本文介紹了一種軸重式地磅方案。該方案硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件算法新穎，具有一定的實用價值。

0.引言

地磅是各種礦業(yè)、鋼鐵企業(yè)、港口部門廣泛應(yīng)用 的稱重器具。這些部門吞吐量大，稱量任務(wù)重，所以快 速高效是對所用地磅的基本要求。其次，造價便宜， 維修和調(diào)整方便，構(gòu)造簡單等也是合理的要求。正是為 了滿足這種需要，動態(tài)地磅在最近幾年發(fā)展較快。 但大多都是整車計量方式。假設(shè)汽車以lOkm/h的速度 通過地磅，如果要求汽車至少在稱臺面的時間為0.5s， 那么整車計量方式的動態(tài)汽車衡臺面長度至少應(yīng)為整車 長度再加1.5m。這樣的地磅當(dāng)然是一個龐然大物，大 大增加了工程造價和占地面積。所以動態(tài)地磅的發(fā)展 方向應(yīng)當(dāng)是軸計重方式。當(dāng)前應(yīng)用中的地磅多種多 樣，功能和原理也各不相同。但大多或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價 格較貴；或者結(jié)構(gòu)簡單但存在計量缺陷，容易漏檢。作 者經(jīng)過比較多種地磅和機械式地磅后，提出一 種新式汽車衡方案。該方案結(jié)構(gòu)簡單，算法新穎，具有 一定的實用價值。

1.方案原理

以三軸汽車為例進行分析，由力學(xué)原理可知，汽車 的總重量等于各個輪對的壓力之和，即G=F1+F2+F3。 如圖1所示。

所以，我 們只要測量出 汽車的各個輪 對的壓力就可 以算出汽車的 總重量。正是基于這個原理，設(shè)計了以下方案。

2.方案說明

2.1硬件部分

硬件部分整體方案如圖2所示。

圖中的光電傳感器是用來檢測有無車輛通過地磅源發(fā)射出的光投射到光電傳感器上。光電傳感器接受到 光后，產(chǎn)生一個高電壓信號Uk=l。Uk經(jīng)過放大后傳到 非門電路上。由于非門電路的反向作用，輸出一個低電 壓信號Uc=0。當(dāng)單片機接受到Uc-0時，拒絕接受壓力 信號的輸入。

當(dāng)有車輛通過時，光源發(fā)出的光被隔斷。光電傳感 器接受不到光，輸出為低電壓信號Uk=0。這時，非門電 路輸出為高電壓信號Uc=l。單片機接受到這個高電壓信 號后，開始接受輸入的壓力信號。

當(dāng)汽車的輪對通過地磅梁時，壓力傳感器測量 出相應(yīng)的壓力信號n，￡2，f3。壓力信號是非常微弱的模擬 電信號，所以要經(jīng)過放大器放大。放大后的模擬信號經(jīng) 過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸?shù)絾纹瑱C。由于壓 力信號是連續(xù)的信號，所以單片機首先對其進行信號采 樣，然后經(jīng)過濾波，再選出恰當(dāng)?shù)闹底鳛檐囕S的壓力。 車軸的壓力就等于fl，f2，B之和，即F-fl+f2+f^把F的值依次保存到變量FI、F2、F3中：

當(dāng)汽車通過后，光源發(fā)出的光又投射到光電傳感器 上。這時，光電傳感器又輸出高電壓信號，非門輸出低 壓信號。單片機接受到這個低壓信號后，停止接受壓力 信號的輸入，并把前面的FI、F2、F3進行求和。汽車 的總重量就等于各個輪對的壓力之和。把結(jié)果輸出到屏 幕和打印機。

2.2軟件部分

單片機的應(yīng)用程序流程如圖3所示。

本程序的總體思想就是當(dāng)車軸經(jīng)過稱臺面時，對其 壓力信號進行采樣。先過濾掉車輪剛剛進人稱臺階段的 壓力信號，保留車輪平穩(wěn)通過稱臺時的壓力信號，然后 又過濾掉車輪離開稱臺階段的壓力信號。對保留的壓力 信號求平均值，這個平均值就是車軸的壓力。最后把所 有車軸的壓力求和，就得到整車的重量。

本程序之所以采用光電傳感器送來的信號作控制信 號，就是為了控制可靠，避免誤操作。要求T大于一個閥 值，是為了避免在車輪還未經(jīng)過稱臺時，稱臺本身的震動 或誤差產(chǎn)生的壓力信號被單片機接受，誤當(dāng)作是車軸的壓 力信號。要求壓力信號的相對變化率小于一個檢測值，是 為了過濾掉車輪進人或退出稱臺階段的壓力信號。因為這 兩個階段壓力信號急劇變化，不能反映車軸的真實壓力。

由于計算時只保留車輪平穩(wěn)通過稱臺時的壓力信 號，所以要求汽車的通過速度不能太快，要有一段在稱 臺上平穩(wěn)運行的時間。以稱臺面長1.5m為例，假設(shè)稱臺 及壓力傳感器的響應(yīng)時間為0.5s，采樣周期為2ms,如 果要求至少采樣500個，則車速不能超過3.6km/h。

3.本方案的優(yōu)點

首先，本方案自動化程度高，幾乎不用人工參與就 可以稱出汽車的重量。其次，允許汽車 連續(xù)通過稱重，從而效率也比較高。第 三，本方案由于采用逐次測量汽車的各 個輪對的壓力進行累加的方法，所以，地磅的結(jié)構(gòu)很小，占地也很小。第四， 由于所有信號都采用電信號傳輸，所以 操作人員可以遠離汽車通過的現(xiàn)場，改 善了工作人員的工作條件。而且，采用 單片機控制，便于實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)化管理。

另外還有一個潛在的優(yōu)點，就是本 方案稍加擴展就可以實現(xiàn)更多的功能。 比如，如果給通過的汽車配置一個條形 編碼，把汽車的凈重預(yù)先存在計算機中， 在汽車通過時，用紅外線檢測儀掃描一 下條形編碼，計算機自動把稱重結(jié)果減 去該車的凈重，便得到所載貨物的重量。

4.結(jié)論

為了避免汽車通過稱臺時，稱臺水 平方向搖動使壓力傳感器產(chǎn)生附加應(yīng) 力，應(yīng)安裝稱臺的水平方向定位裝置以 承受水平方向的力。

為了能準確地稱量出各車軸的實際 壓力，在稱臺前后應(yīng)各有一段坡度小于 0.3%的路面。這段路面的長度至少要大 于所通過的汽車的全長。

車速應(yīng)根據(jù)實際的臺面長度和響應(yīng) 時間限應(yīng)保持勻速，禁止加速或減速。因為變 速時，車輪對臺面有附加壓力。

由于是動態(tài)稱重，所以誤差肯定是有的。可以根據(jù) 實際的經(jīng)驗公式對稱重結(jié)果加以修正。