針對目前現有動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重誤差大等問(wèn)題，提出了一種新型動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重系統的實(shí)現方法，該稱(chēng)重系 統在基于Intel x86硬件平臺和linux操作系統的基礎上設計實(shí)現的。同時(shí)分析了產(chǎn)生稱(chēng)重誤差的根本原因，采用了 數字信號處理手段來(lái)提高動(dòng)態(tài)地磅的稱(chēng)重精度?，F場(chǎng)測試數據分析表明，該新型動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統技術(shù)指標優(yōu) 于國家動(dòng)態(tài)衡標準。

動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重，即在非停車(chē)運動(dòng)狀態(tài)下的稱(chēng) 重。與停車(chē)狀態(tài)下的靜態(tài)稱(chēng)重相比，其主要特點(diǎn)是 節省時(shí)間、效率高，使得稱(chēng)重時(shí)不至于造成對正常 交通的干擾。這對公路建設與管理有著(zhù)極為重要的 意義，同時(shí)對車(chē)輛運輸現代化管理也有較大的促進(jìn) 作用。

目前較為流行的動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統是軸重 稱(chēng)量，既分別測出車(chē)輛各軸軸重，再由測試系統計 算出整車(chē)重量。當汽車(chē)以一定的速度通過(guò)稱(chēng)重臺面 時(shí)，不僅輪胎對臺面的作用時(shí)間很短在幾百毫秒 以?xún)龋?，而且作用在臺面上的力除真實(shí)軸重外，還有 許多因素產(chǎn)生的干擾力，如車(chē)速、車(chē)輛自身諧振、路 面激勵、輪胎驅動(dòng)等，這給動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統實(shí) 現高精度測量造成很大困難。因此，在外界隨機不 確定的干擾力作用下，如何準確測出真實(shí)軸重，就 成為動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵。本文 針對這些問(wèn)題，從軟硬件著(zhù)手來(lái)實(shí)現新型動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統，目的就在于準確測出運動(dòng)狀態(tài)下汽車(chē)的重量。

1.硬件系統結構

動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統由上位工控機、嵌入式稱(chēng) 重儀表、接線(xiàn)盒、稱(chēng)重傳感器及機械稱(chēng)重臺面組成。 當汽車(chē)按照一定的速度通過(guò)稱(chēng)重臺面時(shí)，安裝在臺 面上的稱(chēng)重傳感器將壓力信號轉換為微弱電信號， 經(jīng)接線(xiàn)盒傳遞給嵌入式稱(chēng)重儀表，由稱(chēng)重儀表完成 電信號的放大、濾波、模數轉換，以及實(shí)時(shí)數據處 理，同時(shí)將處理過(guò)的數據傳給上位工控機，由上位 工控機最終完成數據查詢(xún)、報表打印及實(shí)時(shí)監控等 工作。圖1為系統硬件組成結構圖。

該動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統采用最新技術(shù)，以保證 系統具有高穩定性，高精度的特點(diǎn)，詳述如下：

選用了最新開(kāi)發(fā)研制的、成熟的高精度稱(chēng)重 傳感器。該傳感器將重量轉換為毫伏級的電壓信 號、溫漂小、性能穩定、精度可達0.01%。

為了提高所采集的信號在傳輸過(guò)程中的可 靠性，并簡(jiǎn)化系統結構，在四個(gè)傳感器測量頭之間 加了一個(gè)接線(xiàn)盒。由于傳感器的額定輸出及輸出阻 抗等參數在制造上不可能做到完全一致，因此實(shí)際應用時(shí)可能產(chǎn)生角差。通過(guò)調節接線(xiàn)盒中相應的電位器來(lái)調整角差，從而保證了多路傳感器間的基準協(xié)調一致。

嵌入式稱(chēng)重儀表是本動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統
的最重要組成部分。其硬件核心由深圳研祥公司生
產(chǎn)的EC3-1371CLDN嵌入式平臺和北京中泰公司
生產(chǎn)的PM516多功能數據采集卡組成。EC3-
1371CLDN是一塊基于Intel 386SX微處理器的嵌
入式平臺，可以裝載嵌入式Linux操作系統，同時(shí)它
還具有非常豐富的外圍設備，足以滿(mǎn)足稱(chēng)重儀表的
功能要求。PM516多功能數據采集卡A/D轉換精度
為12位，最大采樣頻率為75kHz，己滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)稱(chēng)重
對A/D轉換精度和采樣速率的要求。

由于現場(chǎng)環(huán)境惡劣，因此采用抗干擾極強
的工控機作為上位機。并通過(guò)Win32 API實(shí)現上位
工控機與嵌入式稱(chēng)重儀表之間的通訊，同時(shí)上位工
控機還完成數據查詢(xún)、報表打印及實(shí)時(shí)監控等工
作。

由于該系統引入了模塊化的設計理念，各
模塊間功能相對獨立，便于系統維護。

為了提高該系統的抗干擾性能，模擬和數
字供電部分分別采用了高精度直流穩壓電源和開(kāi)
關(guān)電源。

2.軟件數據處理

為了提高技術(shù)指標，除了硬件設備的保障外，
關(guān)鍵是采用良好的軟件數據處理方法來(lái)實(shí)現準確
的稱(chēng)重。圖2是一輛三軸汽

車(chē)通過(guò)秤臺時(shí)的波形圖，A、

B、C分別表示該車(chē)前軸、后
軸1、后軸2通過(guò)秤臺的波
形輸出。

如圖2中A、B、C所示，

設:m t)是反映汽車(chē)某軸軸
重的一個(gè)真實(shí)信號，（t)是
伴隨此真實(shí)信號的噪聲，故
測得稱(chēng)重信號x t)可表示

式3)中，噪聲分量q是由兩部分因素組成：1)行 進(jìn)中的汽車(chē)自身處于一種低頻振動(dòng)，其頻率與載重 有關(guān)，約為5—10Hz; 2)稱(chēng)重臺面的機械部分，由于 汽車(chē)通過(guò)臺面及鄰近地面也會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)，其頻率與 臺面的機械結構參數有關(guān)，約為20—35Hz。噪聲分量 f)是由稱(chēng)重傳感器的應變片在汽車(chē)通過(guò)時(shí)，因承壓 產(chǎn)生彈性形變造成的。當汽車(chē)通過(guò)稱(chēng)重臺面時(shí)，前后 輪軸出現高度差，造成汽車(chē)的軸重在4個(gè)傳感器上 分配不均，從而出現重量轉移。此外，車(chē)輪不圓、地面 不平等原因，也會(huì )出現高度差，從而造成重量轉移而 引起測量誤差。由此可見(jiàn)，噪聲分量q具有正弦波 形狀，相位為隨機變量。噪聲分量f具有脈沖形狀， 脈沖幅度與出現時(shí)刻都是隨機的。

可見(jiàn),軟件數據處理的任務(wù),就是從測得的波形 信號中檢測出行進(jìn)中汽車(chē)某軸軸重的真實(shí)值M。 在本系統設計中，首先對波形信號進(jìn)行軟件濾

波。采用一價(jià)RC數字濾波法，濾掉噪聲分量q。然 后進(jìn)行復合濾波法，即先用中值濾波原理濾除由于 脈沖干擾引起誤差的采樣值，再將剩余的采樣值進(jìn) 行遞推算術(shù)平均，從而濾掉噪聲分量卩，其原理可表 示為：

xi2< A?，且 3 14 則 y= x2+x3+Axn-1)% n-2) ( 4)

式中xPx2，， 檢測信號；

y——本次采樣的有效值。

其次，對濾波后的波形信號進(jìn)行實(shí)時(shí)數據處理。 其數據處理部分采用"重量帶"判斷法。具體方法為: 首先設置一個(gè)稱(chēng)重信號判斷上限與下限，采樣信號 大于此上限，表明有汽車(chē)通過(guò)臺面，形成一判斷帶， 繼續對后續采樣信號進(jìn)行判斷，當后續采樣信號向 下穿破稱(chēng)重下限，表明采樣結束。在實(shí)際稱(chēng)重過(guò)程 中，發(fā)現逐個(gè)判斷后續信號的方法容易受到干擾信 號的影響，將逐個(gè)判斷后續信號的方法改為判斷一 段后續信號，將20個(gè)后續信號求和后求平均，再利 用上述方法進(jìn)行判斷。此方法可避免振蕩對判斷的 影響，最大限度地避免誤判，并且此判斷法具有編程 簡(jiǎn)單、計算量小、響應速度快、適應性強等特點(diǎn)。

通過(guò)汽車(chē)和標準砝碼給此動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統 進(jìn)行加載標定，表1給出了部分現場(chǎng)標定結果，其中 汽車(chē)空載重量為6557.2kg。

3.結束語(yǔ)

在本動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統中，采用嵌入式平臺 結合新型的數據采集卡，并根據實(shí)際采樣波形，設 計特殊的數據處理方法，從而完成高速、高精度的 數據處理，獲得令人滿(mǎn)意的結果。本動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng) 重系統先后已在寧夏鹽池高速公路收費站，江蘇 江都高速公路收費站等投入使用，從現場(chǎng)反饋信 息看，所設計的動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統技術(shù)參數能 達到：在靜態(tài)模式下，誤差保持在d20kg內;在動(dòng) 態(tài)模式下，車(chē)輛在15km/h左右的速度通過(guò)時(shí)，誤 差小于靜態(tài)時(shí)稱(chēng)重值的丑（（軸重和總重），遠遠 優(yōu)于國家動(dòng)態(tài)衡標準。本動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重系統主 要特性還包括：具有動(dòng)、靜態(tài)兩種工作方式；自動(dòng) 判別車(chē)輛類(lèi)型；自動(dòng)將所測量的車(chē)輛重量與存儲 的資料相比較來(lái)確定車(chē)輛是否超重；資料自動(dòng)存 儲以便檢索、統計。