針對目前現(xiàn)有動態(tài)地磅稱重誤差大等問題，提出了一種新型動態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，該稱重系 統(tǒng)在基于Intel x86硬件平臺和linux操作系統(tǒng)的基礎上設計實現(xiàn)的。同時分析了產生稱重誤差的根本原因，采用了 數(shù)字信號處理手段來提高動態(tài)地磅的稱重精度。現(xiàn)場測試數(shù)據分析表明，該新型動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)技術指標優(yōu) 于國家動態(tài)衡標準。

動態(tài)地磅稱重，即在非停車運動狀態(tài)下的稱 重。與停車狀態(tài)下的靜態(tài)稱重相比，其主要特點是 節(jié)省時間、效率高，使得稱重時不至于造成對正常 交通的干擾。這對公路建設與管理有著極為重要的 意義，同時對車輛運輸現(xiàn)代化管理也有較大的促進 作用。

目前較為流行的動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)是軸重 稱量，既分別測出車輛各軸軸重，再由測試系統(tǒng)計 算出整車重量。當汽車以一定的速度通過稱重臺面 時，不僅輪胎對臺面的作用時間很短在幾百毫秒 以內），而且作用在臺面上的力除真實軸重外，還有 許多因素產生的干擾力，如車速、車輛自身諧振、路 面激勵、輪胎驅動等，這給動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)實 現(xiàn)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，如何準確測出真實軸重，就 成為動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)的技術難點和關鍵。本文 針對這些問題，從軟硬件著手來實現(xiàn)新型動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)，目的就在于準確測出運動狀態(tài)下汽車的重量。

1.硬件系統(tǒng)結構

動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)由上位工控機、嵌入式稱 重儀表、接線盒、稱重傳感器及機械稱重臺面組成。 當汽車按照一定的速度通過稱重臺面時，安裝在臺 面上的稱重傳感器將壓力信號轉換為微弱電信號， 經接線盒傳遞給嵌入式稱重儀表，由稱重儀表完成 電信號的放大、濾波、模數(shù)轉換，以及實時數(shù)據處 理，同時將處理過的數(shù)據傳給上位工控機，由上位 工控機最終完成數(shù)據查詢、報表打印及實時監(jiān)控等 工作。圖1為系統(tǒng)硬件組成結構圖。

該動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)采用最新技術，以保證 系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性，高精度的特點，詳述如下：

選用了最新開發(fā)研制的、成熟的高精度稱重 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(wěn)定、精度可達0.01%。

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

嵌入式稱重儀表是本動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)
的最重要組成部分。其硬件核心由深圳研祥公司生
產的EC3-1371CLDN嵌入式平臺和北京中泰公司
生產的PM516多功能數(shù)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(tǒng)，同時它
還具有非常豐富的外圍設備，足以滿足稱重儀表的
功能要求。PM516多功能數(shù)據采集卡A/D轉換精度
為12位，最大采樣頻率為75kHz，己滿足動態(tài)稱重
對A/D轉換精度和采樣速率的要求。

由于現(xiàn)場環(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Win32 API實現(xiàn)上位
工控機與嵌入式稱重儀表之間的通訊，同時上位工
控機還完成數(shù)據查詢、報表打印及實時監(jiān)控等工
作。

由于該系統(tǒng)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(tǒng)維護。

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

2.軟件數(shù)據處理

為了提高技術指標，除了硬件設備的保障外，
關鍵是采用良好的軟件數(shù)據處理方法來實現(xiàn)準確
的稱重。圖2是一輛三軸汽

車通過秤臺時的波形圖，A、

B、C分別表示該車前軸、后
軸1、后軸2通過秤臺的波
形輸出。

如圖2中A、B、C所示，

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

式3)中，噪聲分量q是由兩部分因素組成：1)行 進中的汽車自身處于一種低頻振動，其頻率與載重 有關，約為5—10Hz; 2)稱重臺面的機械部分，由于 汽車通過臺面及鄰近地面也會產生振動，其頻率與 臺面的機械結構參數(shù)有關，約為20—35Hz。噪聲分量 f)是由稱重傳感器的應變片在汽車通過時，因承壓 產生彈性形變造成的。當汽車通過稱重臺面時，前后 輪軸出現(xiàn)高度差，造成汽車的軸重在4個傳感器上 分配不均，從而出現(xiàn)重量轉移。此外，車輪不圓、地面 不平等原因，也會出現(xiàn)高度差，從而造成重量轉移而 引起測量誤差。由此可見，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(xiàn)時刻都是隨機的。

可見,軟件數(shù)據處理的任務,就是從測得的波形 信號中檢測出行進中汽車某軸軸重的真實值M。 在本系統(tǒng)設計中，首先對波形信號進行軟件濾

波。采用一價RC數(shù)字濾波法，濾掉噪聲分量q。然 后進行復合濾波法，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 行遞推算術平均，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行實時數(shù)據處理。 其數(shù)據處理部分采用"重量帶"判斷法。具體方法為: 首先設置一個稱重信號判斷上限與下限，采樣信號 大于此上限，表明有汽車通過臺面，形成一判斷帶， 繼續(xù)對后續(xù)采樣信號進行判斷，當后續(xù)采樣信號向 下穿破稱重下限，表明采樣結束。在實際稱重過程 中，發(fā)現(xiàn)逐個判斷后續(xù)信號的方法容易受到干擾信 號的影響，將逐個判斷后續(xù)信號的方法改為判斷一 段后續(xù)信號，將20個后續(xù)信號求和后求平均，再利 用上述方法進行判斷。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 簡單、計算量小、響應速度快、適應性強等特點。

通過汽車和標準砝碼給此動態(tài)地磅稱重系統(tǒng) 進行加載標定，表1給出了部分現(xiàn)場標定結果，其中 汽車空載重量為6557.2kg。

3.結束語

在本動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)中，采用嵌入式平臺 結合新型的數(shù)據采集卡，并根據實際采樣波形，設 計特殊的數(shù)據處理方法，從而完成高速、高精度的 數(shù)據處理，獲得令人滿意的結果。本動態(tài)地磅稱 重系統(tǒng)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(xiàn)場反饋信 息看，所設計的動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)技術參數(shù)能 達到：在靜態(tài)模式下，誤差保持在d20kg內;在動 態(tài)模式下，車輛在15km/h左右的速度通過時，誤 差小于靜態(tài)時稱重值的丑（（軸重和總重），遠遠 優(yōu)于國家動態(tài)衡標準。本動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)主 要特性還包括：具有動、靜態(tài)兩種工作方式；自動 判別車輛類型；自動將所測量的車輛重量與存儲 的資料相比較來確定車輛是否超重；資料自動存 儲以便檢索、統(tǒng)計。