吳銘哲,蘇永茂,鄭金城,趙志華

（1.義烏市民用航空管理局，義烏，322000； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，威海，264209）

0 引言

受多種因素影響，國內(nèi)汽車行業(yè)在運(yùn)輸市場上的運(yùn)輸能力小于運(yùn)輸數(shù)量，導(dǎo)致多年來運(yùn)輸價格不斷攀升，大部分從事運(yùn)輸行業(yè)的車主們受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，就從超載運(yùn)輸中獲取暴利。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，超載貨車占貨車總量的50%左右，超載量基本在4～6.25 倍左右。

車輛超載嚴(yán)重?cái)_亂了道路運(yùn)輸市場，使得國家道路與橋梁的建設(shè)和維護(hù)更加困難，使道路周圍的環(huán)境受到了更多污染，嚴(yán)重威脅著人們的生活和財(cái)產(chǎn)安全。因此，筆者提出了一種基于車載稱重技術(shù)和CAN 總線通信技術(shù)的載運(yùn)貨車超載限制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能對車輛的載荷進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測，還能夠?qū)崿F(xiàn)車輛超載后無法正常啟動的功能，因此，對車輛超載的治理有著積極的意義。

1 總體設(shè)計(jì)方案

載運(yùn)貨車超載限制系統(tǒng)主要由傳感器組、監(jiān)控單元和限制執(zhí)行單元構(gòu)成，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案圖

2 超載限制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主要傳感器的設(shè)計(jì)

（1）電阻應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì)

所以只要測得鋼板彈簧的應(yīng)變即可間接得出鋼板彈簧的載荷信息。本文中電阻應(yīng)變傳感器的應(yīng)變片選用選擇金屬箔式應(yīng)變片，測量電路采用全橋電路。

（2）車輛行駛判斷電路設(shè)計(jì)

車輛行駛過程中，超載限制系統(tǒng)對其控制，勢必會給行車安全帶來很大的影響，所以超載限制系統(tǒng)工作前必須判斷車輛是否行駛。

車輛行駛判斷電路的基本原理為霍爾效應(yīng)。當(dāng)車輛行駛時，車輛行駛判斷電路輸出TTL 高電平，單片機(jī)判斷車輛行駛中，超載監(jiān)測與超載限制系統(tǒng)暫停工作，否則單片機(jī)判斷車輛未行駛，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

（3）車體振動判斷電路設(shè)計(jì)

停車狀態(tài)下，貨物裝載后啟動前也存在著微小振動，將會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，所以在貨物裝載后要進(jìn)行振動檢測。

當(dāng)車體有振動時，車體振動判斷電路輸出高電平給MCU，MCU 進(jìn)行動態(tài)稱重，否則輸出低電平給MCU，MCU 進(jìn)行靜態(tài)稱重。

2.2 超載監(jiān)測模塊關(guān)鍵技術(shù)

（1）放大電路設(shè)計(jì)

稱重傳感器輸出的信號十分微弱，并且隨時有振動和噪聲的干擾，所以為了保證測量值的準(zhǔn)確性，在稱重傳感器的信號通過A/D 轉(zhuǎn)換之前，必須對信號進(jìn)行放大。稱重傳感器輸出的電壓為毫伏級別，為了保證測量精度，本文選用高精度儀表放大芯片AD620。

（2）數(shù)據(jù)的處理與顯示模塊設(shè)計(jì)

本文的MCU 選用的是宏晶公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2 系列單片機(jī)，此單片機(jī)適用于強(qiáng)干擾場合。四個電阻應(yīng)變傳感器與角度傳感器輸出的模擬電壓信號由STC12C5A60S2 的自帶A/D 轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后，經(jīng)過MCU 計(jì)算得出車輛的總載荷與各軸的軸載。最后判斷車輛是否超載，并將結(jié)果顯示到液晶屏上。當(dāng)車輛超載時，超載監(jiān)測模塊啟動聲光報警，之后再啟動超載限制執(zhí)行模塊限制超載車輛正常啟動。

2.3 超載限制執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)

超載監(jiān)測模塊判斷車輛超載后，需要限制車輛啟動，這個執(zhí)行動作由超載限制執(zhí)行模塊來完成。超載限制執(zhí)行模塊與車輛CAN 總線進(jìn)行通信，控制燃油噴射的相應(yīng)CAN 節(jié)點(diǎn)，通過控制供油電磁閥的開閉來限制車輛啟動

（1）CAN 控制器

本文選用Philips 公司生產(chǎn)的獨(dú)立型工程控制器SJA1000，此種獨(dú)立型控制器在工程使用中相對靈活，能夠與多種類型的微處理器、單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線接口進(jìn)行組合，非常適用于汽車環(huán)境，SJA1000 與MCU 的接口如圖2 所示。

圖2 SJA1000 接口原理圖

SJA1000 的AD0～AD7 與STC89C52 單 片 機(jī) 的P0 口 連 接，作為數(shù)據(jù)和地址復(fù)用總線。WR、RD、ALE 分別與單片機(jī)對應(yīng)腳相連。片選信號與單片機(jī)的P2.0 管腳相連，當(dāng)管腳P2.0 為0 時，系統(tǒng)選中SJA1000，并可對其進(jìn)行相關(guān)的操作。SJA1000的MODE 接+5V，選擇InTel 的工作模式為二分頻。INT 是SJA1000 控制器中斷信號的輸出端，與單片機(jī)的INT1 管腳相連接，處理器通過中斷的工作方式對SJA1000 的數(shù)據(jù)存儲區(qū)進(jìn)行訪問。

（2）CAN 驅(qū)動器

本文選擇Philips 公司生產(chǎn)的PCA82C250 作為本模塊的CAN 驅(qū)動器。PCA82C250 與SJA1000 接口如圖3 所示，引腳1和4（TXD、RXD）分別與CAN 控制器SJA1000 的TXD 和RXD 管腳連接。其引腳8（RS）有3 種不同的工作方式供選擇：斜率控制、高速模式和待機(jī)模式。由于系統(tǒng)波特率較低，本電路采用斜率控制方式，在RS 引腳上接一個斜率控制電阻，電阻的阻值依據(jù)總線通信速度來調(diào)節(jié)，通常在16～200K 范圍內(nèi)選擇，本電路選用電阻。

圖3 PCA82C250 接口原理圖

3 超載限制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

超載限制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳感器數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的顯示以及與車輛CAN 總線進(jìn)行通信以限制超載車輛啟動。

系統(tǒng)的整體程序流程圖如圖4 所示。

4 結(jié)語

目前車載稱重技術(shù)只是對車輛載荷與軸載進(jìn)行檢測與顯示，或者利用無線通信設(shè)備將車輛超載信息發(fā)送給超載監(jiān)督部門，但這沒有阻止超載車輛正常運(yùn)行，對公路依然損害很大，達(dá)不到良好的超載防治效果。所以筆者提出設(shè)計(jì)了一種利用應(yīng)變傳感器測量車輛鋼板彈簧的載荷信息，間接得出車輛載荷與各軸軸載，并判斷其超載情況，當(dāng)車輛超載時，系統(tǒng)與車輛CAN總線進(jìn)行通信限制超載車輛正常啟動的裝置。此系統(tǒng)從源頭上，降低了超載車輛的各種危害，對監(jiān)測和治理車輛超載、保證運(yùn)輸與行車安全、減少車輛超載對道路的損害具有十分重要的意義。

圖4 系統(tǒng)總體方案圖

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