车辆动态称重仪表的设计

论文摘要

随着近些年来的我国高速公路的不断发展,道路通行费的征收需要更合理和透明的计费方式,另外,公路管理部门也急需对超限超载车辆进行有效治理的手段和设备,因此,车辆的重量就成为进行收费和治理的主要依据,能达到少载少收、多载多收和过载处罚的管理目的。目前国内高速公路车辆称重手段主要为两种:车辆静态称重和车辆动态称重。静态称重的方式为路政管理人员让疑似超重车辆进入专门的称重站进行称重。车辆轮胎作用在静态称重承载器上的力正好与静态车辆向下的地心引力相等,车辆的整车重量可以通过检测元件测量并显示在仪表上。虽然车辆静态称重系统的性能指标满意、技术简单和测量准确,但是,由于秤台体积大、路面损害严重、测量效率低、人员消耗大等因素,容易造成实现困难和交通不畅的影响,难以发挥高速公路的优越性和提高其使用效率。车辆动态称重的方式为被称车辆在运动状态中通过体积较小的动态秤台进行不停车称重,其能够克服车辆静态称重带来的不利影响,还能方便地实现对轴重超限、车重超载的治理和计重收费的目的,目前,车辆动态称重已经是公路上,进行车重测量的主要手段和发展方向。但是,称重系统处于动态变化之中,影响动态称重精度的因素较多,例如,车辆速度、秤台宽度、车辆加速度、车辆振动、路面不平度等。这些因素都势必降低测量精度,造成测量结果误差大和不准确,导致超限超载检测及计重收费不具有很强的说服力和广泛的公信度,因此,在现有车辆动态称重系统的基础上,提高车辆动态称重精度的研究和相应检测仪表的开发设计,具有重要的理论和实际意义。本文首先介绍公路超载严重导致的不良影响,说明使用车辆动态称重系统的重要性和迫切性,并讨论目前车辆动态称重的技术现状,指出动态称重的精度和称重仪表的设计开发为本课题研究的对象;然后,详细介绍车辆动态称重系统的组成及其工作原理,并详细的说明车辆动态称重系统的工作过程,同时,还以车辆动态称重系统中的核心部件（电阻应变式称重传感器）作为分析对象,介绍其安装方式、工作原理和测量电路;针对车辆动态称重系统的本体——被称车辆,分析了车辆的运动特性分析、动态称重系统的振动特性分析以及称重传感器的动态特性分析,并为其建立数学模型和推导传递函数;然后,针对动态称重仪表的特点,详细介绍其硬件电路的组成和外围电路的设计,并对信号采集电路进行软硬件抗干扰设计,给出信号采集电路的性能测试方法和结果;最后,在仪表硬件电路的基础上,结合车辆动态称重的工作过程,将软件模块化为操作系统下的任务,并详细介绍基于μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统,动态称重仪表软件设计的方法和过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 课题研究的对象
• 1.3 课题研究的现状
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 车辆动态称重系统的原理
• 2.1 车辆动态称重系统的组成
• 2.1.1 动态称重衡
• 2.1.2 车辆分离器
• 2.1.3 车辆轮轴识别器
• 2.1.4 地感检测器
• 2.2 车辆动态称重系统的工作过程
• 2.3 称重传感器的工作原理
• 2.3.1 电阻应变式传感器
• 2.3.2 悬臂梁式称重传感器
• 2.3.3 惠斯通电桥电路
• 2.4 本章小结
• 第三章 称重系统的动态特性分析
• 3.1 车辆运动特性分析
• 3.1.1 车辆运动分析
• 3.1.2 车辆振动分析
• 3.2 称重传感器的动态特性分析
• 3.2.1 称重传感器的动态特性
• 3.2.2 数学模型和传递函数
• 3.3 本章小结
• 第四章 动态称重仪表的硬件设计
• 4.1 硬件电路的组成
• 4.2 微控制器的选型与特性
• 4.2.1 微控制器的选型
• 4.2.2 微控制器的特性及单元电路
• 4.3 外围电路设计
• 4.3.1 电源电路设计
• 4.3.2 采集电路设计
• 4.3.3 显示电路设计
• 4.3.4 通信电路设计
• 4.3.5 键盘电路设计
• 4.4 信号采集电路抗干扰设计
• 4.4.1 采集电路的硬件抗干扰设计
• 4.4.2 采集电路的软件抗干扰设计
• 4.4.3 采集电路的温度性能测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 动态称重仪表的软件设计
• 5.1 实时操作系统μC/OS-Ⅱ的特点及结构
• 5.1.1 嵌入式操作系统简介
• 5.1.2 实时操作系统μC/OS-Ⅱ的特点
• 5.1.3 实时操作系统μC/OS-Ⅱ的系统结构
• 5.1.4 选择μC/OS-Ⅱ的原因
• 5.2 实时操作系统μC/OS-Ⅱ的任务管理
• 5.2.1 任务及其优先级
• 5.2.2 任务控制块
• 5.2.3 任务间的通信与同步
• 5.3 应用软件的设计与实现
• 5.3.1 实时操作系统的配置
• 5.3.2 系统软件的主函数的实现
• 5.3.3 系统任务的实现
• 5.4 系统中断的设计
• 5.4.1 系统中断的处理
• 5.4.2 称重信号采集中断处理
• 5.4.3 串口通信接收中断处理
• 5.5 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