基于Small RTOS51的动态汽车称重仪表的设计

论文摘要

随着我国经济的腾飞,国家在交通建设上的投资也越来越大,仅山西省2008年交通建设投资规模就达220亿元。由于利益的驱使,各地车辆超限超载现象严重,导致对道路的破坏严重,甚至压断桥梁,阻断交通,造成了不可估计的经济损失。此类现象,不但导致公路桥梁使用寿命大大缩短,而且增加了国家在道路维修上的费用,造成了巨大浪费。为此安装汽车衡对车辆加以计量和限载,可以有效控制超载。此外,利用汽车衡的监测结果,可以有效评估公路、桥梁的服役安全状态。在众多汽车衡中,动态汽车衡作为一种有效的车辆计量与超载管理手段,由于其称重过程简单、精度较高,且不易阻塞交通等优点,已经为国家采用,并取得了很好的效果。动态汽车衡中的关键部分是动态称重仪表,又称动态称重系统,它是一种软硬件结合的平台。动态称量精度、汽车的通过速度是其性能指标中最重要的,它标志着公路动态称重系统的技术水平的高低。动态汽车称重系统在我国已有多年的发展。其核心技术一称重仪表的研究与开发格外受人关注。纵观前人的研究,有的用PC机或DSP作为硬件平台,有的用嵌入式LINUX操作系统做系统支持。这些方法要么成本过高,要么技术上实现困难。且由于缺乏对影响汽车动态称重的干扰因素作系统分析,未对检测信号作深层次的处理,因此检测精度和汽车通过速度的问题一直未能得到很好地解决。本文首先对称重本体——汽车的运动状态和动力特性进行了深入的分析与研究,并得出这样一个结论:汽车的振动是影响动态称重效果的关键因素,要想使静态轴载比较准确的反映出来就必须根据振动产生的原因有效的减缓和消除振动。其次对采样数据进行了分析,选择有效的采样数据区域。动态称量时,轮轴通过称重台面过程中,由于上下秤台时以及经过秤台表面时的抖动所带来的干扰,导致很多采样值大大偏离轮轴重量的真实值。这样系统采集到的数据不仅有真实轴重数据,还有轮轴没有完全驶入称重台面时采集到的无效数据。为了提高计算精度,必须去除此类无效数据。接下来在研究了多种方案后提出了一种FIR算法有效地解决了称重精度的问题。将截取后的有效数据进行FIR数字滤波,这样就有效的消除了由于汽车振动而引起的干扰信号。这里还重点讲述了FIR算法的基本原理,推导了其中所有的重要公式,并且对几种窗函数做了比较,阐明了加窗函数对结果的影响。在这里还给出了实现FIR算法的结构图。最后根据实际需要了设计硬件电路。包括数据单片机外围电路的设计、数据采集电路的设计、数据通讯电路的设计、显示电路的设计、键盘电路设计和看门狗电路设计。并设计了基于Small RTOS51嵌入式操作系统的软件系统,用C语言实现了称重算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景与意义
• 1.2 课题研究的对象与研究现状
• 1.2.1 国内外研究技术背景
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.2.3 本课题的主要工作和技术方案
• 1.3 本文的结构安排
• 第二章 动态称重原理与汽车运动状态分析
• 2.1 汽车动态称重系统的原理和特点
• 2.1.1 汽车动态称重系统的原理
• 2.1.2 汽车动态称重系统的特点
• 2.2 汽车运动状态及动力特性分析
• 2.2.1 汽车整体运动分析
• 2.2.2 汽车振动分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 动态称重数据的处理
• 3.1 有效采样数据的选取
• 3.1.1 采样波形特点
• 3.1.2 有效数据的选取
• 3.2 FIR 数据滤波算法的实现
• 3.2.1 线性相位滤波器应满足的条件
• 3.2.2 FIR 滤波器的窗函数设计法
• 3.2.3 FIR 算法实现结构图
• 3.3 称重数据的处理
• 3.3.1 FIR 窗函数的选择
• 3.3.2 滤波阶次与截止频率的选择
• 3.3.3 结果仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统的硬件开发与实现
• 4.1 系统硬件的实现方案
• 4.2 单片机的选用
• 4.3 外围电路模块的设计
• 4.3.1 电源模块设计
• 4.3.2 信号采集模块设计
• 4.3.3 显示模块设计
• 4.3.4 通讯模块设计
• 4.3.5 键盘电路设计
• 4.3.6 看门狗电路设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的软件开发与实现
• 5.1 嵌入式实时操作系统及SMALL RT0551
• 5.1.1 嵌入式实时系统
• 5.1.2 实时操作系统
• 5.1.3 Small RT0551
• 5.2 系统应用软件的实现
• 5.2.1 系统的配置
• 5.2.2 系统软件的主函数的实现
• 5.2.3 系统任务的划分与实现
• 5.3 系统中断的处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文