一种车载静态称重系统设计*

张从力，史记征，陈增江

(1.重庆大学 自动化学院，重庆400030;2.重庆长安跨越车辆有限公司，重庆 万州404040)

0 引 言

随着我国经济的不断发展，货物运输产业也在不断扩大，然而，测量货车实际载重量一直是困扰货车司机和供货商的一大难题。虽然可以通过地磅称量货车货物的重量，然而对于去农村或山区收购农产品的大型货车来说，这无疑是不可能实现的。本文基于此种考虑，设计了一种车载静态称重系统。在货车上安装车载静态称重系统之后，无论是集装箱货物还是散装货物，不用过磅，其重量可通过车载称重系统立刻显示在显示屏上，并可根据需要，随时打印出称量的结果。

1 静态货车车载称重系统的设计原理

静态货车车身自带称重系统主要有数据处理单元、称重传感器、倾角传感器以及其他外围器件组成［1］。数据处理单元采用AT89C52 单片机芯片，安装在驾驶室内，是整个称重系统的核心;称重传感器和倾角传感器安装在车厢与底盘之间。当车辆静止时，由传感器采集4 路载重信息，经单片机处理后存储车辆载重信息并将其显示在液晶显示屏上，然后移动车辆多次，数据处理单元将显示和存储每次的称重结果，并求其平均值作为最终车载货物的重量。移动车辆进行多次测量的目的是为了尽量减少各种干扰对测量精度的影响。

2 系统硬件设计

称重系统的原理框图如图1 所示［2］。

图1 称重系统原理图Fig 1 Principle diagram of weighing system

倾角传感器用来测量货车相对于水平地面的倾斜角，其安装目的是为了减少地面不平整对测量结果的影响;4 只压力传感器用来采集货物的重量信息;显示屏用来显示测量结果;指示灯用来显示车辆是否过载;按键是用来确定货物的测量次数，即货车移动次数，按键一旦按下，其值将被保存，以便最后求平均值，默认情况下测量一次;扩展接口是用来接打印机等外部设备。

2.1 传感器的选择

倾角传感器采用普通传感器即可满足要求，其安装目的是为了尽量消除地面不平整对测量精度造成的影响。称重传感器采用压力传感器，压力传感器主要有整体多柱式、低型面平台式、低型面弯曲梁式、单悬臂式、双悬臂式和S型拉压式等。

在以上各种压力传感器中，通过对比它们的特点，结合本系统的要求，选用双悬臂式传感器。因为双悬臂式传感器抗压力能力强、承重能力大、抗侧向冲击能力强，并且易于安装［3，4］。

2.2 传感器的安装位置

本方案中，在车辆底盘的周围安装4 只压力传感器。传感器的安装位置与方法如图2 所示。

图2 传感器安装位置示意图Fig 2 Sketch map of sensor installation position

2.3 信号处理电路设计

2.3.1 信号的采集

当车厢装有货物时，压力传感器会发生形变，从而导致传感器输出电压的变化，系统通过检测传感器输出电压的变化可以间接地测量出车厢内货物的重量。由于传感器的机械变形量很小，所以，传感器输出电压的变化量ΔU 非常小，在进行A/D 转换之前，ΔU 需要经过高精度的放大电路进行放大，然后进入微处理器进行处理。信号放大功能由放大器AD620 完成［5］。电路连接图如图3 所示。

2.3.2 信号的处理

经AD620 放大后的电信号为1～5 V 的标准信号，但仍为模拟信号，单片机的CPU 不能直接对这些信号进行处理。需要对其进行整形、滤波，然后经ADC0809 进行A/D转换。ADC0809 是CMOS 单片型8 位逐次逼近式 A/D 模数转换器，其内部有一个8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，转换时间为130 μs，满足系统要求。控制器采用AT89C52 单片机，它的工作电压较低、性能优良，片内含有通用的8 位中央处理器、256B 的随机存取数据存储器和8 kB 可反复擦写的Flash 只读程序存储器，兼容标准 MCS-51 指令系统［6］。

图3 信号放大电路图Fig 3 Circuit diagram of signal amplification

单片机对ADC0809 的输出信号进行处理，处理后的结果就是车厢内货物的重量，同时，将处理结果在液晶屏上进行显示。本系统中用YLF12232F 作为显示屏，YLF12232F 液晶屏内置有 8192 个 16 ×16 点汉字库和128 个16 ×8 点 ASCII 字符集图形点阵，它主要由行、列驱动器和128 ×32 全点阵液晶显示器组成。可实现图形、汉字的显示，与控制器接口既可以采用并行连接，也可以采用串行连接。ADC0809，YLF12232F 与控制器的连接电路图如图4 所示。

图4 系统总电路图Fig 4 Overall circuit diagram of system

3 系统软件设计

软件部分主要完成倾斜角度计算、数据采集、数据处理和称量结果显示等功能。程序用面向工程的C51 语言编写。

4 系统实验与结果分析

实验对象是重庆长安跨越车辆有限公司生产的SC1022BB13D1.0MT FA 轻型货车，其额定载重量为1.3 tf。采用100，50，10 kgf/袋沙子为载重单位，对设计方案进行测试。实验结果如表1 所示。

图5 数据处理程序流程图Fig 5 Flow chart of data processing program

表1 部分实验结果Tab 1 Partial experimental results

从表中可以看出:误差一直保持在0.5kgf以内，说明系统基本上能满足货车车载称重系统的要求。如果所需测量结果的精度要求较高，可以多次移动车辆，控制系统将显示并保存每次的测量结果，并将其平均值计算出来并显示。

5 结束语

本文从实际需要出发，设计了一种车载静态称重装置，该系统可以安装在各种不同类型的载货汽车上，并可根据车型的最大载重量不同选择不同的传感器型号，使货车在没有地磅的情况下可以随时随地测量其载货量，同时也避免了多次测量货物重量再装车所造成的误差。本文所设计的系统中，当货车超载时，指示灯将变成红色，但也可以根据实际需要，对系统的软硬件进行改进，当货车超载时，可以限制车辆的启动。

［1］ 林 颖，李文举，常永贵，等.基于ARM 的车载称重系统［J］.仪表技术与传感器，2008(3):28 －30.

［2］ 李正军.一种汽车载体自动称重装置的研究［J］.电子测量与仪器学报，2009(8):95 －98.

［3］ 冉文东.车用传感器组件及解决方案［J］.中国高新技术企业，2009(6):23 －24.

［4］ 郁有文，常 健，程继红.传感器原理及工程应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2003.

［5］ 余祖俊.微机检测与控制应用系统设计［M］.北京:北京交通大学出版社，2001.

［6］ 胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.2 版.北京:清华大学出版社，2004.