基于轮计量和系统模型的动态轨道称重系统

　　1　引言

　　在我国的许多江河上有一些因为水利方面的需要而建的坝,当船只要通过这些坝时,有一种办法是用轨道车(也称升船机)将船运送过坝。运送船只过坝的收费是按船的大小和装载的货物多少而定的,为了准确、合理地体现这个原则,必须对过坝船只进行动态称重。根据坝和轨道的实际情况我们研制了一种基于轮计量法的动态轨道称重系统,下面将着重对动态信号的处理进行介绍。

　　2　系统的设计

　　2·1　重量信号的获取

　　系统采用轮计量法获取船只重量的信息,用两只安装在轨道侧壁上的销钉式传感器分别采集两条轨道上的轮重信号;传感器的安装采用非轴线位置安装(见图1),两路传感器的信号由低导通电阻电子模拟开关切换,只需经过一个放大、滤波通道即可完成信号的传输和采集。这样,既减少了硬件的投资,又避免了两个放大通道所造成的离散性。

　　传感器1和传感器2采集的重量信号经过两只受单片机控制的电子模拟开关送入精密放大电路(见图2);放大路将放大后的信号送至A/D转换器;A/D转换器在单片机的控制下每隔200μs完成一次采样和A/D转换,并由单片机接收数字信号。

　　2·2　硬件设计

　　硬件系统[1]的框图如图2所示。由于被测重力信号的出现时间短暂,在设计放大器时选用了动态响应较快的精密集成运放OP-37,其信号传输率为12 V/μs。根据传感器的动态响应的速率,我们将放大器的低通滤波带通截止频率设计为f0=0·8 kHz。选用A/D转换器AD1674,其最高采样速率为fs=100 kHz,信号采集时间为1μs,这些动态性能指标已能满足本系统的信号传输、采集的要求。在单片机系统中安排了48K×8 bit RAM用于保存四个轮子的瞬间重力作用信号,单片机的机器频率为11·059 2kHz,并经过ICL232电平转换电路以RS232协议与上位(PC)机通讯。

　　2·3　软件设计

　　本系统的软件包含系统初始化、显示、串行通讯、信号采集、数字滤波、各轮重信号处理等程序[1]模块。信号采集程序的设计思想为:当测量装置接收到运送船只的平板轨道车开始运行的信号,即开始对传感器1或传感器2采集信号,边采集信号边分析车轮是否已压在传感部位上;若尚未压着则废除前面的采集,若已经压着则开始保存数据,这些数据将留给数字滤波程序、轮重信号处理程序使用。数字滤波程序在采样间隔期间就开始运行,滤波的处理方法将在后面叙述。等4个轮重信号都接收完,并且数字滤波程序也完成后,即开始运行轮重信号处理程序(轮重信号处理方法见后),轮重信号处理完成后可得出与实际船重相对应的数字量,各轮的数字量依据标定后的结果经不同的比例换算并求和即可得出实际的船重。船重数据分别送显示程序和串行通讯程序,显示程序将完成二进制数据与显示码的转换;串行通讯程序将数据送至上位机。