菜单的功能键，7号键是参数设置功能键，设置参数分别有工号、车号、货号员以及目标重量。0号键是退出标定菜单键。在进入各功能状态后，A是确认键，B是返回主菜单键。E键显示A/D转换结果，F键显示标定参数f1～f5，E键、F键用作调试。

参照图7，称重主菜单键盘功能如下：

1号键是参数输入键，可输入标定用参数；2号键是皮重测量键；3号键是校时功能键，配合C键及数字键可重新输入正确的时间；4号键是单斗称重键；5号键是目标称重键。在对目标称重时，可对各单斗重量进行累加，目标重量进行递减，当目标重量与累计重量的差值小于或等于5公斤时，蜂鸣器开始报警，LCD显示器5的屏幕出现报警提示。D键为打印机键，E键、F键功能同标定主菜单中相同。

参照图5，所述的显示器5是LCD显示器，通过显示接口电路与微处理器连接，提供了4×8汉字LCD显示器；打印机6的接口电路如图8所示，由D键进行控制。在目标称重和单斗称重状态下，按下D键可打印所测量的参数，打印格式如图9所示。

装载机工作时，当装载机动臂向上移动时，带动位置传感器3的接收器，经过位置传感器3的下位磁钢，位置传感器3的接收器受到触发，向微处理器主控板1发出一个脉冲，微处理器片上系统主控板1开始对两路压力传感器2进行压力数据采集，当装载机动臂经过位置传感器3的上位磁钢时，位置传感器3的接收器受到触发再发出一个脉冲，微处理器片上系统主板1停止数据采集，此时微处理器片上系统主板1根据采集得到的动臂油缸压力及相应位置传感器3的安装位置数据进行数据滤波和均值处理，经过称重主程序的计算，即时显示或打印装载机的单斗重量与累计重量。按照设置的安全报警要求，当累计重量达到某设置值时或非正常工作时将进行报警。为了最大限度地抵消装载机在提升时加速度对测重的影响，测量装置还利用装载机提升时通过采样区域的时间，换算出在这段采样时间内提升的平均速度，再根据不同的提升速度在软件上对计算结果进行数据修正。测量装置在数据采集电路中采用了片内高速A/D转换器，它虽然已有12位的数据位，分辨率为1/2¹²，但是量化误差仍较可观。考虑到从液压传感器输出的信号其主要频率接近于直流，对于测量一个相对不变的直流信号，采用过采样和均值滤波相结合的方法，可以改善ADC的有效分辨率，减少量化误差，从而提高采样值的准确度。

Claims (2)

1、一种用于装载机动态测重的智能装置，其特征在于：

所述的智能装置包括微处理器主控板、压力传感器、位置传感器；

所述的微处理器主控板包括微处理器、数据采集电路，所述的数据采集电路与微处理器通过总线连接，所述的压力传感器安装于装载机动臂油缸内，位置传感器安装在装载机的动臂上，位置传感器的接收器安装在装载机机体上，微处理器主控板以及与之配套的外部设备放置于装载机驾驶室内；所述的位置传感器与所述的数据采集电路连接；

所述的位置传感器有上、下磁钢组成，所述的上、下磁钢按照设定距离安装在装载机的动臂上，所述的位置传感器接收器经过下磁钢时被触发，向微处理器发出开始采集数据的指令；位置传感器经过上位磁钢时再被触发，向微处理器发出停止采集数据的指令；

所述的压力传感器为两个，分别安装在装载机动臂油缸的前、后腔，

所述的压力传感器分别将采集到的压力数据信号传送到微处理器中；

所述的微处理器设有测重主程序，所述的主程序依照油缸的数学模型，

所述的数学模型为：

          W＝f(p₁·s₁-p₂·s₂)-W_b-W_j

其中，p₁、p₂为动臂油缸前、后腔的压力，s₁、s₂为动臂油缸前、后腔的活塞面积，f为动臂位置相关的系数；W_b为装载机的自重影响，W_j为动臂的动态影响，

f由标定确定， $f=w^0/(p_1^0\·s_1-p_2^0\·s_2),$ W⁰为标准试块的重量，p₁ ⁰、p₂ ⁰为标定时动臂油缸前、后腔的测得的压力，

$W_b=f\·(p_1^b\·s_1-p_2^b\·s_2),$ p₁ ^b、p₂ ^b为空斗时动臂油缸前、后腔的测得的压力，

W_j＝C₁(n₀-n)；其中n₀为正常操作速度下动臂油缸采集到的数据个数，n为实际操作速度下动臂油缸采集到的数据个数；C₁为修正值，根据不同装载机在标定时被确定。

2、如权利要求3所述的用于装载机动态测重的智能装置，其特征在于：所述的外部设备包括键盘、显示器、打印机。

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