CN207472406U - 一种基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，该装置采用便于快速安装和拆卸的传感器，以及可进行太阳能充电的双电源供电电路和可实时存储当前时间、电源电压、车速、车轴数量、每个车轴的轴重数据、轴距及车型分类等信息的SD卡存储电路。该装置具有传感器安装方便、更换简单的优点，可以有效提高装置的适用性。装置采用高能量密度的锂电池维持系统运行，无需外部电源供电，满足现场作业的要求；采用大容量SD卡进行测量数据的存储，实现系统的自动运行，无需人员在现场值守，降低载荷谱测试过程中的人力及物力消耗，有效的提高载荷谱测试的效率。

Description

一种基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，主要应用于交通运输领域动态测量过往车辆载荷。

背景技术

近年来，车辆超限超载运输越来越严重，该问题不仅损毁公路的基础设施，而且危害国民的生命财产，严重地影响我国的公路交通安全，准确获取车辆载荷谱对公路设计、施工及管理部门都有重要的作用。目前高速公路普遍安装了计重收费系统，通过该系统可以对高速公路的载荷谱进行统计分析。而对于大多数的国道及省道而言，目前尚未配备车辆称重设备，此类路段的载荷谱情况尚有待深入研究。

车辆称重设备根据安装方式分为固定式和便携式两种，固定式检测不可移动、造价高，且存在超载司机绕路逃避检查等问题，无法完全满足车辆载荷谱测试的需求；相对而言便携式称重设备安装方便，可以随时随地对道路上的可疑车辆进行处理，具有更广阔的应用前景。根据测量原理，车辆称重设备分为静态和动态检测两种方式。静态方式需要车辆静止在测量设备上，该方式精度高，但存在车辆检测速度慢的问题，尤其在车流量大的路段，容易造成道路拥挤。动态方式则可以在车辆动态行进中测量，安装和操作简便易行，因此这种方式具有测量效率高的优点，但测量精度会有所降低。综合检测速度、成本及检测精度等方面因素，便携式动态称重系统是发展趋势。随着国家对国道及省道交通运输现状关注度的逐步提升，开发适用于国道及省道应用条件的便携式高速动态称重系统势在必行。

目前已有的便携式动态称重系统多需要在地面上加工沟槽，在沟槽内布置相应的传感器，进而将沟槽填平封装，这种安装方式存在传感器安装不便的问题；另外，使用过程中如果传感器损坏，更换过程极为繁琐，不易实现。部分设备使用过程中需要外部供电，由于测试现场条件所限，有时外部电源无法提供，使得系统的使用受到限制；另外，部分设备在工作过程中需要专门的工作人员在现场操作，载荷谱数据测试过程中需要消耗大量的人力及物力，测试效率低。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型采用一种基于实时存储技术的便携式高速动态称重装置。该装置具有传感器安装方便、更换简单的优点，可以有效的提高装置的适用性。装置采用高能量密度的锂电池维持系统运行，无需外部电源供电，满足现场作业的要求；采用大容量SD卡进行测量数据的存储，实现系统的自动运行，无需人员在现场值守，降低载荷谱测试过程中的人力及物力消耗，有效的提高载荷谱测试的效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本装置采用的传感器为压电膜传感器，该传感器呈扁平长条状，实际使用过程中，为了便于安装，将传感器直接粘贴到道路表面。为了减少车辆碾过传感器的冲击对测量结果的影响，安装传感器时，在传感器前后增加缓冲过渡带。

传感器输出为电荷信号，首先送入信号处理电路进行处理，信号处理电路主要是进行信号放大及滤波处理。信号放大通过电荷放大电路实现，电荷放大电路包括两级放大电路：第一级将电荷信号转化为电压信号，第二级则通过精密仪表放大器将电压信号进一步放大处理，增大信号的幅值。

处理后的传感器信号，送入信号采集电路中进行采集，信号采集电路主要包括单片机及高速高精度模数转换芯片两部分。通过模数转换芯片将传感器输出的模拟信号转化为数字信号，为了提高采集速度，模数转换芯片与单片机之间采用并行传输方式，实现转换结果的快速传输。单片机根据接收的传感器信号，分析得到车速、车轴数量、每个车轴的轴重数据、轴距及车型分类等信息。信号采集电路具备温度采集功能，用于测量当前设备的工作温度。

为了实现无人值守功能，信号采集电路通过串口通讯的方式，将得到的信息送入SD卡存储电路中进行存储。SD卡存储电路主要包括SD卡管理芯片、实时时钟电路、电源电压采集电路及状态指示电路等部分，通过实时时钟电路及电源电压采集电路可以获取当前时间及供电电压等信息，这些信息可以与通过通讯获取的信息一同通过SD卡管理芯片存入SD卡中，为后续数据的分析提供参考。当供电电压过低时，SD卡存储电路会及时报警提示；另外，SD卡存储电路通过状态指示电路显示当前的状态，方便操作人员的使用。

整个系统的供电采用高能量密度的锂电池实现，锂电池具备太阳能充电功能，当电量减少时，可以自动充电，保证系统可以长期使用。装置在设计过程中采用低功耗的设计方式，采用的芯片都为低功耗芯片，通过上述方式实现了装置长航时运行，有效的提高了装置的使用时间。

本实用新型的有益效果是：

1) 本实用新型提出了一种新型便携式高速动态称重装置，该装置采用的传感器直接粘贴到道路表面，安装方式简单方便，可实现传感器的快速安装及更换，极大的方便了操作人员的使用及维护；

2) 整个装置采用高能量密度的锂电池供电，无需外部电源供电，极大的方便了现场的使用；当电池电量低时，通过太阳能充电装置及时为电池充电；此外，装置采用低功耗设计，通过上述措施实现长航时运行，有效的提高了装置的使用时间；

3) 装置可以得到当前时间、电源电压、车速、车轴数量、每个车轴的轴重数据、轴距及车型分类等信息，上述信息可以实时自动存入SD卡存储电路中，整个过程无需人员干预，实现了无人值守功能，可以有效提高装置的工作效率。

附图说明

图1为本装置的功能示意图；

图2（a）为一级电荷放大电路原理图，图2（b）为二级电荷放大电路原理图；

图3模数转换芯片原理图；

图4SD卡文件管理控制芯片原理图；

图5实时时钟电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种较佳的实施方式，附图1为本实用新型提出装置的主要功能示意图，装置主要包括4部分：传感器、信号处理电路、信号采集电路及SD卡存储电路。压电膜传感器输出电荷信号，首先通过电荷放大电路对信号进行放大，将电荷信号转化为电压信号，通过信号滤波电路对信号进行滤波处理，提高信噪比。信号处理电路采用双电源供电，通过电源芯片7805将输入的+12V电压转为+5V；通过线性电源K7812-1000R3将+12V电源转化为-12V，然后再通过7905将-12V转化为-5V。

经过放大及滤波处理后的信号送入信号采集电路的高速高精度模数转换芯片AD7606-8，将模拟信号转化为数字信号，并送入单片机Freescale S9S08DZ60中。单片机通过分析处理得到车速、车轴数量、每个车轴的轴重数据、轴距及车型分类等信息；此外，信号采集电路通过DS18B20芯片可以得到当前的环境温度信息；上述测试分析的结果都可以通过通讯电路传送至SD卡存储电路。

SD卡存储电路采用STC12C5A60S2单片机作为微处理器，该单片机通过并行方式与CH376专用文件管理控制芯片进行通信实现SD卡的读写控制；该电路采用PCF8563实时时钟芯片可以得到当前时间；通过电源电压采集电路得到当前蓄电池电压信息。信号采集电路发送的信息、当前时间及蓄电池电压同时存入SD卡，为后续分析提供参考。为了便于操作人员了解当前系统的状态，通过状态指示电路可以对当前的工作状态进行相应指示。

附图2为电荷放大电路原理图，该电路包括两级放大电路，图2（a）为第一级放大电路，该电路基于双JFET输入运算放大电路TL062设计，通过采用T型反馈电路得到更大增益，同时有效降低误差，通过第一级放大电路将传感器输出的电荷信号放大为电压信号。图2（b）为第二级放大电路，该电路采用精密仪表放大器AD620作为运放芯片，实现传感器信号的进一步放大。另外，装置使用过程中，传感器或放大芯片等可能使输出信号的零点出现负值，这将给后面的数据采集带来问题，为此，采用MC1403恒压源产生2.5V电压，将该电压送入AD620的5脚，将传感器输出信号的零点值调整为2.5V，这样消除零点为负值的情况。

附图3为高速高精度模数转换芯片原理图，装置采用8通道16位高速AD AD7606-8作为模数转换芯片，该芯片内嵌输入电压保护、采样保持放大器、数字滤波器、片内基准电压源及高速并行和串行接口等功能。为了提高数据采集的速度，单片机与模数转换芯片间采用并行方式进行数据传输，将芯片的并行接口DB[0：7]与单片机的一组8引脚I/O口相连，将PAR/SER/BYTE/SEL和DB15/BYTE SEL等引脚与逻辑高电平相连。此工作方式下各通道的转换结果，即高低位各8个位通过16个读脉冲信号得到。数据传输过程中FRSTDATA引脚会一直保持高电平，直到全部转换结果读取结束。

附图4为SD卡文件管理控制芯片原理图，CH376内置了处理海量存储设备的通讯协议固件，内置了SD卡的通讯接口固件，支持各种SD卡的读写访问。CH376支持三种通讯接口：8位并口、SPI接口或者异步串口，单片机可以通过任一种通讯接口控制CH376芯片，存取SD卡中的文件。本装置采用8位并口连接方式与单片机相连，以加快数据读写速度。为了实现并行传输，将芯片的WR和RD引脚连接至单片机的相应引脚，通过单片机的时序实现数据的读写，另外，将片选引脚PCS连接至低电平，让芯片始终处于工作状态。

附图5为实时时钟电路原理图，采用PCF8563实时时钟芯片，该芯片通过IIC总线与单片机通讯，传递时间信息。芯片的通讯接口连接至单片机的2个IO口，根据PCF8563的工作特点，模拟产生IIC时序，实现时间信息的有效传输。为了保证实时时钟芯片在系统断电时仍处于工作状态，除了利用系统电源供电外，额外增加了纽扣电池供电，当系统处于断电状态时，纽扣电池给芯片供电，保证其一直处于工作状态。

Claims (9)

1.一种基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其技术特征在于：包括压电膜传感器、信号处理电路、信号采集电路和SD卡存储电路，所述的压电膜传感器呈扁平长条状，可直接粘贴到道路表面，所述电路采用双电源供电，包括高能量密度的锂电池和太阳能电源充电装置。

2.根据权利要求1所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述信号处理电路采用两级放大结构，第一级放大电路基于双JFET输入运算放大电路TL062设计，第二级放大电路采用精密仪表放大器AD620作为运放芯片。

3.根据权利要求1所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述信号采集电路采用Freescale单片机作为微处理器，采用8通道16位高速ADAD7606-8作为模数转换芯片，单片机与模数转换芯片间采用并行方式进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述SD卡存储电路主要包括SD卡管理芯片电路、实时时钟电路、电源电压采集电路及状态指示电路等部分。

5.根据权利要求2所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述信号处理电路采用MC1403恒压源产生2.5V电压，与AD620的5脚连接，将传感器输出信号的零点值调整为2.5V。

6.根据权利要求3所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述信号采集电路通过DS18B20采集系统所处环境温度。

7.根据权利要求4所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述SD卡管理芯片电路采用CH376芯片作为文件管理控制芯片，采用8位并口连接方式将该芯片与单片机相连。

8.根据权利要求4所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述实时时钟电路采用PCF8563芯片得到当前时间，通过IIC总线实现单片机与PCF8563相连。

9.根据权利要求4所述的基于实时存储技术的便携式高速车辆动态称重装置，其特征在于：所述SD卡存储电路采集当前系统电源电压，当供电电压过低时，所述状态指示电路的报警灯会及时闪烁提示。