无线便携式车辆动态称重系统的设计

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1、无线便携式车辆动态称重系统的设计张海宁,王伟涛,陈超波,冯晓岗（西安工业大学电子信息工程学院，西安710032）照片尺寸为20mm*30mm；最好不用红色背景摘要：针对目前同类产品存在操作复杂、精度低和适应性差等缺点，在研究动态称重原理的基础上，实现了车辆动态称重的软硬件设计，并对其中的关键技术进行研究探讨。该设计采用高性能低功耗的MSP430和S3C2440为主处理器，配合无线数据传输技术和嵌入式操作系统技术，能实时地进行车辆信息的采集发送、显示、存储和打印。关键词：动态称重；无线；MSP430；便携式；S3C2440目前，针对车辆称

2、重检测方法主要分为静态称重方法和动态称重方法。传统的车辆称重都是使用静态称重方法，即让车辆停在秤台上进行称重。静态称重方法的主要优点是测量精度高，但其缺点是测量速度慢，体积大，造价高。动态称重就是在车辆行进中对其进行称重，动态称重的波形图如图1.1所示[1]。它的优点主要是测量速度快、体积小、造价低。但是由于动态过程中的不确定因素增多，使得测量结果精度较低，对测量结果的分析和处理比较困难。为了提高收费站的通行速度，要求车辆以尽可能快的速度通过称重系统，并且得到精度较高的车重信息，就要使用动态称重算法。收稿日期：作者简介：张海宁(1964

3、-),男，西安工业大学电子信息工程学院，副教授，硕士学位，主要研究方向：嵌入式和数字图像处理；E-mail：zhn1964@163.com；电话：13359290536*通讯作者：王伟涛，wangweitao_86@126.com图1三轴汽车的输出波形图便携式动态称重设备用于在公路上机动地对可疑车辆进行“超限”检查。传统的仪表箱过于庞大，不便于警务人员携带，且有线接口容易受到污染，导致数据读写错误。因此，迫切需要一种便携、安全、高效的无线系统来替代它。无线数据传输技术的应用，大大地提高了产品使用的便捷性、操控性及可靠性，避免了有线传输方

4、式易损坏、易受干扰、维护性差、携带安装不方便的弊病。1系统组成无线便携式车辆动态称重系统按功能可以分为下位机（即数据采集部分）、上位机（即便携式仪表部分）两部分。其组成如图2、图3所示。图2下位机结构当有车驶入时，由工作人员控制上位机发送开始检测命令，然后下位机开始数据采集。低速行驶的车辆经过特定的称重传感器后，感受到动态车辆的车轴压力信号，微弱的模拟信号先要滤波、放大和干扰抑制等预处理，再由AD转换器转换成便于MCU处理的数字信号。车辆完全通过后，下位机MCU还要对这种数字信号进行分析得出轴重、轴型、车速等信息，最后打包发送给上位机。

5、图3上位机结构无线模块用于发送下位机采集处理的数据，并且接收上位机命令，它起到一个桥梁的作用。上位机接收到车辆信息后还需进一步处理，最后完成数据显示打印等相关功能。2硬件设计无线便携式车辆动态称重系统硬件部分主要由电源管理、数据采集、数据通讯接口和嵌入式ARM微处理器、LCD显示、触摸屏等模块组成。便携式产品对于系统体积和功耗有比较苛刻的要求，故选择低功耗处理器和多功能于一体的集成电路是非常必要的，本次设计选用的是三星公司的S3C2440和TI公司的MSP430做为核心控制器。2.1数据采集模块称重传感器输出的是毫伏级信号，这样的信号必

6、须经过放大滤波处理。CS5530是高度集成的ΔΣ模数转换器（ADC）,运用电荷平衡技术，性能达到24位。其电路如图4所示，该ADC非常适合称重衡器，过程控制，科学和医疗应用领域的单极性或双极性小信号测量。而且它内部集成了64倍放大器、数字滤波器、可选的50/60Hz频率抑制以及40倍的可控增益等信号调理电路[2]。图4CS5530信号采集电路2.2电源模块本系统中使用两种锂电池，分别输出的电压为3.7V和7.4V。由于各个器件所需的工作电压，电流各不相同，因此要对电源电压进行处理。传感器激励电源为5V，MSP430和CC1101使用的是

7、3.3V电源，故下位机的3.7V锂电池需先升压升到5V然后再降压到3.3V，使用的芯片是芯片MAX756，它的开关频率是500kHz，效率可达87%，升压到5V时能提供200mA电流[3]，电路原理图如图5所示。图5MAX756升压电路图6上位机5V电源上位机微型打印机需要5V电源，由线性电源LM2940提供，如图6所示，LM2940是一款低压差的LDO，在输入电压差到达0.5V也可提供1A的电流。S3C2440需要电压为3.3V、1.8V、1.25V，DC-DC线性电源转换器LM1117-33LM1117-18和SMAX8860分别产

8、生3.3V、1.8V、1.25V电源，如图7、图8所示。图73.3V和1.8V电源电路图81.25V电路2.3复位及看门狗为了系统更可靠的工作，这里使用外部复位和看门狗，芯片选择CAT1023，它是一款带I