基于arm7的多路稱重系統軟件設計畢業設計論文(已修改)

　

【正文】 基于ARM7的多路稱重系統軟件設計畢業設計論文目 錄中文摘要 I英文摘要 II1 緒論 目的及意義 1 1 2 2 2 3 4 42 多路稱重系統方案 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 ARM主系統設計 8 ARM處理器簡介 8 9 10 11 11 12 A/D數據采集模塊 12 133 多路稱重系統軟件設計 14 14 14 15 16 17 17 17 18 18 19 20 21 多路稱重信號的特點 21 21 224 系統軟件調試 23 23 調試過程 23 265 結論與展望 27 27 27致謝 29參考文獻 30畢業設計（論文）知識產權聲明 30畢業設計（論文）獨創性聲明 32附錄 33附錄A 軟件程序 33附錄B 外文翻譯 74西安工業大學畢業設計（論文）1 緒論公路系統是由“車、路、運”三個因素構成的，而車、路與運的發展是相互依存、相互制約的，它們之間只有協調發展才能取得最佳的社會、經濟效益。近幾年來，伴隨著交通運輸業的迅猛發展，汽車超限超載運輸現象越來越嚴重、超限超載造成了路面、橋梁等設施的破壞，從而惡化了道路服務水平和行車安全狀況。為了有效治理超限超載，對多路車輛的重量進行計量就顯得十分迫切和必要。另外交通檢查、計重收費和不停車收費系統的發展與應用，這些都需要對行駛的車輛進行準確的稱重計量。、目的及意義隨著經濟的發展和科技的進步，公路運輸市場內部競爭日益激烈，使之超限超載現象日益嚴重。從而造成交通安全隱患以及嚴重破壞了公路橋梁等嚴重現象日益增多。主要表現在：（1）嚴重的損壞了公路基礎設施。超限超載車輛的荷載遠遠超過了公路和橋梁的設計承受荷載，致使路面損壞、橋梁斷裂，正常使用年限大大縮短，只能提前進行大修。全國公路每年因車輛超限超載造成的損失超過 300 億元，給國家財產造成了巨額損失。（2）汽車尾氣超標嚴重污染環境。由于超限超載車輛燃油系統負荷過大，尤其是燃油凈化系統不能正常運轉，燃燒不完全，尾氣嚴重超標，致使車輛行駛過程中濃煙滾滾，有的甚至只見黑煙不見車，對公路兩旁環境造成了嚴重污染。（3）對車輛本身造成巨大的損失。超限超載運輸對車輛的損壞十分厲害，據一位從事超限超載運輸的車主介紹，由于超負荷運行，汽車每兩個月要換 10個輪胎，一個輪胎 1700 元左右，如果不超限超載、不出意外，輪胎每一年才換一次。（4）誘發了大量的交通安全事故。據統計， 70%的道路安全事故是由于車輛超限超載引發的，50%的群死群傷性重大特大道路交通事故與超限超載有直接關系，車輛超限超載運輸給人民生命財產造成了巨大損失。因為車輛超載后其平穩性、操作性、制動性等安全系數都會大幅下降，而交通事故率會大幅上升。（5）導致了公路運輸市場的惡性競爭。以競相壓價承攬貨源，以超限超載來獲取利潤，超得越多，賺得越多，形成了“壓價——超限超載——運力過剩——再超限超載”的惡性循環。同時造成車輛“大噸小標”泛濫。為迎合車輛超限超載運輸的需求，一些汽車生產廠商競相生產“大噸小標”車，一些汽車改裝廠和修理廠也紛紛非法改裝車輛，影響了汽車工業的健康發展。對于這種嚴重超限超載現象給公路交警們排查工作量帶來極大的挑戰，以往公路交警們憑經驗上路抽查超限超載車輛工作，杜絕不了車輛超限超載現象。一種能通過自動計算出超載的重量并打印或存儲的車輛超載檢測系統得于應用，使查驗超限超載更加合理、科學，為交警執法提供合法依據。因此對多路稱重系統進行進一步研究具有十分重要的理論意義和現實意義。本課題旨在開發一種基于ARM7的車輛多路稱重系統，該系統集多路稱重、車輛信息錄入、打印罰單于一體。在滿足精度要求的基礎上盡量減少生產成本。采用本系統進行車輛多路稱重具有如下意義:（1）功耗更低。本系統采用低功耗基于ARM7內核的ARM7TDMIS處理器。（2）良好的上位機通訊接口。系統集成了基于RS232的串行通訊接口，可以將系統中的稱重數據傳送至上位機數據庫。（3）具有良好的人機接口。采用標準鍵盤和LCD液晶屏作為輸入輸出設備，實現了圖形化操作界面。用戶可以根據LCD提示來進行查詢數據、設置參數等操作。（4）成本低廉。本系統在設計之初盡量選用性價比較高的元件，在保證功能穩定實現的前提下，大大降低了生產成本。本系統是基于ARM7的多路稱重系統，便攜性使其有更高的實用價值和更廣闊的市場前景。我國從上世紀八十年代開始研究多路稱重系統，隨著這些年經濟的不斷發展和科研實力的不斷增強，光纖傳感技術的快速發展，利用光纖進行傳感器方面的檢測技術研究也取得一定的進展，在公路自動化交通調查、稱重收費、軸載檢測、限重執法等領域發揮越來越重要的作用。雖然國內的多路稱重系統研究有了飛速的進步，但與國外相比，國內的技術還是不夠成熟，很多方面的技術還需要很大的改進。低成本、高精度、快車速的多路稱重系統是國內研究技術的主要發展方向。在我國，從八十年代開始引進國外的多路稱重系統，同時也開始了對多路稱重系統的研究。國內研究較早的是太原理工大學與山西省電子研究所開發出的軸重式計量汽車衡，山西電子所于1985年引進了加拿大公司汽車衡，與太原理工大學在此汽車衡的基礎上做了很多技術上的改進，能夠方便地應用于公路自動化交通調查、軸載檢測、限重執法等領域。太原理工大學最早在山西省安裝多路汽車衡，同時也是全國最早使用多路汽車衡的單位。最近幾年來，國內工業界對汽車衡多路稱重的需求有了很大的增長，許多生產廠家和公司都相繼推出了自己的多路汽車衡產品。山西萬立科技有限公司最早在山西省安裝多路稱重設備并一直致力于研發高精度的多路汽車衡，包括安裝在公路超限檢測的路段上和用于計重收費的高速公路段，在取得明顯效果的基礎上，2008年該公司又對稱重設備進行了改造和完善，包括稱重儀表的改進和不停車超限檢測系統的應用，大大提高了車輛通行速度，減小了車輛在高速路口的擁堵現象。國外許多國家的道路運輸也普遍存在超載現象，為了避免超載車輛對公路造成的一系列危害，歐共體成員和美國、日本等在20世紀50年代開始就對車輛多路稱重系統進行研究，經過半個多世紀的研究取得了一系列的研究成果。現階段美國、德國、日本等發達國家為了大規模推廣多路稱重系統，把低成本的多路稱重系統作為主要研究方向，大批科研人員正在致力研究出低成本高精度的多路稱重系統。1958年，美國開始對WIM系統進行研究；1968年，西德的PAT公司開始對平板式車輛多路稱重器進行研究；1974年，美國首次在車輛載荷研究中使用WIM系統；同年法國取得了一項壓電纜多路車輛稱重器的專利，即Vibracoax；1984年，美國36個州推廣安裝WIM系統；1988年，英國研制了一種性能優于Vibracoax的新型稱重壓電傳感器Vebetek5；1991年改型為Vebetek20；1992年，由歐洲高速公路系統研究實驗室聯盟(FEHRI)發起，按照歐盟運輸委員會(ECTD)的程序框架制定了COST323計劃，該計劃主要內容就是研究對公路行駛車輛進行多路載荷監控的相關問題，其中最重要的一項測試是在瑞士進行為期30個月的WIM系統實際應用測試。1994年，歐盟開始進行WAVE( Weighing in Motionof Axle and Vehicles for Europe)計劃—從1997年6月到1998年6月在瑞典寒冷條件下進行產品系統測試，即著名的CET (Cold Environment Test)測試，結果表明德國PAT、瑞士Kistler、美國Mikros等公司的產品在測量性能方面處于領先水平。2000年工TS年會上展出了一種由美國MSI公司開發的共聚物壓電軸傳感器，可以同時測量車速、車軸數、軸距并進行車型分類和多路稱重。主要是利用LPC2210作為系統MCU，再加上像電路模塊、顯示模塊、RS232通信模塊等一些必要的外圍電路模塊組成一個用于測量汽車重量并顯示的系統。設計軟件算法，編寫程序并配合硬件設計人員完成驅動程序的設計和使用說明書的書寫。本章主要對汽車稱重系統的背景、意義及研究現狀做了簡要闡述，并對本次設計所要完成的主要內容進行了簡單描述。2 多路稱重系統方案由于汽車的運動是非常復雜的，再加上各種干擾信號的存在，使真實的軸重信號淹沒在各種噪聲中。如何減少或消除噪聲，減弱各種干擾的影響，提高多路測量精度和車輛通行速度是系統設計的主導思想。要建立車輛多路稱重系統，就需要一個合理的硬件結構作為系統的基礎。系統硬件的選擇和設計按以下原則進行：（1）精確性原則多路稱重的目的是測量汽車重量，所以結果的精確性成為首要的原則。若檢測結果與真實值偏差過大，就達不到稱重的最初目的，失去了稱重的意義。（2）經濟性原則任何一項研究能否實現產品化，經濟條件都是重要的影響因素。所以在保證各方面性能的前提下，應盡量降低設備成本。（3）可靠性保證在規定的條件下，系統能正常的穩定運行，完成各項預定的功能。當車輛進入稱重區時，首先光幕或地感檢測到有車輛駛入，啟動 A/D 采集數據，車輛逐軸通過稱臺，在重力的作用下，傳感器的彈性體在彈性范圍內發生與壓力成正比的變化，從而使彈性體上的應變片阻值也發生正比的變化，配合檢測電橋，得到與荷重力成正比的檢測信號，A/D 采集傳感器的檢測信號，通過 A/D 轉換器轉換成數字信號，A/D 轉換器將數字信號送給處理器進行數據算法處理，處理器根據采集到的數據進行分析和運算，然后送數碼管部分進行顯示，并根據需要和上位機進行通信。上位機既能獲取稱重數據，又可以建立數據庫以便實現對數據存儲和管理，例如進行數據查詢，判斷是否超限超載等。上位機根據儀表傳上的數據判斷是否超重，將結果發送到 LCD 大屏進行顯示，如果超重，報警器開始報警，司機可以直觀看到是否超重和能否通行，同時，系統安有自動抓拍裝置，可以抓拍車輛的車牌號碼和車輛經過秤臺的實時圖像。經過秤臺的車輛車牌號碼和車輛數據顯示在超限管理的控制室中，治超員能夠清楚看見各個車的重量信息并知道哪個車超重，這些數據同時傳到收費站的顯示器上，收費員同樣能看到這些信息，這就減去了打印磅單的程序，提高了汽車的通行速度。該系統由壓力傳感器（稱重平臺）、電磁線圈、LCD液晶屏和ARM主系統（位于電氣控制柜內）構成。汽車稱重系統由稱重平臺、稱重傳感器、電磁線圈和集線盒組成。當有金屬物體經過電磁線圈時，線圈立即發出信號，用以判斷是否有車輛通過車道，當車輛離開時第二個電磁線圈同樣會發出信號用以判斷汽車何時完全通過。稱重系統通過壓力傳感器，將汽車重量轉換為壓力信號傳送給主系統用來計算汽車自重。嵌入式ARM主系統位于電氣控制柜中，負責收集各傳感器信號，采集處理車輛數據并通過串行線將處理后的車輛數據傳送至收費亭。 多路稱重系統示意圖（1）系統功能：對多路平穩通過的車輛進行計重，使用中最大誤差不超過正負4%。正確識別輪胎和軸數，并計量單軸，軸組及整車重量。上述數據經處理后傳送至收費計算機（上位機），作為判定是否超限或實施計重收費的依據。具備自動緩存功能，在收費計算機掉電時，自動存入緩存隊列并嘗試重發，最多可保存六輛車的數據，超過六輛時，前期數據會覆蓋。 （2）系統性能指標：稱重精度： =177。4% 稱重范圍： 單軸500 kg~30000kg工作環境： 溫度40℃~65℃稱重平臺性能10T（每軸）多路稱重系統的目的是為了測出行駛車輛的重量,目前多路稱重系統主要有檢測軸載荷和輪載荷兩種稱重方法,我們采用軸重稱量的方法計算汽車的重量所謂軸重稱量,就是分別測出車輛各軸軸荷,再由測量系統對各軸相加從而計算出整車重量。由于車輛多路稱重是通過軸重測量來實現的,具體實現還有三個問題需要解決,一是如何對車輛進行有效的分離,正確區分測量到的軸重信號是同一輛汽車的,還是不同車輛的,可以進行正確的疊加；二是如何辨別同一輛車的軸數；三是由于多路稱重系統在車輛行駛中完成測量,速度的大小會影響稱重傳感器的輸出信號的大小,進而影響測量結果和測量精度,故在處理測量數據時,要對車速進行處理,以消除車速對稱重結果的影響,因此就需要測量經過稱重系統的車輛速度。稱重臺為箱板式槽鋼結構，高強度型優質鋼焊接而成，整體鋼性好，易于吊裝、運輸。選用四只20噸高精度高靈敏度稱重傳感器，當車輛通過稱重臺時，傳感器內由電阻應變計構成的多組電橋失去平衡，從而產生瞬間的不平衡輸出信號，通過信號線纜傳給數據采集處理器。在進行多路稱量時，要求稱重平臺既能夠承受車輛頻繁長期的沖擊，有要求自振頻率應遠離車輛的最高振動頻率以避免車輛通過臺面時產生共振。多路稱重采用軸重測量的方法，要測出單軸的質量再進行疊加，得到車輛的實際質量。因此系統需要識別測得的數據是否是同一輛車的軸重。汽車多路稱重系統一般都是和不停車收費結合使用的。在秤臺前端車輛駛入方向處安放地感線圈，當有物體從其上經過時，其電感發生改變。當沒有物體經過時，電感不會改變。當單車、半掛車以及全掛車經過時，由于掛車之間也有連接，因此，連接部分經過時，地感線圈電感仍然會發生改變，只要地感線圈的電感持續變化，系統就認為是同一輛車經過收費站。同時，在路側安裝紅外光柵分車器，它能消除跟車現象，將半掛車、全掛車、單車可靠分離。這兩者結合，保證了稱重檢測數據與車輛的一一對應關系，不會出現由于誤判而產生多車或少車現象。輪軸識別器由多個高靈敏度、高精度的稱重傳感器構成，采用線陣式布設在秤臺前方單側，用來檢測駛過稱重檢測區域內車輛各軸的輪胎寬，同時與稱重檢測秤臺配合完成聯軸類型的識別。輪軸識別器是公路車輛超限檢測系統中的重要部件，其作用是正確判斷待檢車輛的輪軸類型以便準確確定其允許的載重量。在公路計重收費系統中，由于通常也需附帶超限檢測功能，因而輪軸識別器也是必備部件之一。輪軸識別器采用稱重傳感器作為敏感元件。控制面板上有16個LED燈，當某傳感器被車輪壓到時，對應LED指示燈發光。此輪軸識別器標準配置包括:識別器主體一個，控制盒一個。通常將控制盒與紅外線車輛分離器一起安裝在現場控制柜中