帶角度測量補償?shù)牟孳嚦?/h1>
2014-04-25 03:01:45陳大偉趙建明
中國科技縱橫 2014年5期
陳大偉 趙建明
(天津普瑞賽斯軟件開發(fā)有限公司,天津 300384)
帶角度測量補償?shù)牟孳嚦?/p>
陳大偉 趙建明
(天津普瑞賽斯軟件開發(fā)有限公司,天津 300384)
叉車以及叉車秤在各個領域內(nèi)都得到廣泛的使用,本文中所述的叉車秤,是叉車叉子在不與地面平行的狀態(tài)下,通過角度傳感器測量,相應的對重量進行補償,同時進行溫度補償,實時顯示當前重物的實際重量值。
角度測量 叉車秤
1 概述
叉車被廣泛應用于廠礦、倉庫、車站、港口、機場、貨場、流通中心和配送中心等場所，并可進入船艙、車廂和集裝箱內(nèi)，對成件、包裝件以及托盤、集裝箱等集裝件進行裝卸、堆碼、拆垛、短途搬運等作業(yè)，是托盤運輸、集裝箱運輸必不可少的裝備。七十年代，美，德等國家首先開發(fā)生產(chǎn)了一種叉車自動稱量裝置。九十年代后，美國各種形式的叉車幾乎都裝備了這種自動稱量裝置和重量顯示儀表，使電子稱重技術在起重搬用領域內(nèi)得到了盡情的發(fā)揮。
由于叉車的廣泛應用，近年來我國很多科研院所和電子衡器廠家進行研究，目前，國內(nèi)已有不少企業(yè)已能生產(chǎn)電子叉車秤。由于叉車適用領域的廣泛性，在不同的地方都可以使用，在使用過程中，會有路途顛簸，叉子傾斜等問題，會造成當前顯示的重量存在誤差，本文中所說的叉車秤，與傳統(tǒng)的叉車秤不同，可以根據(jù)當前叉子與地面的角度，來補償角度的變化所產(chǎn)生的重量誤差，根據(jù)環(huán)境溫度的不同，對角度傳感器進行溫度補償，并且在路途顛簸時，對數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定處理，從而實時顯示當前叉子上重物的實際重量。
圖1 叉車秤組成圖
2 叉車秤的組成
如圖1所示，這種帶角度測量補償?shù)牟孳嚦?，包括角度測量模塊和傳感器重量采集模塊及電子顯示秤。所述的稱重裝置包括兩個稱重傳感器和一個傳感器重量采集模塊，其中稱重傳感器與叉車本體的上移架上的側(cè)移架相連接，在側(cè)移架左右兩側(cè)各放置一個，而后再在每一個稱重傳感器上套一個叉車的叉子，在將傳感器重量采集模塊固定在叉車上移架上端橫梁的中間位置，所述的稱重傳感器和傳感器重量采集模塊通過兩根耐高溫傳輸線連接，每個傳感器上各有一根上述的傳輸線，將稱重量傳感器輸出的信號傳給傳感器重量采集模塊。
所述的角度測量模塊與傳感器重量采集模塊并排放在同一個位置，角度測量模塊通過一根抗干擾連接線與傳感器重量采集模塊相連接，所述的電子顯示秤為五位數(shù)碼顯示秤，掛在門架的最上方，方便使用者觀察當前顯示的重量，電子顯示秤上面有一個五針插頭，與傳感器重量采集模塊用一根耐高溫傳輸線相連接，用來傳輸采集的角度和重量。
3 工作原理
帶有角度測量補償?shù)牟孳嚦?，包括角度測量模塊和傳感器重量采集模塊及電子顯示秤，所述稱重傳感器是張力傳感器 ；兩個傳感器套在叉車上移架的側(cè)移架上，傳感器上面有插槽，將叉車車體的叉子套在插槽內(nèi)，每個張力傳感器包含由兩片電阻應變片，當叉子上有重物時，傳感器會往斜下方產(chǎn)生張力，電阻應變片會產(chǎn)生形變，傳感器會產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過傳輸線將電壓信號傳給傳感器重量采集模塊。
所述傳感器重量采集模塊固定在上移架的上端，與角度測量模塊固定在一起。其包括A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機部分、電源轉(zhuǎn)換部分，所述電源轉(zhuǎn)換部分先將電子顯示秤供的8V電源轉(zhuǎn)換為5V電源，5V電源再通過電源隔離模塊將為電路中的模擬部分供電，所述的A/D轉(zhuǎn)換部分先將從稱重傳感器采集的電壓信號，進行放大，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給單片機，一路傳感器的信號稱之為一個通道，一共包含兩個通道，兩個通道的信號分別傳輸?shù)絾纹瑱C后，由電子顯示秤中的上位機發(fā)送串口中斷信號，通過串口傳輸?shù)缴衔粰C中。
所述角度測量模塊與叉車車架相連，模塊中還包括溫度傳感器，溫度傳感器實時檢測環(huán)境溫度，將檢測到的溫度的數(shù)字信號傳給單片機，通過單片機計算對角度進行溫度補償，那么在叉車車架前后移動時，角度模塊隨之移動，這樣產(chǎn)生角度，角度測量模塊將這個角度通過485轉(zhuǎn)化芯片將485形式的角度信號轉(zhuǎn)換成RS232信號，再將角度信號通過串口傳輸?shù)缴衔粰C，傳輸角度信號與重量信號共用一個串口。
其中，在叉車運送貨物的道路有顛簸的時候，重量傳感器測量重量會受到影響，本文中的叉車秤對此情況，在軟件上采用遞推平均濾波法來保證重量的穩(wěn)定性與準確度。
綜上所述，叉車叉子的初始位置是與地面平行，叉車插上重物，叉板的門架可向前向后傾斜，當叉車門架傾斜的時候，產(chǎn)生角度，當前顯示重量存在誤差，上位機通過串口中斷向傳感器重量采集模塊發(fā)中斷信號，首先傳輸重量信號，再傳輸角度信號，上位機接收到相應信號后，計算出當前重量，在除以當前角度的COS值，這樣來補償因角度傾斜造成的誤差。
4 角度補償與溫度補償
4.1 角度補償
如圖2所示，即叉車叉子在不與地面平行的時候，叉子就與地面有一定的角度，那么當前叉車秤顯示的重量不為真實值，根據(jù)此圖，補償公式如下：
4.2 溫度補償
在實際情況中，叉車叉的重物的溫度可能會很高，如鑄造業(yè)中的鐵水等，高溫會影響角度傳感器的精度，本文中的溫度補償近似為線性補償，根據(jù)公式y(tǒng)=ax+b。設W1，W2分別為T1，T2溫度下的角度值，w為溫度補償系數(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度與角度值的近似線性關系可以得出公式：
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(天津普瑞賽斯軟件開發(fā)有限公司,天津 300384)
叉車以及叉車秤在各個領域內(nèi)都得到廣泛的使用,本文中所述的叉車秤,是叉車叉子在不與地面平行的狀態(tài)下,通過角度傳感器測量,相應的對重量進行補償,同時進行溫度補償,實時顯示當前重物的實際重量值。
角度測量 叉車秤
1 概述
叉車被廣泛應用于廠礦、倉庫、車站、港口、機場、貨場、流通中心和配送中心等場所，并可進入船艙、車廂和集裝箱內(nèi)，對成件、包裝件以及托盤、集裝箱等集裝件進行裝卸、堆碼、拆垛、短途搬運等作業(yè)，是托盤運輸、集裝箱運輸必不可少的裝備。七十年代，美，德等國家首先開發(fā)生產(chǎn)了一種叉車自動稱量裝置。九十年代后，美國各種形式的叉車幾乎都裝備了這種自動稱量裝置和重量顯示儀表，使電子稱重技術在起重搬用領域內(nèi)得到了盡情的發(fā)揮。
由于叉車的廣泛應用，近年來我國很多科研院所和電子衡器廠家進行研究，目前，國內(nèi)已有不少企業(yè)已能生產(chǎn)電子叉車秤。由于叉車適用領域的廣泛性，在不同的地方都可以使用，在使用過程中，會有路途顛簸，叉子傾斜等問題，會造成當前顯示的重量存在誤差，本文中所說的叉車秤，與傳統(tǒng)的叉車秤不同，可以根據(jù)當前叉子與地面的角度，來補償角度的變化所產(chǎn)生的重量誤差，根據(jù)環(huán)境溫度的不同，對角度傳感器進行溫度補償，并且在路途顛簸時，對數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定處理，從而實時顯示當前叉子上重物的實際重量。
圖1 叉車秤組成圖
2 叉車秤的組成
如圖1所示，這種帶角度測量補償?shù)牟孳嚦?，包括角度測量模塊和傳感器重量采集模塊及電子顯示秤。所述的稱重裝置包括兩個稱重傳感器和一個傳感器重量采集模塊，其中稱重傳感器與叉車本體的上移架上的側(cè)移架相連接，在側(cè)移架左右兩側(cè)各放置一個，而后再在每一個稱重傳感器上套一個叉車的叉子，在將傳感器重量采集模塊固定在叉車上移架上端橫梁的中間位置，所述的稱重傳感器和傳感器重量采集模塊通過兩根耐高溫傳輸線連接，每個傳感器上各有一根上述的傳輸線，將稱重量傳感器輸出的信號傳給傳感器重量采集模塊。
所述的角度測量模塊與傳感器重量采集模塊并排放在同一個位置，角度測量模塊通過一根抗干擾連接線與傳感器重量采集模塊相連接，所述的電子顯示秤為五位數(shù)碼顯示秤，掛在門架的最上方，方便使用者觀察當前顯示的重量，電子顯示秤上面有一個五針插頭，與傳感器重量采集模塊用一根耐高溫傳輸線相連接，用來傳輸采集的角度和重量。
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所述傳感器重量采集模塊固定在上移架的上端，與角度測量模塊固定在一起。其包括A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機部分、電源轉(zhuǎn)換部分，所述電源轉(zhuǎn)換部分先將電子顯示秤供的8V電源轉(zhuǎn)換為5V電源，5V電源再通過電源隔離模塊將為電路中的模擬部分供電，所述的A/D轉(zhuǎn)換部分先將從稱重傳感器采集的電壓信號，進行放大，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給單片機，一路傳感器的信號稱之為一個通道，一共包含兩個通道，兩個通道的信號分別傳輸?shù)絾纹瑱C后，由電子顯示秤中的上位機發(fā)送串口中斷信號，通過串口傳輸?shù)缴衔粰C中。
所述角度測量模塊與叉車車架相連，模塊中還包括溫度傳感器，溫度傳感器實時檢測環(huán)境溫度，將檢測到的溫度的數(shù)字信號傳給單片機，通過單片機計算對角度進行溫度補償，那么在叉車車架前后移動時，角度模塊隨之移動，這樣產(chǎn)生角度，角度測量模塊將這個角度通過485轉(zhuǎn)化芯片將485形式的角度信號轉(zhuǎn)換成RS232信號，再將角度信號通過串口傳輸?shù)缴衔粰C，傳輸角度信號與重量信號共用一個串口。
其中，在叉車運送貨物的道路有顛簸的時候，重量傳感器測量重量會受到影響，本文中的叉車秤對此情況，在軟件上采用遞推平均濾波法來保證重量的穩(wěn)定性與準確度。
綜上所述，叉車叉子的初始位置是與地面平行，叉車插上重物，叉板的門架可向前向后傾斜，當叉車門架傾斜的時候，產(chǎn)生角度，當前顯示重量存在誤差，上位機通過串口中斷向傳感器重量采集模塊發(fā)中斷信號，首先傳輸重量信號，再傳輸角度信號，上位機接收到相應信號后，計算出當前重量，在除以當前角度的COS值，這樣來補償因角度傾斜造成的誤差。
4 角度補償與溫度補償
4.1 角度補償
如圖2所示，即叉車叉子在不與地面平行的時候，叉子就與地面有一定的角度，那么當前叉車秤顯示的重量不為真實值，根據(jù)此圖，補償公式如下：
4.2 溫度補償
在實際情況中，叉車叉的重物的溫度可能會很高，如鑄造業(yè)中的鐵水等，高溫會影響角度傳感器的精度，本文中的溫度補償近似為線性補償，根據(jù)公式y(tǒng)=ax+b。設W1，W2分別為T1，T2溫度下的角度值，w為溫度補償系數(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度與角度值的近似線性關系可以得出公式：
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