專利名稱：用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，適用于鐵路貨運(yùn)、輪船碼頭、礦場(chǎng)等需要計(jì)量的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
裝載機(jī)是貨車車廂貨物裝載的主要機(jī)械，在全國(guó)鐵路運(yùn)輸中占重要地位，然而由于裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作程序多，動(dòng)作時(shí)間短，工作環(huán)境惡劣，要在動(dòng)態(tài)情況下瞬時(shí)而準(zhǔn)確稱重，難度較大。已有技術(shù)中，對(duì)裝載機(jī)自動(dòng)稱重的研究主要以理論建模和分析為主，對(duì)于實(shí)際的稱重裝置，由于數(shù)學(xué)模型的建立，以及電路設(shè)計(jì)方面存在較大的問題，在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)誤差較大，穩(wěn)定性較低，不能很好適應(yīng)裝載機(jī)惡劣的運(yùn)行環(huán)境，未能在實(shí)際得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重裝置的測(cè)量誤差較大、穩(wěn)定性較低的不足，本實(shí)用新型提供了一種裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，按照新建立的數(shù)學(xué)模型，采用了微處理器主控板，通過位置傳感器、壓力傳感器的測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行測(cè)重，提供了一種電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)量精度高，工作穩(wěn)定性強(qiáng)，人機(jī)界面對(duì)話友好，實(shí)用安全可靠的裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重裝置。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，所述的智能裝置包括微處理器主控板、壓力傳感器、位置傳感器；所述的微處理器主控板包括微處理器、數(shù)據(jù)采集電路，所述的數(shù)據(jù)采集電路與微處理器通過總線連接，所述的壓力傳感器安裝于裝載機(jī)動(dòng)臂油缸內(nèi)，位置傳感器接收器安裝在裝載機(jī)機(jī)體上，位置傳感器安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，微處理器主控板以及與之配套的外部設(shè)備放置于裝載機(jī)駕駛室內(nèi)；所述的位置傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集電路連接；所述的位置傳感器有上、下磁鋼組成，所述的上、下磁鋼按照一定距離安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，所述的位置傳感器接收器經(jīng)過下位磁鋼時(shí)被觸發(fā)，向微處理器發(fā)出開始采集數(shù)據(jù)的指令；位置傳感器經(jīng)過上位磁鋼時(shí)再被觸發(fā)，向微處理器發(fā)出停止采集數(shù)據(jù)的指令；所述的壓力傳感器為兩個(gè)，分別安裝在裝載機(jī)動(dòng)臂油缸的前、后腔，所述的壓力傳感器分別將采集到的壓力數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到微處理器中；所述的微處理器設(shè)有測(cè)重主程序，所述的主程序依照油缸的數(shù)學(xué)模型為W＝f(p1·s1-p2·s2)-Wb-Wj其中，p1、p2為動(dòng)臂油缸前、后腔的壓力，s1、s2為動(dòng)臂油缸前、后腔的活塞面積，f為動(dòng)臂位置相關(guān)的系數(shù)；Wb為裝載機(jī)的自重影響，Wj為動(dòng)臂的動(dòng)態(tài)影響，f由標(biāo)定確定，f=W0/(p10·s1-p20·s2)]]>W0為標(biāo)準(zhǔn)試塊的重量，p10、p20為標(biāo)定時(shí)動(dòng)臂油缸前、后腔的測(cè)得的壓力，Wb=f·(p1b·s1-p2b·s2),]]>p1b、p2b為空斗時(shí)動(dòng)臂油缸前、后腔的測(cè)得的壓力，Wj＝C1(n0-n)；其中n0為正常操作速度下動(dòng)臂油缸采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，n為實(shí)際操作速度下動(dòng)臂油缸采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；C1為修正值，根據(jù)不同裝載機(jī)在標(biāo)定時(shí)被確定。
更進(jìn)一步，所述的外部設(shè)備包括鍵盤、顯示器、打印機(jī)。
動(dòng)臂油缸前、后腔的壓力由所述的壓力傳感器測(cè)得；動(dòng)臂位置相關(guān)的系數(shù)有位置傳感器測(cè)得；為了最大限度地抵消裝載機(jī)在提升時(shí)加速度對(duì)測(cè)重的影響，測(cè)量裝置還利用裝載機(jī)提升時(shí)通過采樣區(qū)域的時(shí)間，換算出在這段采樣時(shí)間內(nèi)提升的平均速度，再根據(jù)不同的提升速度在軟件上對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)修正提供一個(gè)加速度影響的參數(shù)。
本實(shí)用新型所述的用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置的有益效果主要表現(xiàn)在與現(xiàn)有的技術(shù)相比充分利用了高集成度的微處理器芯片，建立了考慮周全的數(shù)學(xué)模型，并在電路設(shè)計(jì)，采樣技術(shù)和軟件編制等方面采取了一系列的有效措施，使整機(jī)人機(jī)界面友好、使用方便靈活，計(jì)算準(zhǔn)確，能夠進(jìn)行斷電保護(hù)、誤操作提示與報(bào)警，具有硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，測(cè)量精度高，能在惡劣環(huán)境下正常工作等優(yōu)點(diǎn)，適用于鐵路貨車貨物的裝卸計(jì)量，對(duì)鐵路運(yùn)輸安全有重要意義，同時(shí)也可應(yīng)用于汽車、輪船、碼頭、礦山、建筑等其它行業(yè)的貨物裝載和計(jì)量的場(chǎng)合。


圖1是裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是微處理器主控制板電原理圖；圖3是鍵盤接口電原理圖；圖4是鍵盤面板框圖；圖5是顯示接口電原理圖；圖6是標(biāo)定主菜單界面；圖7是稱重主菜單界面；圖8是打印機(jī)接口電原理圖；圖9是打印機(jī)的打印格式。
(五)
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1，一種用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，包括微處理器主控板1，壓力傳感器2，位置傳感器3，微處理器主控板1包括設(shè)有微處理器、數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路與微處理器通過總線連接，壓力傳感器2安裝于裝載機(jī)動(dòng)臂油缸內(nèi)，位置傳感器3的接收器安裝在裝載機(jī)機(jī)體上，位置傳感器3安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，微處理器主控板1以及與之配套的外部設(shè)備放置于裝載機(jī)駕駛室內(nèi)；壓力傳感器2和位置傳感器3與所述的數(shù)據(jù)采集電路連接；位置傳感器3的接收器根據(jù)位置傳感器3測(cè)得裝載機(jī)動(dòng)臂的移動(dòng)距離向微處理器發(fā)出信號(hào)，微處理器接收位置傳感器3的信號(hào)并對(duì)壓力傳感器2發(fā)出采集數(shù)據(jù)的指令，壓力傳感器2將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集電路。
位置傳感器3有上、下磁鋼組成，上、下位磁鋼按照一定距離安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，位置傳感器3的接收器經(jīng)過下位磁鋼時(shí)被觸發(fā)，向微處理器發(fā)出開始采集數(shù)據(jù)的指令；位置傳感器的接收器經(jīng)過上位磁鋼時(shí)再被觸發(fā)，向微處理器發(fā)出停止采集數(shù)據(jù)的指令。
壓力傳感器2為兩個(gè)，分別安裝在裝載機(jī)動(dòng)臂油缸的前、后腔，壓力傳感器分別將采集到的壓力數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到微處理器中。
外部設(shè)備包括鍵盤4、顯示器5、打印機(jī)6。
所述的微處理器設(shè)有測(cè)重的主程序，主要依照新建立的數(shù)學(xué)模型，考慮到裝載機(jī)動(dòng)臂轉(zhuǎn)斗油缸的影響，建立的數(shù)學(xué)模型為W＝f(p1·s1-p2·s2)-Wb-Wj其中，p1、p2為動(dòng)臂油缸前、后腔的壓力，s1、s2為動(dòng)臂油缸前、后腔的活塞面積，f為動(dòng)臂位置相關(guān)的系數(shù)；Wb為裝載機(jī)的自重影響，Wj為動(dòng)臂的動(dòng)態(tài)影響，
f由標(biāo)定確定，f=W0/(p10·s1-p20·s2),]]>W0為標(biāo)準(zhǔn)試塊的重量，p10、p20為標(biāo)定時(shí)動(dòng)臂油缸前、后腔的測(cè)得的壓力，Wb=f·(p1b·s1-p2b·s2),]]>p1b、p2b為空斗時(shí)動(dòng)臂油缸前、后腔的測(cè)得的壓力，Wj＝C1(n0-n)；其中n0為正常操作速度下動(dòng)臂油缸采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，n為實(shí)際操作速度下動(dòng)臂油缸采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；C1為修正值，根據(jù)不同裝載機(jī)在標(biāo)定時(shí)被確定。
動(dòng)臂油缸前、后腔的壓力由所述的壓力傳感器測(cè)得；動(dòng)臂位置相關(guān)的系數(shù)有位置傳感器測(cè)得；為了最大限度地抵消裝載機(jī)在提升時(shí)加速度對(duì)測(cè)重的影響，測(cè)量裝置還利用裝載機(jī)提升時(shí)通過采樣區(qū)域的時(shí)間，換算出在這段采樣時(shí)間內(nèi)提升的平均速度，再根據(jù)不同的提升速度在軟件上對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)修正提供一個(gè)加速度影響的參數(shù)。
按照設(shè)置的安全報(bào)警要求，當(dāng)累計(jì)重量達(dá)到某設(shè)置值時(shí)或非正常工作時(shí)將微處理器將發(fā)出報(bào)警指令，通過外接的蜂鳴器報(bào)警。
參照?qǐng)D2，微處理器主控板1主要由IC1～I(xiàn)C12以及三極管、電阻、電容、晶振、蜂鳴器組成。IC6為微處理器，它和IC7～I(xiàn)C10組成單片機(jī)小系統(tǒng)。IC2～I(xiàn)C4組成數(shù)據(jù)采集電路，它由模擬開關(guān)，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路組成并通過IC5和微機(jī)總線相連。IC1提供位置傳感器接口匹配電路。IC5還提供I/O口和打印機(jī)相連。IC6中P3.5口經(jīng)三極管放大后和蜂鳴器相連。IC11提供具有斷電保護(hù)功能的日歷鐘電路。
參照?qǐng)D3、圖4，所述的鍵盤通過鍵盤接口電路與微處理器連接，鍵盤面板提供了4×4行列式鍵，鍵盤由薄膜面板組成。上電復(fù)位后，若開關(guān)S1打向2，則先出現(xiàn)標(biāo)定主菜單，標(biāo)定主菜單特征如圖6所示，按“0”號(hào)鍵可退出標(biāo)定菜單進(jìn)入稱重主菜單。稱重主菜單特征如圖7所示，若S1打向1，則不出現(xiàn)標(biāo)定主菜單而直接進(jìn)入稱重主菜單。
參照?qǐng)D6，標(biāo)定主菜單鍵盤功能如下1～5號(hào)鍵是標(biāo)定1噸～5噸標(biāo)準(zhǔn)試塊重量的功能鍵。6號(hào)鍵是進(jìn)入清除裝載機(jī)動(dòng)臂自身皮重的皮重測(cè)量菜單的功能鍵，7號(hào)鍵是參數(shù)設(shè)置功能鍵，設(shè)置參數(shù)分別有工號(hào)、車號(hào)、貨號(hào)員以及目標(biāo)重量。0號(hào)鍵是退出標(biāo)定菜單鍵。在進(jìn)入各功能狀態(tài)后，A是確認(rèn)鍵，B是返回主菜單鍵。E鍵顯示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，F(xiàn)鍵顯示標(biāo)定參數(shù)f1～f5，E鍵、F鍵用作調(diào)試。
參照?qǐng)D7，稱重主菜單鍵盤功能如下1號(hào)鍵是參數(shù)輸入鍵，可輸入標(biāo)定用參數(shù)；2號(hào)鍵是皮重測(cè)量鍵；3號(hào)鍵是校時(shí)功能鍵，配合C鍵及數(shù)字鍵可重新輸入正確的時(shí)間；4號(hào)鍵是單斗稱重鍵；5號(hào)鍵是目標(biāo)稱重鍵。在對(duì)目標(biāo)稱重時(shí)，可對(duì)各單斗重量進(jìn)行累加，目標(biāo)重量進(jìn)行遞減，當(dāng)目標(biāo)重量與累計(jì)重量的差值小于或等于5公斤時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警，LCD顯示器5的屏幕出現(xiàn)報(bào)警提示。D鍵為打印機(jī)鍵，E鍵、F鍵功能同標(biāo)定主菜單中相同。
參照?qǐng)D5，所述的顯示器5是LCD顯示器，通過顯示接口電路與微處理器連接，提供了4×8漢字LCD顯示器；打印機(jī)6的接口電路如圖8所示，由D鍵進(jìn)行控制。在目標(biāo)稱重和單斗稱重狀態(tài)下，按下D鍵可打印所測(cè)量的參數(shù)，打印格式如圖9所示。
裝載機(jī)工作時(shí)，當(dāng)裝載機(jī)動(dòng)臂向上移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)位置傳感器3的接收器，經(jīng)過位置傳感器3的下位磁鋼，位置傳感器3的接收器受到觸發(fā)，向微處理器主控板1發(fā)出一個(gè)脈沖，微處理器片上系統(tǒng)主控板1開始對(duì)兩路壓力傳感器2進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)采集，當(dāng)裝載機(jī)動(dòng)臂經(jīng)過位置傳感器3的上位磁鋼時(shí)，位置傳感器3的接收器受到觸發(fā)再發(fā)出一個(gè)脈沖，微處理器片上系統(tǒng)主板1停止數(shù)據(jù)采集，此時(shí)微處理器片上系統(tǒng)主板1根據(jù)采集得到的動(dòng)臂油缸壓力及相應(yīng)位置傳感器3的安裝位置數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和均值處理，經(jīng)過稱重主程序的計(jì)算，即時(shí)顯示或打印裝載機(jī)的單斗重量與累計(jì)重量。按照設(shè)置的安全報(bào)警要求，當(dāng)累計(jì)重量達(dá)到某設(shè)置值時(shí)或非正常工作時(shí)將進(jìn)行報(bào)警。為了最大限度地抵消裝載機(jī)在提升時(shí)加速度對(duì)測(cè)重的影響，測(cè)量裝置還利用裝載機(jī)提升時(shí)通過采樣區(qū)域的時(shí)間，換算出在這段采樣時(shí)間內(nèi)提升的平均速度，再根據(jù)不同的提升速度在軟件上對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。測(cè)量裝置在數(shù)據(jù)采集電路中采用了片內(nèi)高速A/D轉(zhuǎn)換器，它雖然已有12位的數(shù)據(jù)位，分辨率為1/212，但是量化誤差仍較可觀?？紤]到從液壓傳感器輸出的信號(hào)其主要頻率接近于直流，對(duì)于測(cè)量一個(gè)相對(duì)不變的直流信號(hào)，采用過采樣和均值濾波相結(jié)合的方法，可以改善ADC的有效分辨率，減少量化誤差，從而提高采樣值的準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求1.一種用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，其特征在于所述的智能裝置包括微處理器主控板、壓力傳感器、位置傳感器；所述的微處理器主控板包括微處理器、數(shù)據(jù)采集電路，所述的數(shù)據(jù)采集電路與微處理器通過總線連接，所述的壓力傳感器安裝于裝載機(jī)動(dòng)臂油缸內(nèi)，位置傳感器安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，位置傳感器的接收器安裝在裝載機(jī)機(jī)體上，微處理器主控板以及與之配套的外部設(shè)備放置于裝載機(jī)駕駛室內(nèi)；所述的位置傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集電路連接；所述的位置傳感器有上、下磁鋼組成，所述的上、下磁鋼按照設(shè)定距離安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，所述的位置傳感器接收器經(jīng)過下磁鋼時(shí)被觸發(fā)，向微處理器發(fā)出開始采集數(shù)據(jù)的指令；位置傳感器經(jīng)過上位磁鋼時(shí)再被觸發(fā)，向微處理器發(fā)出停止采集數(shù)據(jù)的指令；所述的壓力傳感器為兩個(gè)，分別安裝在裝載機(jī)動(dòng)臂油缸的前、后腔，所述的壓力傳感器分別將采集到的壓力數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到微處理器中；所述的微處理器設(shè)有測(cè)重主程序，所述的主程序依照油缸的數(shù)學(xué)模型，所述的數(shù)學(xué)模型為W＝f(p1·s1-p2·s2)-Wb-Wj其中，p1、p2為動(dòng)臂油缸前、后腔的壓力，s1、s2為動(dòng)臂油缸前、后腔的活塞面積，f為動(dòng)臂位置相關(guān)的系數(shù)；Wb為裝載機(jī)的自重影響，Wj為動(dòng)臂的動(dòng)態(tài)影響，f由標(biāo)定確定，f=W0/(p10·s1-p20·s2)]]>，W0為標(biāo)準(zhǔn)試塊的重量，p10、p20為標(biāo)定時(shí)動(dòng)臂油缸前、后腔的測(cè)得的壓力，Wb=f·(p1b·s1-p2b·s2)]]>，p1b、p2b為空斗時(shí)動(dòng)臂油缸前、后腔的測(cè)得的壓力，Wj＝C1(n0-n)；其中n0為正常操作速度下動(dòng)臂油缸采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，n為實(shí)際操作速度下動(dòng)臂油缸采集到的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；C1為修正值，根據(jù)不同裝載機(jī)在標(biāo)定時(shí)被確定。
2.如權(quán)利要求3所述的用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，其特征在于所述的外部設(shè)備包括鍵盤、顯示器、打印機(jī)。
專利摘要一種用于裝載機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)重的智能裝置，智能裝置包括微處理器主控板、壓力傳感器、位置傳感器；微處理器主控板包括微處理器、數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路與微處理器通過總線連接，壓力傳感器安裝于裝載機(jī)動(dòng)臂油缸內(nèi)，位置傳感器安裝在裝載機(jī)的動(dòng)臂上，位置傳感器的接收器安裝在裝載機(jī)機(jī)體上，微處理器主控板以及與之配套的外部設(shè)備放置于裝載機(jī)駕駛室內(nèi)。微處理器設(shè)有測(cè)重的主程序，主要依照新建立的數(shù)學(xué)模型W＝f(p
文檔編號(hào)G01G13/00GK2689195SQ20032012310
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者蔡菲娜, 梁利華, 劉勤賢, 張建奇, 賈高順 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)