本文介紹了一種軸重式地磅方案。該方案硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件算法新穎，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

0.引言

地磅是各種礦業(yè)、鋼鐵企業(yè)、港口部門廣泛應(yīng)用 的稱重器具。這些部門吞吐量大，稱量任務(wù)重，所以快 速高效是對(duì)所用地磅的基本要求。其次，造價(jià)便宜， 維修和調(diào)整方便，構(gòu)造簡(jiǎn)單等也是合理的要求。正是為 了滿足這種需要，動(dòng)態(tài)地磅在最近幾年發(fā)展較快。 但大多都是整車計(jì)量方式。假設(shè)汽車以lOkm/h的速度 通過(guò)地磅，如果要求汽車至少在稱臺(tái)面的時(shí)間為0.5s， 那么整車計(jì)量方式的動(dòng)態(tài)汽車衡臺(tái)面長(zhǎng)度至少應(yīng)為整車 長(zhǎng)度再加1.5m。這樣的地磅當(dāng)然是一個(gè)龐然大物，大 大增加了工程造價(jià)和占地面積。所以動(dòng)態(tài)地磅的發(fā)展 方向應(yīng)當(dāng)是軸計(jì)重方式。當(dāng)前應(yīng)用中的地磅多種多 樣，功能和原理也各不相同。但大多或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià) 格較貴；或者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但存在計(jì)量缺陷，容易漏檢。作 者經(jīng)過(guò)比較多種地磅和機(jī)械式地磅后，提出一 種新式汽車衡方案。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，算法新穎，具有 一定的實(shí)用價(jià)值。

1.方案原理

以三軸汽車為例進(jìn)行分析，由力學(xué)原理可知，汽車 的總重量等于各個(gè)輪對(duì)的壓力之和，即G=F1+F2+F3。 如圖1所示。

所以，我 們只要測(cè)量出 汽車的各個(gè)輪 對(duì)的壓力就可 以算出汽車的 總重量。正是基于這個(gè)原理，設(shè)計(jì)了以下方案。

2.方案說(shuō)明

2.1硬件部分

硬件部分整體方案如圖2所示。

圖中的光電傳感器是用來(lái)檢測(cè)有無(wú)車輛通過(guò)地磅源發(fā)射出的光投射到光電傳感器上。光電傳感器接受到 光后，產(chǎn)生一個(gè)高電壓信號(hào)Uk=l。Uk經(jīng)過(guò)放大后傳到 非門電路上。由于非門電路的反向作用，輸出一個(gè)低電 壓信號(hào)Uc=0。當(dāng)單片機(jī)接受到Uc-0時(shí)，拒絕接受壓力 信號(hào)的輸入。

當(dāng)有車輛通過(guò)時(shí)，光源發(fā)出的光被隔斷。光電傳感 器接受不到光，輸出為低電壓信號(hào)Uk=0。這時(shí)，非門電 路輸出為高電壓信號(hào)Uc=l。單片機(jī)接受到這個(gè)高電壓信 號(hào)后，開(kāi)始接受輸入的壓力信號(hào)。

當(dāng)汽車的輪對(duì)通過(guò)地磅梁時(shí)，壓力傳感器測(cè)量 出相應(yīng)的壓力信號(hào)n，￡2，f3。壓力信號(hào)是非常微弱的模擬 電信號(hào)，所以要經(jīng)過(guò)放大器放大。放大后的模擬信號(hào)經(jīng) 過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。由于壓 力信號(hào)是連續(xù)的信號(hào)，所以單片機(jī)首先對(duì)其進(jìn)行信號(hào)采 樣，然后經(jīng)過(guò)濾波，再選出恰當(dāng)?shù)闹底鳛檐囕S的壓力。 車軸的壓力就等于fl，f2，B之和，即F-fl+f2+f^把F的值依次保存到變量FI、F2、F3中：

當(dāng)汽車通過(guò)后，光源發(fā)出的光又投射到光電傳感器 上。這時(shí)，光電傳感器又輸出高電壓信號(hào)，非門輸出低 壓信號(hào)。單片機(jī)接受到這個(gè)低壓信號(hào)后，停止接受壓力 信號(hào)的輸入，并把前面的FI、F2、F3進(jìn)行求和。汽車 的總重量就等于各個(gè)輪對(duì)的壓力之和。把結(jié)果輸出到屏 幕和打印機(jī)。

2.2軟件部分

單片機(jī)的應(yīng)用程序流程如圖3所示。

本程序的總體思想就是當(dāng)車軸經(jīng)過(guò)稱臺(tái)面時(shí)，對(duì)其 壓力信號(hào)進(jìn)行采樣。先過(guò)濾掉車輪剛剛進(jìn)人稱臺(tái)階段的 壓力信號(hào)，保留車輪平穩(wěn)通過(guò)稱臺(tái)時(shí)的壓力信號(hào)，然后 又過(guò)濾掉車輪離開(kāi)稱臺(tái)階段的壓力信號(hào)。對(duì)保留的壓力 信號(hào)求平均值，這個(gè)平均值就是車軸的壓力。最后把所 有車軸的壓力求和，就得到整車的重量。

本程序之所以采用光電傳感器送來(lái)的信號(hào)作控制信 號(hào)，就是為了控制可靠，避免誤操作。要求T大于一個(gè)閥 值，是為了避免在車輪還未經(jīng)過(guò)稱臺(tái)時(shí)，稱臺(tái)本身的震動(dòng) 或誤差產(chǎn)生的壓力信號(hào)被單片機(jī)接受，誤當(dāng)作是車軸的壓 力信號(hào)。要求壓力信號(hào)的相對(duì)變化率小于一個(gè)檢測(cè)值，是 為了過(guò)濾掉車輪進(jìn)人或退出稱臺(tái)階段的壓力信號(hào)。因?yàn)檫@ 兩個(gè)階段壓力信號(hào)急劇變化，不能反映車軸的真實(shí)壓力。

由于計(jì)算時(shí)只保留車輪平穩(wěn)通過(guò)稱臺(tái)時(shí)的壓力信 號(hào)，所以要求汽車的通過(guò)速度不能太快，要有一段在稱 臺(tái)上平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)間。以稱臺(tái)面長(zhǎng)1.5m為例，假設(shè)稱臺(tái) 及壓力傳感器的響應(yīng)時(shí)間為0.5s，采樣周期為2ms,如 果要求至少采樣500個(gè)，則車速不能超過(guò)3.6km/h。

3.本方案的優(yōu)點(diǎn)

首先，本方案自動(dòng)化程度高，幾乎不用人工參與就 可以稱出汽車的重量。其次，允許汽車 連續(xù)通過(guò)稱重，從而效率也比較高。第 三，本方案由于采用逐次測(cè)量汽車的各 個(gè)輪對(duì)的壓力進(jìn)行累加的方法，所以，地磅的結(jié)構(gòu)很小，占地也很小。第四， 由于所有信號(hào)都采用電信號(hào)傳輸，所以 操作人員可以遠(yuǎn)離汽車通過(guò)的現(xiàn)場(chǎng)，改 善了工作人員的工作條件。而且，采用 單片機(jī)控制，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化管理。

另外還有一個(gè)潛在的優(yōu)點(diǎn)，就是本 方案稍加擴(kuò)展就可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。 比如，如果給通過(guò)的汽車配置一個(gè)條形 編碼，把汽車的凈重預(yù)先存在計(jì)算機(jī)中， 在汽車通過(guò)時(shí)，用紅外線檢測(cè)儀掃描一 下條形編碼，計(jì)算機(jī)自動(dòng)把稱重結(jié)果減 去該車的凈重，便得到所載貨物的重量。

4.結(jié)論

為了避免汽車通過(guò)稱臺(tái)時(shí)，稱臺(tái)水 平方向搖動(dòng)使壓力傳感器產(chǎn)生附加應(yīng) 力，應(yīng)安裝稱臺(tái)的水平方向定位裝置以 承受水平方向的力。

為了能準(zhǔn)確地稱量出各車軸的實(shí)際 壓力，在稱臺(tái)前后應(yīng)各有一段坡度小于 0.3%的路面。這段路面的長(zhǎng)度至少要大 于所通過(guò)的汽車的全長(zhǎng)。

車速應(yīng)根據(jù)實(shí)際的臺(tái)面長(zhǎng)度和響應(yīng) 時(shí)間限應(yīng)保持勻速，禁止加速或減速。因?yàn)樽?/span> 速時(shí)，車輪對(duì)臺(tái)面有附加壓力。

由于是動(dòng)態(tài)稱重，所以誤差肯定是有的。可以根據(jù) 實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)稱重結(jié)果加以修正。