CN201522322U - 基于石英称重传感器的智能仪表称重装置 - Google Patents

Abstract

一种基于ATmega16高性能、低功耗的8位AVR微处理器的基于石英称重传感器的智能仪表称重装置，包括AD采样单元、数据处理单元、显示单元、键盘控制单元、数据传输单元。AD采样单元实现对重量传感器输出的重量信号采样，然后经数据处理单元的算法对数据处理，键盘控制单元可以控制显示单元显示的内容并可对重量信号进行标定，称重结束后经数据传输单元将相关数据按指定的格式发送给上位计算机。本实用新型设备对高速公路路面损坏小，安装方便，并实时地将车辆信息传送给上位计算机，能够快速、准确地对车辆称重。

Description

基于石英称重传感器的智能仪表称重装置

技术领域

本实用新型及动态称重技术领域，更具体的说是一种公路计重收费动态称重系统。

背景技术

近年来，我国道路运输车辆超限超载现象较为普遍，并有“愈演愈烈”之势。超载的大型货车对高速公路的路基具有重大的破坏作用，严重影响公路的使用寿命，同时超载车辆也是造成车祸的重要原因之一。车辆超限超载运输对交通安全、运输市场及汽车生产秩序造成了极大危害。作为综合治理超限超载的一种手段，高速公路上行驶车辆的重量具有很大的差异，这些车辆对公路的使用寿命的影响差异很大，因此依据车辆实际重量进行收费的方式是合理的。现在还没有符合公路计重收费的特殊环境的称重仪器，能够快速、准确地对车辆称重，并实时地将车辆信息传送给上位计算机。

发明内容

本实用新型的目的，在于提供一种能够快速、准确地对车辆称重，并实时地将车辆信息传送给上位计算机的智能仪表称重装置。本实用新型设备对高速公路路面损坏小，安装方便。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现：

一种基于石英称重传感器的智能仪表称重装置，它包括智能仪表、重量传感器、红外线车辆分离器、轮轴识别器和感应线圈。上述红外线车辆分离器输出的车辆分离信号；轮轴识别器输出的车辆轮胎及轮轴类型信号；感应线圈输出的车辆收尾信号均输入智能仪表AD采样单元。

上述重量传感器由压电式动态条形称重板构成。压电式动态条形称重板主要包括：上盖板、下盖板、结构化石英晶组三个部分构成。压电石英动态条形称重板在埋在路面下，当有载荷作用于上盖板后，通过力的传递使其作用在结构化石英晶组上，然后在其上下表面产生与作用于其表面力大小成比例的正负电荷量，通过信号电极将电荷信号传送到智能仪表。

上述智能仪表包括AD采样单元、数据处理单元、显示单元、键盘控制单元、数据传输单元。在ATmega16的AVR微处理器内部完成AD采样单元对重量传感器输出的重量信号采样，然后经数据处理单元的算法对数据处理，键盘控制单元控制显示单元显示的内容并对重量信号进行标定，称重结束后经数据传输单元将相关数据发送给上位计算机。

本实用新型的基于石英称重传感器的智能仪表称重装置工作过程如下，当车辆进入计重车道，红外线车辆分离器将车辆起始信号发送到称重仪表，仪表接收到车辆起始信号后自动开辟内存空间，准备接收车辆信息。车辆经过轮轴识别器，轮轴识别器将车辆的轮胎及轮轴类型发送给称重仪表，称重仪表记录下该轮轴信息及轮胎情况。车辆经过压力传感器后，压力传感器将压力信号转换为电压信号发送给称重仪表，仪表利用ATmega16的AVR微处理器内部自带的10位高精度A/D转换通道，实现重量采集。在车辆经过平台的过程中重量采集实时进行，称重仪表将采集的大量重量信息进行运算后，再根据当前车辆行驶的速度对当前运算后的数据采用过滤类算法进行动态补偿。将最终补偿后的数据作为当前车辆的当前轴重数据存储在内存空间中。当车辆行驶过红外线车辆分离器和感应线圈后，产生收尾信号。称重仪表接收到收尾信号后，根据轮轴类型计算当前车辆的额定载重，与行驶速度、轮轴类型、实际重量等信息打包上传到上位机软件。

因本实用新型采用动态计重方式对车辆进行称量，是基于石英称重传感器和智能仪表的称重系统。称重仪表作为整个系统中枢，接受所有来自其他设备的信号和数据，并对各个数据进行处理，最终发送给上位机软件，并且在LCD上显示。本实用新型设备对高速公路路面损坏小，安装方便，并实时地将车辆信息传送给上位计算机，能够快速、准确地对车辆称重。

附图说明

图1为本实用新型的的智能仪表的系统结构示意图；

图2为本实用新型的智能仪表设计原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施对本实用新型作进一步详细的说明。

一种基于石英称重传感器的智能仪表称重装置，它包括智能仪表、重量传感器、红外线车辆分离器、轮轴识别器和感应线圈。所述重量传感器，将感受到的重力按比例转换的电压模拟信号；红外线车辆分离器输出的车辆分离信号；轮轴识别器输出的车辆轮胎及轮轴类型信号；感应线圈输出的车辆收尾信号均输入智能仪表AD采样单元。所述智能仪表包括AD采样单元、数据处理单元、显示单元、键盘控制单元、数据传输单元。具体结构如下：

车辆经由重量传感器，将感受到的重力按比例转换为电压模拟信号，经放大及滤波处理后送入含A/D处理模块的称重处理器转换为数字信号。由于该处理器自带8通道10位A/D模块，这就简化了外围电路。

称重传感器布置成前后两排。当车辆从不同的方向经过称台时两组传感器测量的数据不同，这样就能准确测量出车辆行驶方向，从而避免数据不对应的情况。

轮轴识别器用于检测通过车辆的轮轴单双轮状态，轴数及轴型，车型分类，车型统计，车流量统计等。轮轴识别器间距为10cm能够分辨任何车辆的单双轮胎，与秤体的支架安装，确保轮胎识别器和秤台的距离的一致，完全按距离原则来进行车辆联轴的判别，即使车辆非正常通过检测区域，也绝不误判.

红外线车辆分离器采用高能量、高穿透率原装进口光电管，性能稳定可靠，现场安装对准，简单快速，用于正常4.5米以内车道时，过量增益值达到25倍，在粉尘、雨雪、浓雾、温度异常等恶劣环境下仍能保证可靠工作。

感应线圈车辆分离器是埋在路面下的环形线圈，车辆经过所引起的电感量的变化，由它配合光栅分离器的使用可以确保了整个称重系统的更高的可靠性。

智能仪表是本实用新型称重系统的核心部件，本实用新型采用STC12C5624AD芯片，它是一款高性能、低功耗，超强抗干扰的新一代单片机。单时钟/机器周期，增强型8051内核，运行速度比普通的单片机快8～10倍。其片内集成了24KB的Flash程序存储器、256+512字节片内RAM数据存储器、支持ISP和IAP编程、8路10位ADC、4个PWM通道还可当4路D/A使用、6个16位定时/计数器、RC振荡器的可编程，集成MAX810专业复位电路等；以及SPI、UART接口，可以接收从上位机的RS-232接口下载的程序。以STC12C5624AD作为嵌入式高效微控制器，无需程序存储器、数据存储器及A/D转换器，大大简化了系统的硬件。其内部有硬件看门狗电路及相应的看门狗指令控制，提高了系统的可靠性及安全性。

在车辆经过重量传感器的过程中重量采集实时进行。称重仪表将采集的大量重量信息进行运算后，再根据当前车辆行驶的速度对当前运算后的数据进行动态补偿。将最终补偿后的数据作为当前车辆的当前轴重数据存储在内存空间中。

在收到收尾信号后，称重处理器将车辆信息数据打包通过RS232传送给上位计算机，称重处理器向上位计算机传输称重数据用CRC校验传输，确保正确。称重系统具备自动缓存功能，在向车道收费计算机发送数据失败时，自动存入缓存消息队列并尝试重发，在此次数据未正常送达前不会被下一条数据冲掉，从而保证称重数据的完整性。

本实用新型智能仪表外带薄膜键盘，通过控制键盘可以控制显示的车辆信息。另外称重设备标定完全采用数字键盘进行标定，无需打开称重处理机机箱进行开关切换或使用专用工具，整个标定和功能设置以及动态软件修正校准过程完全通过称重处理机按键板进行。

按键功能说明

【车速】：按【车速】键显示当前轴通过时的车速，单位为km/h，再按一次返回称重状态。

【轴型】：按【轴型】键显示本车的轴型，再按一次返回称重状态。

【日期】：按【日期】键显示当前日期，若不需修正，按【日期】退出日期显示，否则输入新日期后按【日期】。

【时间】：按【时间】键显示当前时间，若不需修正，按【时间】退出时间显示，否则输入新时间后按【时间】。

【标定】：按【标定】键可以对车重进行标定。

【删除】：若输入数字时按错可按【纠错】更正。

【数字】：在输入时间日期和标定时，需要选择的按键。

车辆信息在称重仪表的LCD上显示，在不同的按键按下时，LCD显示屏上显示相应的车辆信息。

参照图一，本本实用新型所涉及输入信号有重量信号、车辆分离信号、车辆轮胎及轮轴类型信号以及车辆收尾信号。AD采样单元实现对重量传感器输出的重量信号采样，然后经数据处理单元的算法对数据处理，由处理器控制显示单元，并将数据信息按照指定的格式和要求发送至上位计算机。

参照图二，重量传感器输出的两路重量信号G1、G2分别由微处理器U1的39、40脚接入，车辆分离信号S1、车辆轮胎及轮轴类型信号S2以及车辆收尾信号S3分由微处理器U1的16、17、18脚接入。

12864显示电路的4、5、6、18、19控制引脚分别连接微处理器的25、26、27、24、28脚，显示电路的数据位7-14脚分别连接微处理器的1-8脚。

数据传输模块U2的9、10脚分别连接微处理器的14、15脚。

键盘控制模块采样7290芯片扩展键盘，控制引脚19、20脚分别连接微处理器的22、23脚。7920的3、4、5、6、12、13、21、22分别连接4×4键盘的8位。

Claims (3)

1.一种基于石英称重传感器的智能仪表称重装置，它包括智能仪表、重量传感器、红外线车辆分离器、轮轴识别器和感应线圈；其特征在于：上述智能仪表包括AD采样单元、数据处理单元、显示单元、键盘控制单元、数据传输单元。

2.根据权利要求1所述的基于石英称重传感器的智能仪表称重装置，其特征在于：重量信号G1、G2分别由微处理器U1的(39、40)脚接入，车辆分离信号S1、车辆轮胎及轮轴类型信号S2以及车辆收尾信号S3分由微处理器U1的(16、17、18)脚接入；12864显示电路的(4、5、6、18、19)控制引脚分别连接微处理器的(25、26、27、24、28)脚，显示电路的数据位(7-14)脚分别连接微处理器的(1-8)脚；数据传输模块U2的(9、10)脚分别连接微处理器的(14、15)脚；键盘控制模块采样7290芯片扩展键盘，控制引脚(19、20)脚分别连接微处理器的(22、23)脚；7920的(3、4、5、6、12、13、21、22)分别连接4×4键盘的8位。

3.根据权利要求1所述的基于石英称重传感器的智能仪表称重装置，其特征在于：内部含有AD转换模块。

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