專利名稱：一種車載稱重模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于Zigbee的一種載重車輛自身載荷實(shí)時(shí)測(cè)量的稱重模塊。
背景技術(shù)：
Zigbee是基于IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線自組網(wǎng)通訊技術(shù)。當(dāng)前也有研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)在進(jìn)行車載稱重模塊的研制與開(kāi)發(fā)，但其不具備局域網(wǎng)絡(luò)能力，連接外設(shè)主要是基于有線信號(hào)傳輸技術(shù)，即稱量信號(hào)的傳輸采用串行總線接口(常用的為RS232或CAN接口進(jìn)行)，該方式由于必須使用電纜將信息傳遞設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，信息高效高速獲取等操作中造成一定的不便。同時(shí)，使用Zigbee無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，可以在物流車隊(duì)集體行駛時(shí)，利用其多跳路由功能，將車隊(duì)中每列車輛的載重?cái)?shù)據(jù)由頭車(指揮車)進(jìn)行統(tǒng)一匯總，然后使用GPRS消息模式遠(yuǎn)傳，從而節(jié)省短消息使用費(fèi)；或當(dāng)車隊(duì)中某輛車的GPRS模塊失效，利用Zigbee的路由功能，轉(zhuǎn)而由其它GPRS模塊有效的車輛代為發(fā)送，從而保障信息鏈路的暢通無(wú)阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種車載稱重模塊，能實(shí)現(xiàn)載重車輛自身載荷實(shí)時(shí)測(cè)量，能夠進(jìn)行載重?cái)?shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定和數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)修正，定位準(zhǔn)確，測(cè)量誤差小。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種車載稱重模塊，其特征是該模塊包括ARM9微處理器單元、重量信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、傾角與速度測(cè)量單元、北斗與GPS定位單元、車載電源單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、彩色觸摸屏顯示單元、WIFI及Zigbee短程無(wú)線數(shù)傳單元、3G及GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)傳單元，ARM9微處理器單元內(nèi)嵌uC/OS-1I操作系統(tǒng)；其中重量信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為安裝在載重車輛輪軸上的多路應(yīng)力應(yīng)變傳感器提供激勵(lì)電源，同時(shí)實(shí)時(shí)地將多路應(yīng)力應(yīng)變傳感器感知到的車輛軸載荷電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大和快速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由ARM9微處理器單元實(shí)時(shí)地獲取該數(shù)據(jù)；ARM9微處理器單元同時(shí)從傾角與速度檢測(cè)單元獲知當(dāng)前車輛的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并結(jié)合該數(shù)據(jù)對(duì)獲得的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行修正與補(bǔ)償，最終得到載重車輛的載荷數(shù)據(jù)；ARM9微處理器單元同時(shí)從北斗與GPS定位單元獲取地理定位信息，并將該信息和車輛載荷信息、行駛信息顯示在液晶顯示屏上，同樣的，在設(shè)定好車輛識(shí)別碼后，ARM9微處理器單元將按時(shí)把這些信息和車輛識(shí)別碼通過(guò)3G/GPRS/WIFI/Zigbee通道無(wú)線傳遞至信息控制中心服務(wù)器；ARM9微處理器同時(shí)將車輛信息通過(guò)WIFI傳遞給駕駛室中的平板電腦。本發(fā)明的特點(diǎn)1、該模塊能夠?qū)崟r(shí)對(duì)車輛載荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱量，并運(yùn)用輔助信息(車輛行駛速度、爬坡/下坡角度或水平行駛等)對(duì)稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使得稱量誤差優(yōu)于2%。2、該模塊能夠同時(shí)使用GPS和北斗進(jìn)行地理信息定位，定位誤差小于50米。3、該模塊能夠通過(guò)3G或GPRS將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)傳。4、該模塊能夠通過(guò)WIFI或Zigbee將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線近距離高速傳輸。5、該模塊能夠進(jìn)行載重?cái)?shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定和數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)修正。6、符合車輛儀表使用規(guī)范,抗震動(dòng)、抗電磁干擾，可靠性高。與同類裝置相比的不同點(diǎn):1、使用輔助信息對(duì)稱量信息進(jìn)行修正和補(bǔ)償。

2、同時(shí)使用GPS和北斗進(jìn)行定位。3、具備WIFI或Zigbee將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線近距離高速傳輸功能。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的任務(wù)結(jié)構(gòu)框圖。圖3是主函數(shù)流程圖。圖4是采樣稱重函數(shù)流程圖。圖5是速度與傾角測(cè)量流程圖。圖6是顯示和觸控流程圖。圖7是SD卡存儲(chǔ)流程圖。圖8是地理定位流程圖。圖9是近距離無(wú)線通訊流程圖。圖10是遠(yuǎn)程無(wú)線通訊流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1，該模塊以嵌入式ARM芯片為核心，由具有500Hz采樣率，16BIT分辨率的快速高精度重量信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、傾角與速度測(cè)量單元、GPS定位單元、適應(yīng)汽車系統(tǒng)電源供電的擴(kuò)40VDC寬輸入電源單元、IG字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、4.3”彩色觸摸屏顯示單元、WIFI和3G數(shù)據(jù)無(wú)線傳送單元組成。該裝置安裝在載重車輛的駕駛室內(nèi)，電源單元與車輛的24V供電系統(tǒng)連接，重量信號(hào)轉(zhuǎn)換單元與安裝在載重車輛輪軸上的應(yīng)力應(yīng)變傳感器相連接。當(dāng)車輛電源接通后，車載電源單元將24VDC電源變換為系統(tǒng)工作需要的穩(wěn)定電源(5VDC及3.3VDC)。以ARM9微處理器為核心的處理單元內(nèi)嵌uC/OS-1I多任務(wù)操作系統(tǒng)，上電后，處理器單元在嵌入式多進(jìn)程應(yīng)用軟件的控制下開(kāi)展載重車輛重量綜合測(cè)量以及車輛行駛坐標(biāo)地理定位、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、工作參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)墓ぷ?。系統(tǒng)各功能依托于基于uC/OS-1I操作系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的嵌入式多進(jìn)程應(yīng)用軟件，7個(gè)主要任務(wù)分別以任務(wù)模塊的形式協(xié)同工作，由操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行各任務(wù)的調(diào)度和管理，任務(wù)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。根據(jù)uC/OS-1I操作系統(tǒng)的程序設(shè)定，TASK0^TASK6依次具有降低的優(yōu)先級(jí)，即只有當(dāng)TASKO的稱重函數(shù)段運(yùn)行結(jié)束，程序運(yùn)行到節(jié)拍延時(shí)OSTimeDly ()時(shí)，操作系統(tǒng)才會(huì)執(zhí)行TASKl，依次類推；而當(dāng)高優(yōu)先級(jí)的TASKO的節(jié)拍延時(shí)結(jié)束時(shí)，TASKO會(huì)強(qiáng)制剝奪另一個(gè)正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)而進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，流程圖如圖3所示。從圖2中可以看到，任務(wù)的執(zhí)行有些像中斷任務(wù)的操作。7個(gè)主要任務(wù)的優(yōu)先級(jí)次序由高到低依次為TASKO、TASKU TASK2、TASK3、TASK4、TASK5、TASK6。各個(gè)任務(wù)的流程圖分別如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10所示。系統(tǒng)上電后，最先執(zhí)行TASKO的任務(wù)，即進(jìn)行任務(wù)初始化后，執(zhí)行載重信號(hào)采樣任務(wù)，并通過(guò)由公共數(shù)據(jù)交換區(qū)提供的車輛行駛的傾角與速度兩個(gè)參量來(lái)對(duì)稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并將修正后的車輛載重?cái)?shù)據(jù)通過(guò)公共數(shù)據(jù)區(qū)提供給其它任務(wù)使用，然后，將系統(tǒng)控制權(quán)移交給下一優(yōu)先權(quán)TASKl任務(wù)，以此類推，系統(tǒng)控制權(quán)最終將交給TASK7使用。然而，由于TASKO設(shè)有定時(shí)周期循環(huán)條件，因此當(dāng)定時(shí)周期時(shí)刻到了后，會(huì)將系統(tǒng)控制權(quán)從正在使用該權(quán)利的其它TASKx任務(wù)中強(qiáng)行剝奪過(guò)來(lái)，直到完成TASKO周期采樣任務(wù)后，再將控制權(quán)還給被剝奪控制權(quán)的TASKx任務(wù)。而其他任務(wù)并沒(méi)有周期定時(shí)條件，因此將按照優(yōu)先權(quán)順序依次執(zhí)行各個(gè)任務(wù)。本發(fā)明的重要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了可靠的車載稱量技術(shù)，即使用通過(guò)在車輛上的稱量傳感裝置獲知車輛的載重信息，并利用對(duì)車輛行駛/停放傾角、行駛速度及加速度等測(cè)量到的參量進(jìn)行修正與補(bǔ)償，最終獲得較高精度的車輛載荷測(cè)量值，該方法全國(guó)領(lǐng)先。載重信號(hào)具體的修正方法如下:a)事先確定一個(gè)固定的采集周期T，在該采集周期內(nèi)，CPU模塊通過(guò)解析由AD模塊傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取傳感器稱重內(nèi)碼值，并通過(guò)二級(jí)平滑均值濾波算法濾除稱重信號(hào)中高頻噪聲部分對(duì)信號(hào)的干擾，獲得該周期內(nèi)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷采樣值y(t)；b) CPU模塊通過(guò)解析速度模塊傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取車輛的行駛速度信號(hào)，并通過(guò)簡(jiǎn)單平均計(jì)算出該周期內(nèi)的平均速度v(t)；

c)CPU模塊通過(guò)解析加速度模塊傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取車輛的加速度和傾角，并通過(guò)公式計(jì)算出取該周期內(nèi)的傾斜角度V和加速度a(t)，其中加速度參量數(shù)a(t)=a0(t) + gsin￥,式中Btl(t)為車輛在坡度為0的路面行駛的加速度，V為路面坡度，-10。彡 V 彡 10° ;通過(guò)上述步驟獲得車載稱重的計(jì)算模型公式為:y (t) =y0+k1v (t) +k2a (t) +k3F (t) 0 ^ sin ￥ ^ 0.17式中:y (t)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷采樣值，Y0為車輛靜態(tài)載荷零點(diǎn)采樣值，V (t)為實(shí)時(shí)車輛行駛速度，a (t)為實(shí)時(shí)車輛加速度，F(xiàn) (t)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷，￥為路面坡度，k1、k2、k3S相關(guān)修正系數(shù)；根據(jù)上述公式，通過(guò)標(biāo)定確定參數(shù)，在載荷F(t)恒定的情況下，保持一定速度v(t)下勻速行駛，得到多個(gè)加速度點(diǎn)aUh-aUh下對(duì)應(yīng)的y (th-y (t)n ;在載荷F(t)恒定的情況下，在不同速度下￥(011(011勻速行駛，得到同一加速度點(diǎn)&(0下對(duì)應(yīng)的7(01-7(011;根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果進(jìn)行插值計(jì)算，得到不同速度、加速度范圍下的1^1、1^2、k3系數(shù)標(biāo)定值表，由此，通過(guò)公式F (t) = [y (t) Icrk1V (t) ~k2a (t) ] /k3計(jì)算得到車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)載荷值。重量信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元為安裝在載重車輛輪軸上的多路應(yīng)力應(yīng)變傳感器提供激勵(lì)電源，同時(shí)實(shí)時(shí)地將多路應(yīng)力應(yīng)變傳感器感知到的車輛軸載荷電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大和快速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由處理器單元實(shí)時(shí)地獲取該數(shù)據(jù)。處理器單元同時(shí)從傾角與速度檢測(cè)單元獲知當(dāng)前車輛的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)(行駛速度及行駛水平度)，并結(jié)合該數(shù)據(jù)對(duì)獲得的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，最終得到行駛(或靜止)載重車輛的載荷數(shù)據(jù)，測(cè)量誤差為2%。處理器單元同時(shí)還從北斗/GPS定位單元獲取地理定位信息，并將該信息和車輛載荷信息、行駛信息顯示在4. 3”液晶顯示屏上，同樣的，在設(shè)定好車輛識(shí)別碼后，處理器將按時(shí)把這些信息和車輛識(shí)別碼通過(guò)3G/GPRS/WIFI/Zigbee通道無(wú)線傳遞至信息控制中心服務(wù)器。信息控制中心服務(wù)器依據(jù)這些信息可將車輛狀態(tài)(車輛牌照號(hào)、載重量、行駛速度、行駛路線等)形象直觀地展示在地理地圖上，以便于控制中心的監(jiān)測(cè)人員開(kāi)展檢測(cè)工作。信息控制中心服務(wù)器同樣可將上述信息提供給物流企業(yè)或從事貨車運(yùn)輸?shù)钠髽I(yè)，向其數(shù)據(jù)服務(wù)。處理器單元同時(shí)可將車輛信息通過(guò)WIFI傳遞給駕駛室中的平板電腦，在平板電腦中安裝的應(yīng)用軟件也可以直觀的在類似于導(dǎo)航地圖的環(huán)境中顯示該車輛信息。
權(quán)利要求
1.一種車載稱重模塊，其特征是該模塊包括ARM9微處理器單元、重量信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、傾角與速度測(cè)量單元、北斗與GPS定位單元、車載電源單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、彩色觸摸屏顯示單元、WIFI及Zigbee短程無(wú)線數(shù)傳單元、3G及GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)傳單元，ARM9微處理器單元內(nèi)嵌uC/OS-1I多任務(wù)操作系統(tǒng)； 其中重量信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元:為安裝在載重車輛輪軸上的多路應(yīng)力應(yīng)變傳感器提供激勵(lì)電源，同時(shí)實(shí)時(shí)地將多路應(yīng)力應(yīng)變傳感器感知到的車輛軸載荷電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大和快速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由ARM9微處理器單元實(shí)時(shí)地獲取該數(shù)據(jù)； ARM9微處理器單元同時(shí)從傾角與速度檢測(cè)單元獲知當(dāng)前車輛的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并結(jié)合該數(shù)據(jù)對(duì)獲得的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行修正與補(bǔ)償，最終得到載重車輛的載荷數(shù)據(jù)； ARM9微處理器單元同時(shí)從北斗與GPS定位單元獲取地理定位信息，并將該信息和車輛載荷信息、行駛信息顯示在液晶顯示屏上，同樣的，在設(shè)定好車輛識(shí)別碼后，ARM9微處理器單元將按時(shí)把這些信息和車輛識(shí)別碼通過(guò)3G/GPRS/WIFI/Zigbee通道無(wú)線傳遞至信息控制中心服務(wù)器； ARM9微處理器同時(shí)將車輛信息通過(guò)WIFI傳遞給駕駛室中的平板電腦。
2.如權(quán)利要求1所述的車載稱重模塊，其特征是載重信號(hào)的修正方法如下: a)事先確定一個(gè)固定的采集周期T，在該采集周期內(nèi)，CPU模塊通過(guò)解析由AD模塊傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取傳感器稱重內(nèi)碼值，并通過(guò)二級(jí)平滑均值濾波算法濾除稱重信號(hào)中高頻噪聲部分對(duì)信號(hào)的干擾，獲得該周期內(nèi)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷采樣值y(t)； b)CPU模塊通過(guò)解析速度模塊傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取車輛的行駛速度信號(hào)，并通過(guò)簡(jiǎn)單平均計(jì)算出該周期內(nèi)的平均速度v(t)； c)CPU模塊通過(guò)解析加速度模塊傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取車輛的加速度和傾角，并通過(guò)公式計(jì)算出取該周期內(nèi)的傾斜`角度V和加速度a(t)，其中加速度參量數(shù)a(t)=a0(t) + gsin￥,式中Btl(t)為車輛在坡度為0的路面行駛的加速度，V為路面坡度，-10。彡 V 彡 10° ; 通過(guò)上述步驟獲得車載稱重的計(jì)算模型公式為:y (t) =y0+k1v (t) +k2a (t) +k3F (t) 0 ^ sin ￥ ^ 0.17 式中:y(t)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷采樣值，車輛靜態(tài)載荷零點(diǎn)采樣值，v(t)為實(shí)時(shí)車輛行駛速度，a (t)為實(shí)時(shí)車輛加速度，F(xiàn) (t)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷，￥為路面坡度，k1、k2、k3為相關(guān)修正系數(shù)； 根據(jù)上述公式，通過(guò)標(biāo)定確定參數(shù)，在載荷F(t)恒定的情況下，保持一定速度v(t)下勻速行駛，得到多個(gè)加速度點(diǎn)S(Oraa)n下對(duì)應(yīng)的y (Orya)n ;在載荷F(t)恒定的情況下，在不同速度下V (t) rv (t) n勻速行駛，得到同一加速度點(diǎn)a (t)下對(duì)應(yīng)的y (t) ry (t) n ;根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果進(jìn)行插值計(jì)算，得到不同速度、加速度范圍下的kl、k2、k3系數(shù)標(biāo)定值表，由此，通過(guò)公式 F (t) = [y (t) Icrk1V (t) -k2a (t) ] /k3 計(jì)算得到車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)載荷值。
3.如權(quán)利要求1所述的車載稱重模塊,其特征是uC/OS-1I內(nèi)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)次序由高到低依次為采樣稱重任務(wù)、速度與傾角測(cè)量任務(wù)、顯示和觸控任務(wù)、SD卡存儲(chǔ)任務(wù)、WIFI和Zigbee通訊管理任務(wù)、GPS或北斗定位任務(wù)、GPRS通訊管理任務(wù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車載稱重模塊，該模塊包括ARM9微處理器單元、重量信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、傾角與速度測(cè)量單元、北斗與GPS定位單元、車載電源單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、彩色觸摸屏顯示單元、WIFI及Zigbee短程無(wú)線數(shù)傳單元、3G及GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)傳單元，ARM9微處理器單元內(nèi)嵌uC/OS-II操作系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)在車輛上的稱量傳感裝置獲知車輛的載重信息，并利用對(duì)車輛行駛/停放傾角、行駛速度及加速度等測(cè)量到的參量進(jìn)行修正與補(bǔ)償，最終獲得較高精度的車輛載荷測(cè)量值。能實(shí)現(xiàn)載重車輛自身載荷實(shí)時(shí)測(cè)量，能夠進(jìn)行載重?cái)?shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定和數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)修正，定位準(zhǔn)確，測(cè)量誤差小。
文檔編號(hào)G01G19/08GK103076074SQ201310008630
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者許晨光, 張偉, 袁玉華, 施紅閆, 李煒, 竇丹丹 申請(qǐng)人:陜西電器研究所