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随着社会经济的蓬勃发展,特别是高速公路和高架桥的不断扩建,使得我国的交通运输行业越来越受关注,但同时伴随而来的便是交通安全及车辆超载超限问题。车辆超载超限的现象将会对路面和桥梁的结构造成严重的损伤,降低了车辆行驶的安全系数的同时,也减少了高速公路和桥梁的使用寿命,增加了维修和养护的费用。汽车动态称重技术作为目前最普遍、最重要的称重检测手段,它的研究和开发对汽车装载量、行驶情况及高速公路、桥梁交通量的检测就显得十分的必要。
本课题是以汽车动态称重系统为研究对象,以压电薄膜交通传感器为检测元件进行相关的硬件电路设计及软件代码的编写。通过对称重信号采集和处理方法的深入研究,完成系统前端现场采集处理模块的设计,从而为数据传输通讯模块和整个系统的正常运行奠定基础。全文研究内容主要包括以下五部分:
第一部分,介绍了课题来源、研究目的和研究内容,并阐述了汽车动态称重技术在国内外的研究现状以及发展趋势。
第二部分,着重分析了压电薄膜交通传感器的检测原理、传感器输出信号的特点以及主要影响因素,为后续称重信号的有效处理和计算奠定理论基础。
第三部分,对动态称重系统进行整体方案设计,并针对压电薄膜交通传感器输出信号的特点,设计了一种以高性能数字处理DSP芯片TMS320VC5509A为核心处理器的现场采集处理模块。现场采集处理模块作为整个汽车动态称重系统的核心单元,它的主要任务是完成5Km/h~180Km/h行驶速度范围的各种轴重信号的检测,为实现高速、准确的数据采集和处理提供可靠的硬件平台。
第四部分,基于CCS3.3软件平台,利用C语言编写现场采集处理模块的应用程序,分别从DSP初始化、数据采集、软件滤波、数据处理等四个方面来实现多通道检测信号的高速采集、动态存储和数据处理工作,并根据数据测量结果进一步对现场采集处理模块的性能进行分析和研究。
第五部分,在实验室环境下,通过压电传感器信号发生器模拟输出多路传感器信号,完成现场采集处理模块中的信号调理电路的测试;并对两种不同数据处理方法下所获得称重结果进行对比和误差分析。
本文对汽车动态称重信号的采集和处理方法进行了研究,根据传感器输出信号的特点,完成了多路压电薄膜传感器输出信号的模拟和现场采集处理模块的硬件设计,同时采用了两种不同的数据处理方法,实现了称重信号的高速采集、动态存储和精准计算。理论分析和实验测试表明,本设计中的现场采集处理模块已基本满足性能指标要求,为后期系统的研制和开发提供了一定的技术参考。