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

動態地磅稱重，即在非停車運動狀態下的稱 重。與停車狀態下的靜態稱重相比，其主要特點是 節省時間、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，同時對車輛運輸現代化管理也有較大的促進 作用。

目前較為流行的動態地磅稱重系統是軸重 稱量，既分別測出車輛各軸軸重，再由測試系統計 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，這給動態地磅稱重系統實 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，如何準確測出真實軸重，就 成為動態地磅稱重系統的技術難點和關鍵。本文 針對這些問題，從軟硬件著手來實現新型動態地磅稱重系統，目的就在于準確測出運動狀態下汽車的重量。

1.硬件系統結構

動態地磅稱重系統由上位工控機、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、模數轉換，以及實時數據處 理，同時將處理過的數據傳給上位工控機，由上位 工控機最終完成數據查詢、報表打印及實時監控等 工作。圖1為系統硬件組成結構圖。

該動態地磅稱重系統采用最新技術，以保證 系統具有高穩定性，高精度的特點，詳述如下：

選用了最新開發研制的、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調一致。

嵌入式稱重儀表是本動態地磅稱重系統
的最重要組成部分。其硬件核心由深圳研祥公司生
產的EC3-1371CLDN嵌入式平臺和北京中泰公司
生產的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，己滿足動態稱重
對A/D轉換精度和采樣速率的要求。

由于現場環境惡劣，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
控機還完成數據查詢、報表打印及實時監控等工
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
關電源。

2.軟件數據處理

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據處理方法來實現準確
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，從而出現重量轉移。此外，車輪不圓、地面 不平等原因，也會出現高度差，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， 脈沖幅度與出現時刻都是隨機的。

可見,軟件數據處理的任務,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。 在本系統設計中，首先對波形信號進行軟件濾

波。采用一價RC數字濾波法，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， 繼續對后續采樣信號進行判斷，當后續采樣信號向 下穿破稱重下限，表明采樣結束。在實際稱重過程 中，發現逐個判斷后續信號的方法容易受到干擾信 號的影響，將逐個判斷后續信號的方法改為判斷一 段后續信號，將20個后續信號求和后求平均，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地磅稱重系統 進行加載標定，表1給出了部分現場標定結果，其中 汽車空載重量為6557.2kg。

3.結束語

在本動態地磅稱重系統中，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，獲得令人滿意的結果。本動態地磅稱 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，從現場反饋信 息看，所設計的動態地磅稱重系統技術參數能 達到：在靜態模式下，誤差保持在d20kg內;在動 態模式下，車輛在15km/h左右的速度通過時，誤 差小于靜態時稱重值的丑（（軸重和總重），遠遠 優于國家動態衡標準。本動態地磅稱重系統主 要特性還包括：具有動、靜態兩種工作方式；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、統計。