基于粘贴式应变传感器的车辆超载监测系统

　　随着国民经济的不断发展,运输产业的规模不断扩大,我国公路运输中的超载超限问题也凸显出来,超载超限问题已成为危及人民群众生命安全和国家财产安全,影响社会经济协调、健康发展的一个突出社会问题.车辆称重技术的落后使得治理车辆超载的效果一直不显著.因此提高车辆称重技术成为了解决这一问题的关键[1-3].

　　本文利用钢板弹簧悬架的变形量与车辆载重的对应关系,获得在车辆正常行驶情况下的载重信息.设计了一套基于嵌入式系统和粘贴式应变传感器的车辆超载动态监测装置.在车辆自由运行的过程中,检测车辆的载重情况.并利用SMS(ShortMessaging Service)技术,实现车辆身份信息和超载信息的远程监测[4-7].

　　1　车辆载重监测系统的设计原理

　　基于AT89C52单片机,采集车身浮动辨识电路输出的开关量及加速度传感器信号,判断车辆运动状态.当车厢浮动正常并且车辆匀速行驶时,由应变传感器采集4路载重信息,经单片机处理后存储车辆载重信息并将其显示在液晶显示屏上,每隔30 s刷新一次,当车体振动幅度超过预设值或非匀速行驶时,通过软件实现上次采样信息的5s延时,间隔5 s重新检测车辆运行状态.车辆持续超载时, SMS通信装置将车辆信息以及超载信息以短消息形式发送给管理中心,管理中心监视车辆超载情况,并把数据提供给相关部门,系统构成如图1所示.

　　2　系统的硬件设计

　　系统的硬件主要由传感器组、信号调理电路、数据信息处理单元及GSM通信模块[8]构成.系统硬件结构如图2所示.

　　2. 1　称重传感器的研制

　　传感器组包括加速度传感器,车厢浮动继电器和称重传感器.加速度传感器和车厢浮动继电器采用普通市售传感器即可满足要求,主要是用来检测车辆的加速度和车厢浮动情况,以消除车辆振动和重心移动对检测结果造成的影响,避免产生冲击干扰.称重传感器用来检测车体的载重,采用应变片电阻粘贴的方法实现,需要自行研制,下面介绍其检测原理及结构设计.

　　2. 1. 1　粘贴式应变传感器检测原理[9]

　　目前广泛应用的称重传感器都是利用地球的重力作用,检测物体的重力在垂直方向上造成的承重物应变来计算出物体的质量.本文设计的粘贴式应变传感器粘贴在钢板弹簧表面,传感器可以通过检测钢板弹簧表面应变测得钢板弹簧的簧载质量.

　　由于钢板弹簧弦长的变化与板簧承载量成线性关系.由微积分原理可知,钢板弹簧中的一固定小段AB的长度变化也与板簧承载量成线性关系.因此,可以通过检测AB的长度变化得到车辆的载重信息.

　　本文用电阻应变片检测AB段的长度变化.电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形时,其电阻值相应发生变化,即“应变效应”.电阻应变效应的理论公式[10]如下: