張從力，史記征，陳增江

(1.重慶大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，重慶400030;2.重慶長(zhǎng)安跨越車(chē)輛有限公司，重慶 萬(wàn)州404040)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，貨物運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)也在不斷擴(kuò)大，然而，測(cè)量貨車(chē)實(shí)際載重量一直是困擾貨車(chē)司機(jī)和供貨商的一大難題。雖然可以通過(guò)地磅稱(chēng)量貨車(chē)貨物的重量，然而對(duì)于去農(nóng)村或山區(qū)收購(gòu)農(nóng)產(chǎn)品的大型貨車(chē)來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是不可能實(shí)現(xiàn)的。本文基于此種考慮，設(shè)計(jì)了一種車(chē)載靜態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)。在貨車(chē)上安裝車(chē)載靜態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)之后，無(wú)論是集裝箱貨物還是散裝貨物，不用過(guò)磅，其重量可通過(guò)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)立刻顯示在顯示屏上，并可根據(jù)需要，隨時(shí)打印出稱(chēng)量的結(jié)果。

1 靜態(tài)貨車(chē)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

靜態(tài)貨車(chē)車(chē)身自帶稱(chēng)重系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)處理單元、稱(chēng)重傳感器、傾角傳感器以及其他外圍器件組成［1］。數(shù)據(jù)處理單元采用AT89C52 單片機(jī)芯片，安裝在駕駛室內(nèi)，是整個(gè)稱(chēng)重系統(tǒng)的核心;稱(chēng)重傳感器和傾角傳感器安裝在車(chē)廂與底盤(pán)之間。當(dāng)車(chē)輛靜止時(shí)，由傳感器采集4 路載重信息，經(jīng)單片機(jī)處理后存儲(chǔ)車(chē)輛載重信息并將其顯示在液晶顯示屏上，然后移動(dòng)車(chē)輛多次，數(shù)據(jù)處理單元將顯示和存儲(chǔ)每次的稱(chēng)重結(jié)果，并求其平均值作為最終車(chē)載貨物的重量。移動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行多次測(cè)量的目的是為了盡量減少各種干擾對(duì)測(cè)量精度的影響。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

稱(chēng)重系統(tǒng)的原理框圖如圖1 所示［2］。

圖1 稱(chēng)重系統(tǒng)原理圖Fig 1 Principle diagram of weighing system

傾角傳感器用來(lái)測(cè)量貨車(chē)相對(duì)于水平地面的傾斜角，其安裝目的是為了減少地面不平整對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響;4 只壓力傳感器用來(lái)采集貨物的重量信息;顯示屏用來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果;指示燈用來(lái)顯示車(chē)輛是否過(guò)載;按鍵是用來(lái)確定貨物的測(cè)量次數(shù)，即貨車(chē)移動(dòng)次數(shù)，按鍵一旦按下，其值將被保存，以便最后求平均值，默認(rèn)情況下測(cè)量一次;擴(kuò)展接口是用來(lái)接打印機(jī)等外部設(shè)備。

2.1 傳感器的選擇

傾角傳感器采用普通傳感器即可滿(mǎn)足要求，其安裝目的是為了盡量消除地面不平整對(duì)測(cè)量精度造成的影響。稱(chēng)重傳感器采用壓力傳感器，壓力傳感器主要有整體多柱式、低型面平臺(tái)式、低型面彎曲梁式、單懸臂式、雙懸臂式和S型拉壓式等。

在以上各種壓力傳感器中，通過(guò)對(duì)比它們的特點(diǎn)，結(jié)合本系統(tǒng)的要求，選用雙懸臂式傳感器。因?yàn)殡p懸臂式傳感器抗壓力能力強(qiáng)、承重能力大、抗側(cè)向沖擊能力強(qiáng)，并且易于安裝［3，4］。

2.2 傳感器的安裝位置

本方案中，在車(chē)輛底盤(pán)的周?chē)惭b4 只壓力傳感器。傳感器的安裝位置與方法如圖2 所示。

圖2 傳感器安裝位置示意圖Fig 2 Sketch map of sensor installation position

2.3 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

2.3.1 信號(hào)的采集

當(dāng)車(chē)廂裝有貨物時(shí)，壓力傳感器會(huì)發(fā)生形變，從而導(dǎo)致傳感器輸出電壓的變化，系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)傳感器輸出電壓的變化可以間接地測(cè)量出車(chē)廂內(nèi)貨物的重量。由于傳感器的機(jī)械變形量很小，所以，傳感器輸出電壓的變化量ΔU 非常小，在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換之前，ΔU 需要經(jīng)過(guò)高精度的放大電路進(jìn)行放大，然后進(jìn)入微處理器進(jìn)行處理。信號(hào)放大功能由放大器AD620 完成［5］。電路連接圖如圖3 所示。

2.3.2 信號(hào)的處理

經(jīng)AD620 放大后的電信號(hào)為1～5 V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，但仍為模擬信號(hào)，單片機(jī)的CPU 不能直接對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理。需要對(duì)其進(jìn)行整形、濾波，然后經(jīng)ADC0809 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809 是CMOS 單片型8 位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有一個(gè)8 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為130 μs，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求?？刂破鞑捎肁T89C52 單片機(jī)，它的工作電壓較低、性能優(yōu)良，片內(nèi)含有通用的8 位中央處理器、256B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和8 kB 可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)［6］。

圖3 信號(hào)放大電路圖Fig 3 Circuit diagram of signal amplification

單片機(jī)對(duì)ADC0809 的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果就是車(chē)廂內(nèi)貨物的重量，同時(shí)，將處理結(jié)果在液晶屏上進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)中用YLF12232F 作為顯示屏，YLF12232F 液晶屏內(nèi)置有 8192 個(gè) 16 ×16 點(diǎn)漢字庫(kù)和128 個(gè)16 ×8 點(diǎn) ASCII 字符集圖形點(diǎn)陣，它主要由行、列驅(qū)動(dòng)器和128 ×32 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？蓪?shí)現(xiàn)圖形、漢字的顯示，與控制器接口既可以采用并行連接，也可以采用串行連接。ADC0809，YLF12232F 與控制器的連接電路圖如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)總電路圖Fig 4 Overall circuit diagram of system

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要完成傾斜角度計(jì)算、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和稱(chēng)量結(jié)果顯示等功能。程序用面向工程的C51 語(yǔ)言編寫(xiě)。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)象是重慶長(zhǎng)安跨越車(chē)輛有限公司生產(chǎn)的SC1022BB13D1.0MT FA 輕型貨車(chē)，其額定載重量為1.3 tf。采用100，50，10 kgf/袋沙子為載重單位，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

圖5 數(shù)據(jù)處理程序流程圖Fig 5 Flow chart of data processing program

表1 部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab 1 Partial experimental results

從表中可以看出:誤差一直保持在0.5kgf以?xún)?nèi)，說(shuō)明系統(tǒng)基本上能滿(mǎn)足貨車(chē)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的要求。如果所需測(cè)量結(jié)果的精度要求較高，可以多次移動(dòng)車(chē)輛，控制系統(tǒng)將顯示并保存每次的測(cè)量結(jié)果，并將其平均值計(jì)算出來(lái)并顯示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從實(shí)際需要出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種車(chē)載靜態(tài)稱(chēng)重裝置，該系統(tǒng)可以安裝在各種不同類(lèi)型的載貨汽車(chē)上，并可根據(jù)車(chē)型的最大載重量不同選擇不同的傳感器型號(hào)，使貨車(chē)在沒(méi)有地磅的情況下可以隨時(shí)隨地測(cè)量其載貨量，同時(shí)也避免了多次測(cè)量貨物重量再裝車(chē)所造成的誤差。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，當(dāng)貨車(chē)超載時(shí)，指示燈將變成紅色，但也可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)貨車(chē)超載時(shí)，可以限制車(chē)輛的啟動(dòng)。

［1］ 林 穎，李文舉，常永貴，等.基于ARM 的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2008(3):28 －30.

［2］ 李正軍.一種汽車(chē)載體自動(dòng)稱(chēng)重裝置的研究［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2009(8):95 －98.

［3］ 冉文東.車(chē)用傳感器組件及解決方案［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009(6):23 －24.

［4］ 郁有文，常 健，程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

［5］ 余祖俊.微機(jī)檢測(cè)與控制應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:北京交通大學(xué)出版社，2001.

［6］ 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］.2 版.北京:清華大學(xué)出版社，2004.