汽车衡自动称重系统称重信号处理的理论研究

　　汽车衡称重传感器输入信号处理系统的实际信号中的主要噪声是称重系统和汽车的振动引起的由正弦曲线和余弦曲线叠加而成的噪声,它也是信号处理系统所要滤除噪声中的主要部分[1].

　　1　汽车衡称重信号处理系统的数学模型

　　在工程实际中,信号处理系统可分为硬系统(模拟滤波系统)和软系统(数字滤波系统)两种[2].随着计算机、测控技术的发展信号处理逐步有软系统取代了硬系统,软系统具有好的开发性能,而且节省资源.

　　软系统(数字滤波)主要由数据采集板和数字滤波程序组成.本设计自动称重系统称重信号处理采用的就是数字滤波系统进行信号处理.

　　常用的窗函数有:矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、布拉克曼窗,通过几种窗函数比较结合布拉克曼窗的函数和频谱函数图如图1所示,不难发现布拉克曼窗的主瓣窄高且旁瓣极低,它的频谱最接近于理想单位采样函数的频谱.用于滤除噪声信号时,效果最为理想,且用布拉克曼窗在时域进行截断时,称重信号产生的能量泄漏必定是最少的.因此,决定采用布拉克曼窗用于时域截断.布拉克曼窗的函数和频谱函数单边表示表达式分别为式:

　　两式中系数的选择应满足以下约束条件:

　　其中式(1)即为数字滤波系统的数学模型,式(2)为数学模型的频域表达式.在布拉克曼窗取a0,a1,a2三项系数时,可得最大第一旁瓣电平为-67dB.由此可知,经过布拉克曼窗滤波的系统称重信号可极大限度的滤除噪声干扰,用窗函数进行加权,还可滤除信号中的噪声,得到信号的真实值.即窗函数的函数表达式就是数字滤波程序的数学模型,也即是此数字信号处理系统的数学模型.

　　2　汽车衡称重信号的数据处理

　　汽车衡称重信号的数据处理的关键是采用合适的滤波算法滤除信号中的噪声,求得真实的质量值.因此,选用一种恰当的滤波方法是设计这套汽车衡自动称重系统的关键所在.对数据的处理有很多种方法,较为常用的有平均算法、离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)等[3].

　　2.1　称重数据滤波算法的选用

　　现有的动态电子轨道衡(如北京铁道学院开发的动态轨道衡)大多数采用平均算法进行数据处理.但是用于汽车衡自动称重系统的称重传感器的输出信号中,噪声的干扰相当大且无规律,所以动态电子汽车衡的数据处理不宜采用平均算法.虽然离散傅里叶变换可进行谱分析,但由于计算量太大,因此是不切实际的.而分裂基FFT算法的运算量明显低于其它几种算法,且程序也很短.因此,本研究决定采用分裂基FFT算法对数据进行处理.