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基于石英传感器的不停车检重收费系统设计
2019-10-14 08:51:28 来源:http://www.scalesh.com 作者:http://www.scalesh.com 【 】 浏览:0次 评论:0

0 引言

随着市场的不断繁荣,我国的公路建设日新月异。但与欧美发达国家相比,我国公路的使用效率和自动化水平仍存在着较大不足。因此,如何提升道路的使用效率,缓解拥挤问题对促进经济发展将会起到重要的作用。

在我国,货运车辆超载行驶现象时有发生,这不仅缩短了桥梁、公路等基础设施的使用寿命,而且带来了极大的安全隐患[1]。根据《关于明确收费公路车辆通行费征收政策的通知》,公路收费站将对货运车辆采用计重收费方式。但目前主流对货车的检重、收费方式多采用静态或低速检重,并进行人工收取费用[2]。这类计重、收费方式效率低下,特别是在高峰阶段极易造成收费站交通堵塞[3]

为解决上述现象,研究如何实现货运车辆的自动检重和收费系统对缓解收费站堵塞,提升车辆运行效率有着重要的实际意义。为此,设计了一套不停车检重收费系统。

在硬件设计方面,本文所设计的自动检重系统基于多组高精度阵列式压电石英传感器,以解决货运车辆急走、停,或S形行驶带来的问题,并采用上下位机搭建的方式实现系统的可扩展性。在软件系统设计方面,设计的系统基于LabVIEW虚拟仪器技术,实现了对检重结果的实时显示和存储以及对道路总载荷信息的总计和管理。

1 传感系统搭建

目前,主流应用在动态称重领域的传感器大体分为三种类型:称台式、弯板式和压电石英式。其中,压电石英式传感器利用石英晶体的压电效应而制成,更适用于车辆在快速通过时使用[4]。由于压电石英传感器宽度一般较窄,当货运车辆急走、停,或进行S形行驶将带来检重误差[5]。为解决这一问题,本系统将采用多组石英传感器交错布设的方案以综合计算出货车重量。货运车辆在实际行驶时的振动状态如图1所示。

图1 货车行驶过程中的振动状态

图1 货车行驶过程中的振动状态  下载原图

若当传感器在货车运行到C点时进行检重,则检重结果可真实反映车辆重量;若检重时货车状态处于B点,则检重结果高于真实值;运行到A点,则检重结果低于真实值。为提高精度,所设计的检重系统将采用三组奇石乐石英动态称重传感器,系统整体的安装方式如图2所示。

图2 检重系统传感器布置示意图

图2 检重系统传感器布置示意图  下载原图

图2中摄像头捕捉货车车牌信息,在液晶屏实时显示并上传到ETC系统[6]。在工程实施中相邻传感器间隔150cm。当货车运行到传感器A、B位置时记录一次数据;当货车运行到传感器B、C位置上时记录第二次数据。两组数据取均值后得到货运车辆重量。

2 自动检重系统搭建

在检重过程中,对石英传感器的测得信号进行算数平均滤波以获得更为准确的数据[7]。货车自动称重收费系统的硬件部分主要包括单片机及其外围电路,数据采集卡和外接显示屏。其中,单片机选用STM32F103C8T6。数据采集卡采用24位数模转换器CS5532。

系统在软件部分采用LabVIEW虚拟仪器技术编写上位机[8],主要的程序流程如图3所示。

图3 软件流程图

图3 软件流程图  下载原图

对于自动检重系统而言,除了对数据的滤波处理,还应包括对路面倾角的补偿。选用的传感器为SCA100T-D01型VTI高精度双轴倾角传感器。其具体过程为:

(1)每一个字节的采样在MOSI线上;

(2)在CSB上升沿时重新设定其中的计数器和指令寄存器;

(3)通过MISO向STM32输送数据;

(4)每150ms更新一次X通道和Y通道的加速度。

所得到数字量与真实角度的转换关系为:

其中,Dout为X或Y轴低8位数字输出量,Dinit为初始数值,Sens为芯片灵敏度,α为所得角度。根据三角函数关系,可得到真实电动自行车质量=所测得质量×cosα。此外,SCA100T-D01型传感器选用11位数字量输出的方式与STM32进行通信,传感器由额外的5V直流电源进行供电,VDD引脚和地脚使用100nF的电容进行滤波。

3 结语

我国公路、桥梁众多,研究如何提升车辆的运行效率,杜绝货运车辆的超载现象有着重要的实际意义。设计的此自动检重系统、收费系统结合了动态检重技术和ETC收费方式可有效缓解收费站的堵塞现象。此系统将不停车检重系统与ETC系统相结合,提高检重和车辆收费效率。在不停车检重系统的设计过程中,考虑到了行驶中车辆的振动问题,通过设计多组石英传感器的检重方式减小了测量误差。系统基于嵌入式开发方式节省了搭建成本,并通过外接显示屏,实现了检重过程中数据的实时显示。

Tags:地磅 责任编辑:admin
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