基于模型化测量的船只过坝动态轨道衡的研制

　　1　前　言

　　在中国的许多江河上有一些因为水利方面的需要而建的坝,当船只要通过这些坝时,有一种方法是用轨道车(也称升船机)将船运送过坝.运送船只过坝 的收费是按船的大小和装载的货物多少而定的,为了准确、合理地体现这个原则,必须对过坝船只进行动态称重,本文介绍的就是用于船只过坝称重的动态轨道称重 系统.

　　图1所示是船只过坝称重的动态轨道重系统示意图.系统采用销钉式称重传感器,以轮计量的方式逐个测出每个轮子压在传感部位上时的重力波形;测量 装置中信号处理电路对传感器的信号进行放大、滤波、A/D转换等处理,并将处理后的数字信号送入测量装置中的单片机;单片机对获取的动态信号进行存储、滤 波、分析、运算,最后得出被称船只的重力.由于采用的是轮计量法,本称重系统的标定与一般的称重系统不同,这在后续的文中将进行介绍;又因车轮经过传感器 的时间很短,传感器获得的信号是动态的(见图4和图6所示),本称重系统采用了特殊的信号处理方法,信号处理方法的讨论将在后面展开.

　　2　系统的设计[1]

　　2.1　重量信号的获取

　　系统采用轮计量法获取船只重量的信息,用两只安装在轨道侧壁上的销钉式传感器分别采集两条轨道上的轮重信号;传感器的安装采用非轴线位置安装 (见图2所示),两路传感器的信号由低导通电阻电子模拟开关切换,只需经过一个放大、滤波通道即可完成信号的传输和采集.这样既减少了硬件的投资,又避免 了两个放大通道所造成的离散性.

　　传感器1和传感器2采集的重量信号经过两只受单片机控制的电子模拟开关送入精密放大电路(见图3所示);放大电路将放大后的信号送至A/D转换器;A/D转换器在单片机的控制下每隔200μs完成一次采样机A/D转换,并且数字信号由单片机接收.

　　2.2　硬件设计

　　硬件系统的示意框图如图3所示.由于被测重力信号的出现时间短暂,在放大器的设计时选用了动态响应较快的精密集成运放OP-37,其信号传输率 为12V/μs.根据传感器的动态响应的速率,我们将放大器的低通滤波带通截止频率设计为f0=0.8KHz.选用A/D转换器AD1674,最高采样速 率为fsample=100KSPS,信号采集时间为1μS,这些动态性能指标已能满足本系统的信号传输、采集的要求.在单片机系统中安排了 48K×8bit RAM用于保存四个轮子的瞬间重力作用信号,单片机的机器频率为11.059KHz,并经过ICL232电平转换电路以RS232协议可与上位(PC)机 通讯.

　　2.3　软件设计

　　本系统的软件包含系统初始化、显示、串行通讯、信号采集、数字滤波、各轮重信号处理等程序模块.信号采集程序的设计思想为:当测量装置接收到运 送船只的平板轨道车开始运行的信号,则开始对传感器1或传感器2采集信号,边采集信号边分析车轮是否已压在传感部位上,若尚未压着则废除前面的采集,若已 经压着则开始保存数据,这些数据将留给数字滤波程序、轮重信号处理程度使用.数字滤波程度在采样间隔期间就开始运行,滤波的处理方法将在后面叙述.等四个 轮重信号都接收完,并且数字滤波程序也完成后,即开始运行轮重信号处理程序,轮重信号处理方法见后节,轮重信号处理完成后可得出与实际船重相对应的数字 量,各轮的数字量依据标定后的结果经不同的比例换算并求和即可得出实际的船重.船重数据分别送显示程序和串行通讯程序,显示程序将完成二进制数据与显示码 的转换;串行通讯程序将数据送至上位机.