一种综合高精度智能车辆实时称重方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种综合高精度智能车辆实时称重方法，包括以下步骤：在车辆上若干个用于承重的车轴上分别设置应变电阻传感器，应变电阻传感器为四个电阻应变片组成的惠斯通全桥电路；S02，惠斯通全桥电路输出电压信号变化由差分放大电路对其采集并放大，并通过调零和衰减电路对电压信号变化经行调整；S03，放大和调整后的电压信号经过称重控制器的AD芯片进行进行模数转换，然后传输给称重控制器的单片机MCU进行数据处理；S04，单片机MCU将处理后得到的重量数据传输到数码管显示屏进行显示。本发明专利技术还提供一种综合高精度智能车辆实时称重系统。本发明专利技术提供的一种综合高精度智能车辆实时称重方法及其系统，能够实时显示车辆载货重量，具备安全、可靠、成本较低和精度足够高优势。势。势。

【技术实现步骤摘要】
一种综合高精度智能车辆实时称重方法及其系统


[0001]本专利技术涉及一种综合高精度智能车辆实时称重系统，属于称重系统


技术介绍

[0002]重型车辆因超载而侧翻、损坏道路的新闻层出不穷，超载超限为道路行驶安全带来无穷安全隐患。随着数字化时代来临及新一轮物流行业技术革命的快速发展，关于车辆实时称重系统的研究备受关注。通过调查和分析，发现现有的车载称重系统有很多弊端。传统的称重方式大多是地磅称重，必须到固定的地点称重，十分麻烦；还有利用轴销式传感器来实现的，轴销式传感器替换了卡车上的板簧与大梁连接处的螺栓，虽然没有改变车身高度和结构，但安装同样工程浩大，而且严格来说，其替换了极为重要的受力部件，破坏了原厂的设计，可以算是非法改装，一旦该部件出现问题，车辆原生产厂家必然不会承担因此引起的问题；传统应变式称重传感器做车载实时称重的方案，主要是把普通称重传感器安装在车厢和车架之间，传感器一头固定在车架新增的部件上，另一头悬空，用于托起车厢，相当于把车厢改造成为一个秤盘。因此，在加装时需要将整个车厢抬高，会破坏汽车结构，使汽车主体的重心升高，具有安全隐患。综上所述目前的车载称重系统在精度、成本、可靠性这三个方面很难做到平衡，同时还有安装麻烦、安全隐患等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种综合高精度智能车辆实时称重方法及其系统，能够实时显示车辆载货重量，具备安全、可靠、成本较低和精度足够高优势。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种综合高精度智能车辆实时称重方法，包括以下步骤：
[0006]S01，在车辆上若干个用于承重的车轴上分别设置应变电阻传感器，应变电阻传感器为四个电阻应变片组成的惠斯通全桥电路，惠斯通全桥电路的输入端由称重控制器提供电源；
[0007]S02，惠斯通全桥电路输出电压信号变化由差分放大电路对其采集并放大，并通过调零和衰减电路对电压信号变化经行调整；
[0008]S03，放大和调整后的电压信号经过称重控制器的AD芯片进行进行模数转换，然后传输给称重控制器的单片机MCU进行数据处理；
[0009]S04，单片机MCU将处理后得到的重量数据传输到数码管显示屏进行显示，并通过控制按键控制单片机MCU。
[0010]S01中，四个电阻应变片中第一电阻应变片和第三电阻应变片位于左右方向的一侧，第二电阻应变片和第四电阻应变片位于左右方向的另一侧，满足关系
[0011][0012]其中V
S
为称重控制器提供的电源，V
O1
为四个电阻应变片构成的全桥惠斯通电路输出的电压，k为应变片的系数，ε1，ε2，ε3，ε4分别为第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片的应变量。
[0013]S02中，AD芯片输入端采集到的信号为差分放大之后的电压信号，满足
[0014][0015]其中V1和V2为惠斯通全桥电路的两个输出端电压，R1和R2为设定的比例电阻，两者阻值大小一样，R
p
为匹配电阻，R
f
为比例参考电阻，电阻大小依据R1和R2的阻值大小而定，V
O2
为差分放大之后电压信号的大小。
[0016]车辆上有用于承重的车轴个数至少为两个，单片机MCU计算出来的重量值为多个车轴上称得重量的平均值。
[0017]称重之前进行标定，单片机MCU采用多级标定，建立应变电阻传感器信号与称重重量之间的线性关系。
[0018]单片机MCU采用卡尔曼滤波算法对信号进行预测，对当前信号和预测的信号对比和求协方差，再得到下一个预测信号，每次的预测信号构成输出序列，此输出序列便是滤波后得到的稳定信号，卡尔曼滤波公式具体为：
[0019]EVN＝ECR*EVP+KG*(MV
‑
EVP)
[0020][0021][0022][0023]设卡尔曼增益为KG，本次估计值为EVN，上次估计值为EVP，当前估计协方差ECN，下次估计值为ECX，测量值为MV，当前测量协方差为MCN，下次测量协方差为MCX，估计变化比为ECR。
[0024]一种综合高精度智能车辆实时称重系统，包括设置在若干个设置在车轴上应变电阻传感器，所述应变电阻传感器由惠斯通全桥电路构成，包括四个电阻应变片，四个所述电阻应变片在所述车轴上下和左右方向呈几何对称分布，所述惠斯通全桥电路的输入端与称重控制器提供的电源连接，所述惠斯通全桥电路的输出端依次连接有差分放大电路以及调零和衰减电路，所述衰减电路与所述称重控制器的输入端连接，所述称重控制器包括AD芯片和单片机MCU，所述AD芯片的输入端与所述衰减电路连接，所述AD芯片的输出端与所述单片机MCU的输入端连接，所述单片机MCU连接有数码管显示屏和控制按键。
[0025]所述AD芯片型号为AD1256，所述单片机MCU型号为STM32F103C8T6。
[0026]所述电阻应变片包括基底，所述基底为PEEK薄膜，所述基底上设置有盖片，所述基底与所述盖片之间设置有敏感栅，所述基底与所述敏感栅以及所述基底与所述盖片之间均通过通过粘结剂固定。
[0027]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种综合高精度智能车辆实时称重方法及其系统，不改变车辆原有结构，不影响车辆安全性，采用高精度的惠斯通全桥电路，而不是传统电阻应变片称重测量的惠斯通四分之一桥电路，用四个电阻应变片即可变电阻而不是单个电阻应变片，对比惠斯通四分之一桥电路，具有更多的可变项，能够有效地消除压向或拉
向，以及弯曲、剪切或扭转应力等干扰，能实现较高精度的车辆实时称重，直接将测重设备安装于车轴上，不需要改变车身结构随车而行，保证了安全并且安装便捷；称重之前进行标定，单片机MCU采用多级标定，能够减小系统误差，进一步提高测量精度；单片机MCU采用卡尔曼滤波算法，具有精度高，稳定性强的特点。
附图说明
[0028]图1是本专利技术一种综合高精度智能车辆实时称重的系统连接图；
[0029]图2是本专利技术安装电阻应变片的车轴主视图；
[0030]图3是本专利技术四个电阻应变片构成的惠斯通全桥电路图；
[0031]图4是本专利技术差分放大电路的电路结构图；
[0032]图5是本专利技术AD芯片采样部分和单片机MCU控制部分；
[0033]图6是本专利技术多级标定，单级标定与实际值之间的对比；
[0034]图7是本专利技术采用卡尔曼滤波效果图。
[0035]图中附图标记如下：1
‑
第一贴片电阻应变片；2
‑
第二贴片电阻应变片；3
‑
第三贴片电阻应变片；4
‑
第四贴片电阻应变片；5
‑
车轴；6
‑
车辆。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合高精度智能车辆实时称重方法，其特征在于：包括以下步骤：S01，在车辆上若干个用于承重的车轴上分别设置应变电阻传感器，应变电阻传感器为四个电阻应变片组成的惠斯通全桥电路，惠斯通全桥电路的输入端由称重控制器提供电源；S02，惠斯通全桥电路输出电压信号变化由差分放大电路对其采集并放大，并通过调零和衰减电路对电压信号变化经行调整；S03，放大和调整后的电压信号经过称重控制器的AD芯片进行进行模数转换，然后传输给称重控制器的单片机MCU进行数据处理；S04，通过控制按键控制单片机MCU，单片机MCU将处理后得到的重量数据传输到数码管显示屏进行显示。2.根据权利要求1所述的一种综合高精度智能车辆实时称重方法，其特征在于：S01中，四个电阻应变片中第一电阻应变片和第三电阻应变片位于左右方向的一侧，第二电阻应变片和第四电阻应变片位于左右方向的另一侧，满足关系其中V
S
为称重控制器提供的电源，V
O1
为四个电阻应变片构成的全桥惠斯通电路输出的电压，k为应变片的系数，ε1，ε2，ε3，ε4分别为第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片的应变量。3.根据权利要求2所述的一种综合高精度智能车辆实时称重方法，其特征在于：S02中，AD芯片输入端采集到的信号为差分放大之后的电压信号，满足其中V1和V2为惠斯通全桥电路的两个输出端电压，R1和R2为设定的比例电阻，两者阻值大小一样，R
p
为匹配电阻，R
f
为比例参考电阻，电阻大小依据R1和R2的阻值大小而定，V
O2
为差分放大之后电压信号的大小。4.根据权利要求1所述的一种综合高精度智能车辆实时称重方法，其特征在于：车辆上有用于承重的车轴个数至少为两个，单片机MCU计算出来的重量值为多个车轴上称得重量的平均值。5.根据权利要求1所述的一种综...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏来，孙科学，孙立，丁家润，马辰煜，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：