过采样方法在动态轴重式汽车衡中的应用

　　目前动态汽车衡从计量形式上可分为：轴计量、轴组计量和整车计量 3 种。 动态轴重式汽车衡属于轴计量形式，是对行驶中的车辆称重的一种衡器。

　　而信号处理主要影响动态轴重式汽车衡的称量精度及速度。 目前，信号处理主要有 2 种：一是使用内部集成有低或中分辨率 A/D 转换的器件，节省成本，但增加了繁琐的模拟电路;二是使用高分辨率 A/D 转换器，可省去模拟电路，但对 A/D 转换性能要求高，而采样率不高。 采用过采样方法可以克服上述缺点， 且利用二者的优点实现对信号的高精度测量。

　　1 过采样技术及原理

　　A/D 转换能引入很多种噪声 ，例如热噪声 、杂色噪声 、电源电压变化、参考电压变化、由采样时钟抖动引起的相位噪声以及由量化误差引起的量化噪声等[1]。 在参考电压及信号线输入端上加旁路电容等技术可以减小噪声。 但是，在 A/D转换过程中，总是存在量化噪声的，一个给定位数的数据转换器的最大信噪比(RSN)由量化噪声定义。 在一定条件下过采样会减小量化噪声和改善 RSN，有效提高测量分辨率[2]。过采样是指对某个待测参数进行多次采样，得到一组样本， 然后对这些样本累计求和并对这些样本进行均值滤波、减小噪声而得到一个采样结果[3]。 图 1 为过采样测量系统原理图。

    　过采样技术远大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行采样[4]。 假设原来的采样频率为 fs，若将采样频率提高到 R fs，R 为过采样比率，并且 R>1。 n 为量化比特数，E(f)为带内的能量谱密度(ESD)，fm为信号的最高频率[5]，则 E(f)与 fs的关系式：

　　在采样的数字信号中，量化比特数没有改变，总的量化噪声功率也不变， 但这时量化噪声的频谱分布发生了变化，原来均匀分布在 0~fs/2 频带内的量化噪声分散到了 0~Rfs/2的频带上。 若 R>>1，Rfs/2 就远大于信号的最高频率 fm，量化噪声大部分分布在频带之外的高频区域，分布在频带之内的量化噪声就会相应减少，通过低通滤波器滤掉 fm以上的噪声分量，就可以提高系统的信噪比[6]。

　　2 应用原理

　　噪声功率与过采样率和分辨率的关系式[7]：

将过采样应用于动态轴重式汽车衡中， 实现等效于 16位 A/D 转换器的精度测量。 在程序中，将 256 个连续的 A/D转换器累加到变量 X 上，在完成累加后又将 X 右移 4 位并将结果存入变量 result 中，在得到计算结果后，result 被清零，准备下一次计算。 对 A/D 转换器的累加在 A/D 转换中断服务程序中完成。 用于累加过采样数据和进行除法运算的存储器单元的字节数必须足够多，以免发生溢出或截断错误。