轮胎识别器在计重收费系统中的应用(下)

　　2.4 压力传感Ⅰ型

　　这种形式的轮胎识别器由弹性体、电阻应变片、引线及外壳等部分组成，其原理是利用压力型传感器的原理，当车辆压上时，弹性体承载重力并有一与重力成正比的形变，电阻应变片粘贴在弹性体上，与弹性体有相同的形变，由此产生电阻变量△R，在供桥电路作用下，桥路的输出端产生与重力成正比的电压，从而得到电信号。

　　这种形式的轮胎识别器原理、结构简单，但电路却较复杂。电路主要由运算放大器、电子模拟开关、AD 转器、微控制器、输出指示等部分组成。数据处理完后送往上位机，以供上位机使用。

　　图 2-10 为超宽车道的原理图，正常车道传感器为 12 只。

　　传感器的输出信号是非常微弱的，所以传感器信号必须经过一个放大倍数比较大的运算放大器之后，才能经电子模拟开关送入 AD 转换器。电子模拟开关的性能必须满足现场的需要，比如切换速度必须要快，以满足车辆在快速通过时的信号能够完整的通过它。与电子模拟开关直接相连的 AD 转换器在转换速度和转换精度上也要满足现场测量的要求，它是本电路中的关键部分，其性能能够直接影响到本电路板的整体性能。CPU 是电路板的核心部分，它不仅担任着数据处理的重任，而且还协调着电子模拟开关和 AD 转换器的工作。输出指示电路主要作用是为了现场调试方便。

　　在电路工作时，CPU 控制着电子模拟开关循环对传感器进行扫描，AD 转换器对数据进行 AD转换，转换后的数据送往 CPU，CPU 对这些数据进行判断，如果数据明显高出零点，则说明有车压在传感器上，根据当前模拟开关的路数，便可以知道是哪一只传感器了。由于扫描速度足够快，即使有多个传感器被压上，程序也能够将每一只传感器区分出来。判断完了之后 CPU 便将判断的结果送出，以便上位机的使用，同时也送到输出指示电路，由 LED 的亮灭指示出来。

　　在现场由于工作环境非常恶劣，所以传感器的零点是不固定的，在程序中必须有零点跟踪的部分，只有这样才能保证信号判断的准确性。

　　采样速率是根据车速来计算的，车速越快，要求采样速率越高。下面以 36km/h 为例来说明采样速率的计算。36km/h 也就是 10m/s，传感器的突起部分是有效的接触部分，其直径为 30mm，如图2-11 所示。

　　在图 a 中，车轮开始压上传感器，在图 b 中车轮离开传感器，这段车轮的弧长实际为 200mm 左右，也就是 0.2m，所以车轮压过传感器的时间为20ms，由力学可知，传感器的受力为抛物线，程序中去头去尾后为有效的受力时间，这段时间大约为20ms 的一半，也就是 10ms，要在 10ms 中准确的24判断有无车轮压到传感器，就要求 CPU 对所有传感器的扫描速度不少于 100Hz，实际中车速是不定的，加上对可靠性的要求，实际扫描速度不应少于1000Hz，这样就可以计算出 AD 转换器的最低转换速率为 16KHz， (因为有 16 只传感器需要分别转换)，就可以算出对一路的转换时间为 62.5us。在这个速率下，电子模拟开关的要求是在 16KHz 的速率下，才能够让模拟信号完整的通过。