本科生公路车辆超载检测系统的研究.doc
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1、哈尔滨远东理工学院学士学位论文 题 目:公路车辆超载检测系统的研究 姓 名:李传运 分院: 专业: 学 号: 指导教师: 二0 年 月 日毕业设计(论文)评语及成绩 一、指导教师评语:是否同意参加答辩:指导教师签字: 20 年 月 日 二、评阅人评语:是否同意参加答辩: 评阅教师签字: 20 年 月 日 三、答辩委员会评语:是否建议授予学士学位:答辩委员会成员签字:1、 2、 3、 4、 5、 6、7、 8、 9、 20 年 月 日 四、答辩委员会主任单位 答辩委员会主任职称 答辩委员会主任签字 20 年 月 日 五、毕业设计(论文)成绩: 学生所在分院盖章: 20 年 月 日哈尔滨远东理工学
2、院毕业设计(论文)任务书学生姓名学 号分 院专 业任务起止时间: 年 月 日 至 年 月 日毕业设计(论文)题目:毕业设计(论文)工作内容:毕业设计(论文)进度安排:1、查阅中外文文献资料,写出文献综述阶段:2、调查、设计、实验、研究阶段:3、设计(论文)撰写与整理阶段:指导教师意见与要求: 签字: 年 月 日主任意见: 签字: 年 月 日哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文摘 要公路运输仍然是货物运输的主要手段,对国民经济的建设起到了积极的推动作用。但是公路上的超载车辆的危害却是很大的,主要有:加速损坏公路路面,增加公路成本,造成交通事故频繁发生,加速车辆损坏等,因此对公路车辆超载管理的问题就
3、显得日趋重要。动态称重是公路车辆自动称重计量的有效手段,也是加强公路超载运输、强制实施超载法规等管理现代化、科学化的技术条件。对于动态称重来说,速度和精度是两个非常重要的性能指标,它们标志着动态称重的水平。本文通过对国内外的汽车动态称重技术的研究与比较,建立了汽车称重的力学二阶系统模型,推导出车重与传感器输出电压之间关系的数学方程。根据此模型,设计了以DSP和ARM为核心的车辆超载检测系统。该系统由硬件和软件两部分构成,硬件主要包括称重模块和控制模块。称重模块由数据采集模块和数据处理模块构成。为了保证采集数据的实时性和较强的抗干扰能力,选用了ADI公司的高精度模数转换器AD7714和光纤传感器
4、来组成数据采集模块;为了实现称重算法的运行和进行复杂数学运算,采用了TI新推出的TMS320DM642构成数据处理模块的核心,其主频最高可达720MHz,处理性能可达 5760MIPS,满足了动态称重对速度和精度的要求。为了及时响应称重模块的系统请求,本文设计了以Intel公司的PXA270为核心的控制模块,在其上扩展了触摸屏接口、IDE硬盘接口、以太网接口等。通过在控制模块上构建信息管理系统,进行相应的控制命令的输入和控制动作的输出,同时实现大量数据的存储与传输。软件部分包括两部分,一部分是对建立的称重模型通过编程在DSP上实现,完成对数据的处理;另一部分是ARM上信息管理系统和工作流程的设
5、计与实现。通过对嵌入式实时操作系统Windows CE的裁减与定制,在其上用Embedded Visual C+(EVC)建立了信息管理系统和工作流程软件,对车辆的信息进行管理和对车辆超载检测的整个过程进行控制,并实现了整个系统的实时操作和多任务工作。本文采用了模块化的思想进行了软件设计,使软件容易升级,人机界面友好,使系统操作简便。最后对本文设计的整个系统进行了性能试验和误差分析,并对进一步的工作进行了设想。关键词:动态称重;DSP;ARM;传感器AbstractThe road transport is the main means for merchandise, which promo
6、tes national economy. But the damage of the overloading is huge, such as destroying the road surface, increasing its cost, making more traffic accident and accelerating the vehicles aging etc. So it becomes more and more important to resolve the overloading problem and repair the highway. As the eff
7、ective method to auto-weighing vehicle, vehicle dynamic weighing is the precondition to the modernized and scientific management of reinforcing overloading control regulations. For the dynamic weighing system, the weighing accuracy and the vehicle pass speed are the most important features, which in
8、dicate the technical level of dynamic weighing. Through studying and comparing the vehicle overload weighing technique at home and abroad, mechanics system model of two steps of vehicle weighing is established, the math equation between vehicle weight and output voltage of sensor is deduced. Then ac
9、cording to the math equation, this paper designs vehicle overloads detecting system which consists of DSP and ARM. The system is composed of two parts: hardware and software. The hardware includes weighing module and control module. The weighing module includes data sample module and data process mo
10、dule. In order to ensure the real time ability of sample data and better anti-jamming ability, this paper selects ADIs high accuracy analog to digital convertor AD7714 and fiber sensor to consist of data sample module. For achieving weighing arithmetic and carrying out complex math operation, TMS320
11、DM642 is adopted as the core of data process module, whose highest main frequency can reach 720MHz, process performance can reach 5760MIPS. Moreover, TMS320DM642 still can meet the requirement of speed and accuracy in dynamic weighing system. For responsing requirement of weighing module system in t
12、ime, this paper designs control module whose core is PXA270 of Intel Company, on which touch screen interface, IDE hard disk interface, Ethernet interface is extended. Through establishing information management system on control module, input of control order, output of control actio n and a mass o
13、f data storage and transmission is carried out. The software also includes two parts. The one part realizes the weighing model on DSP by programming and carris out process data. The other one designs and realizes information management system and work flow. Through cutting down and customizing Windo
14、ws CE, a embedded real time operation system, using Embedded Visual C+(EVC), this paper establishs information management system and work flow software, which may manage vehicle information, control process of vehicle overloads detecting and carry out the detecting system real time operation and mul
15、ti-task work. This paper makes software easy to update by adopting modularization idea to design software and makes system operation simple for friendly man-machine interface.Finally, this paper makes performance test and error analysis for the detecting system and conceives the further work.Keyword
16、sdynamic weighing ; DSP ; ARM ; sensor3哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文目 录摘 要1Abstract2目 录3第1章 绪论51.1 课题背景51.2 动态称重概述51.2.1 车辆动态称重技术的回顾61.2.2 车辆动态称重产品的发展历史71.2.3 车辆动态称重技术的国内发展展望81.3 车牌识别系统概述91.4 本文主要工作9第2章 称重系统的构成及算法102.1 工作平台简述102.1.1整车识别102.1.2 轮轴识别与车速度检测122.2 称重模型建立142.2.1 力学模型142.2.2 测量系统的传递函数162.2.3 传递函数离散化16
17、2.2.4 信号分析及算法172.3 本章小结18第3章 系统硬件设计193.1 系统概述193.2 数据采集与处理模块193.2.1 TMS320DM642概述203.2.2 网络接口203.2.3 ATA硬盘223.2.4 实时时钟233.3 传感器233.3.1 传感器的选择233.3.2 光纤压力传感器原理243.4 数模转换器253.5 控制模块253.5.1 PXA270核心板253.5.2 触摸屏接口263.5.3 IDE电路263.5.4 USB概述273.6 ARM与DSP接口设计273.7 本章小结27第4章 软件设计与试验结果分析284.1 系统工作流程284.2信息管理
18、系统294.3 称重模块软件294.4 称重算法试验结果304.4.1 动载质量标准304.4.2试验结果及分析304.4.3 称重系统的静态标定314.5本章小结31结论32致谢33参考文献34附录3640第1章 绪论1.1 课题背景近年来,我国道路运输车辆超限超载现象极为普遍,在严重的地区,几乎所有的货运车辆都存在不同程度的超限超载行为。2000年以来,有关部门和地方先后开展了一系列治理工作,取得了一定成效,但由于超限超载涉及面广,治理难度大,加之利益驱动,特别是源头问题没有得到有效解决,使超限超载成为一个“顽症”,有“愈演愈烈”之势。车辆超限超载运输对交通安全、运输市场、车辆生产秩序及路
19、桥基础设施造成极大危害。一是诱发了大量道路交通安全事故;据统计,70的道路安全事故是由于车辆超限超载引发的,50的群死群伤性重特大道路交通事故与超限超载有直接关系,车辆超限超载运输给人民生命财产造成了巨大损失。二是严重损坏了路桥基础设施;超限超载车辆的荷载远远超过了公路和桥梁的设计承受荷载,致使路面损坏、桥梁断裂。正常使用年限大大缩短,不得不提前大中修。全国公路每年因车辆超限超载造成的损失超过300亿元,给国家财产造成了巨额损失。三是导致了道路运输市场的恶性竞争;以竞相压价承揽货源,以超限超载来获取利润,超载越多,赚的越多,形成了“压价超限超载运力过剩再超限超载”的恶性循环,正常使用年限在10
20、年左右的货运车辆23年后即破旧不堪1。四是造成车辆“大吨小标”泛滥;为迎合车辆超限超载运输的需求,一些车辆生产厂商竞相生产“大吨小标”汽车,一些车辆改装厂和修理厂也纷纷非法改装车辆,影响了汽车工业的健康发展。上述问题说明,车辆超限超载运输造成道路运输市场扭曲,诚信水准下降,严重损害了统一开放、竞争有序的市场秩序,阻碍了现代道路运输市场体系的建立和完善,破坏了正常的社会经济秩序,也严重危及国家和人民的生命财产安全。道路运输车辆超限超载的危害性,引起了党中央、国务院的高度重视2。发达国家在公路骨干网上普遍设立了检测设备,对超限现象实施严格管理。目前在全国超限超载治理工作中需要大量的检测设备,而装有
21、检测设备的高等级公路匝道或收费站却不多,车辆是否超载主要由交通管理人员凭经验判断,由于缺乏科学性,给管理部门的严格执法带来困难。或者采用大型地磅秤作为计量设备而造成车辆排队等候称量,使交通堵塞,因此目前路政管理部门需要一种动态称重系统来规范公路车辆货重检测,从而抑制日益严重的超载现象。1.2 动态称重概述动态称重简称为WIM(weigh-in-motion),是指汽车在运动状态下称出汽车的重量。与停车状态下的静态称重相比,动态称重的主要优点是节省时间、效率高,使得称重不至于造成对正常交通的干扰,对公路建设与管理有着极为重要的意义,同时对实现交通运输管理的现代化也有着巨大的促进作用。但另一方面,
22、静态称重时车辆平稳地作用在称重仪上,除汽车的真实重量外无其他任何干扰,因此容易实现高精度测量。而动态称重时除汽车的真实重量外还有其他许多因素,如汽车结构及载荷状况、车辆行驶状态、路面状况等会产生干扰,严重影响测量结果,对实现高精度的动态称重造成很大困难。目前汽车动态称重系统已经在一些发达国家,如美国、德国、日本等得到广泛应用,其中德国PAT公司生产的产品精度已达3,而国内在这方面研究的起步比较晚,目前产品的平均误差从5到30不等3 4。1.2.1 车辆动态称重技术的回顾为了抑制车辆超载给道路设施造成损害,国外从20世纪50年代后期就开始对车辆超载检测技术进行研究,到20世纪90年代基本上形成了
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