一种动态轴重式地磅方案

本文介绍了一种轴重式地磅方案。该方案硬件结构简单，软件算法新颖，具有一定的实用价值。

0.引言

地磅是各种矿业、钢铁企业、港口部门广泛应用 的称重器具。这些部门吞吐量大，称量任务重，所以快 速高效是对所用地磅的基本要求。其次，造价便宜， 维修和调整方便，构造简单等也是合理的要求。正是为 了满足这种需要，动态地磅在最近几年发展较快。 但大多都是整车计量方式。假设汽车以lOkm/h的速度 通过地磅，如果要求汽车至少在称台面的时间为0.5s， 那么整车计量方式的动态汽车衡台面长度至少应为整车 长度再加1.5m。这样的地磅当然是一个庞然大物，大 大增加了工程造价和占地面积。所以动态地磅的发展 方向应当是轴计重方式。当前应用中的地磅多种多 样，功能和原理也各不相同。但大多或者结构复杂，价 格较贵；或者结构简单但存在计量缺陷，容易漏检。作 者经过比较多种地磅和机械式地磅后，提出一 种新式汽车衡方案。该方案结构简单，算法新颖，具有 一定的实用价值。

1.方案原理

以三轴汽车为例进行分析，由力学原理可知，汽车 的总重量等于各个轮对的压力之和，即G=F1+F2+F3。 如图1所示。

所以，我 们只要测量出 汽车的各个轮 对的压力就可 以算出汽车的 总重量。正是基于这个原理，设计了以下方案。

2.方案说明

2.1硬件部分

硬件部分整体方案如图2所示。

图中的光电传感器是用来检测有无车辆通过地磅源发射出的光投射到光电传感器上。光电传感器接受到 光后，产生一个高电压信号Uk=l。Uk经过放大后传到 非门电路上。由于非门电路的反向作用，输出一个低电 压信号Uc=0。当单片机接受到Uc-0时，拒绝接受压力 信号的输入。

当有车辆通过时，光源发出的光被隔断。光电传感 器接受不到光，输出为低电压信号Uk=0。这时，非门电 路输出为高电压信号Uc=l。单片机接受到这个高电压信 号后，开始接受输入的压力信号。

当汽车的轮对通过地磅梁时，压力传感器测量 出相应的压力信号n，￡2，f3。压力信号是非常微弱的模拟 电信号，所以要经过放大器放大。放大后的模拟信号经 过A/D转换器转换成数字信号后传输到单片机。由于压 力信号是连续的信号，所以单片机首先对其进行信号采 样，然后经过滤波，再选出恰当的值作为车轴的压力。 车轴的压力就等于fl，f2，B之和，即F-fl+f2+f^把F的值依次保存到变量FI、F2、F3中：

当汽车通过后，光源发出的光又投射到光电传感器 上。这时，光电传感器又输出高电压信号，非门输出低 压信号。单片机接受到这个低压信号后，停止接受压力 信号的输入，并把前面的FI、F2、F3进行求和。汽车 的总重量就等于各个轮对的压力之和。把结果输出到屏 幕和打印机。

2.2软件部分

单片机的应用程序流程如图3所示。

本程序的总体思想就是当车轴经过称台面时，对其 压力信号进行采样。先过滤掉车轮刚刚进人称台阶段的 压力信号，保留车轮平稳通过称台时的压力信号，然后 又过滤掉车轮离开称台阶段的压力信号。对保留的压力 信号求平均值，这个平均值就是车轴的压力。最后把所 有车轴的压力求和，就得到整车的重量。

本程序之所以采用光电传感器送来的信号作控制信 号，就是为了控制可靠，避免误操作。要求T大于一个阀 值，是为了避免在车轮还未经过称台时，称台本身的震动 或误差产生的压力信号被单片机接受，误当作是车轴的压 力信号。要求压力信号的相对变化率小于一个检测值，是 为了过滤掉车轮进人或退出称台阶段的压力信号。因为这 两个阶段压力信号急剧变化，不能反映车轴的真实压力。

由于计算时只保留车轮平稳通过称台时的压力信 号，所以要求汽车的通过速度不能太快，要有一段在称 台上平稳运行的时间。以称台面长1.5m为例，假设称台 及压力传感器的响应时间为0.5s，采样周期为2ms,如 果要求至少采样500个，则车速不能超过3.6km/h。

3.本方案的优点

首先，本方案自动化程度高，几乎不用人工参与就 可以称出汽车的重量。其次，允许汽车 连续通过称重，从而效率也比较高。第 三，本方案由于采用逐次测量汽车的各 个轮对的压力进行累加的方法，所以，地磅的结构很小，占地也很小。第四， 由于所有信号都采用电信号传输，所以 操作人员可以远离汽车通过的现场，改 善了工作人员的工作条件。而且，采用 单片机控制，便于实现远程网络化管理。

另外还有一个潜在的优点，就是本 方案稍加扩展就可以实现更多的功能。 比如，如果给通过的汽车配置一个条形 编码，把汽车的净重预先存在计算机中， 在汽车通过时，用红外线检测仪扫描一 下条形编码，计算机自动把称重结果减 去该车的净重，便得到所载货物的重量。

4.结论

为了避免汽车通过称台时，称台水 平方向摇动使压力传感器产生附加应 力，应安装称台的水平方向定位装置以 承受水平方向的力。

为了能准确地称量出各车轴的实际 压力，在称台前后应各有一段坡度小于 0.3%的路面。这段路面的长度至少要大 于所通过的汽车的全长。

车速应根据实际的台面长度和响应 时间限应保持匀速，禁止加速或减速。因为变 速时，车轮对台面有附加压力。

由于是动态称重，所以误差肯定是有的。可以根据 实际的经验公式对称重结果加以修正。