高速公路計重收費系統(tǒng)中輪軸識別器改進設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：高速公路管理局采用計重收費系統(tǒng)，實行以車輛軸型結(jié)合重量的方式收取車輛過路費用。為了提高工作效率，針對目前車輛輪軸識別率比較低并且在使用中容易被燒壞的問題，本文采用對該新的硬件系統(tǒng)中的原有電源模塊和其它硬件電路進行改進的方法來解決上述問題?，F(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明：改進后的輪軸識別器不僅識別率大大提高，已達到99％以上，而且使用壽命延長，應(yīng)用穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：輪軸識別；計重收費；電源；運算放大器

    自計重收費系統(tǒng)實行以來，高速公路管理局不僅對車輛軸型識別率要求很高，而且要求設(shè)備使用期較長，以此保證車輛正常通過收費站。而原輪軸識別器，需要經(jīng)常維護，不僅成本高，而且電路板經(jīng)常被燒壞，識別率比較低，影響收費站工作效率。針對電路板經(jīng)常被燒壞的問題，筆者從電源硬件電路著手進行改進設(shè)計，如：加上了壓敏電阻和熱敏電阻。針對識別率低的問題，對硬件電路進行改進設(shè)計，如：添加了模擬放大電路模塊。

1 電源電路的改進
    在現(xiàn)場使用中，電路板經(jīng)常出現(xiàn)燒壞，尤其是在打雷、閃電之后，分析其原因，對電源電路進行改進。
    其原電路圖如圖1所示，而改進后的電路圖如圖2所示。

    由兩個電路圖比較可以發(fā)現(xiàn)，改進后的電源在插座的一端接入了一個壓敏電阻而不是直接接入大地，在另一端和電容C1也并上了一個壓敏電阻之后串聯(lián)了一個正的熱敏電阻。壓敏電阻是一種在一定電流電壓范圍內(nèi)其電阻值隨電壓而變的電阻，而當(dāng)它兩端的電壓超過它的閾值時，流過它的電流激增，相當(dāng)于閾門打開，從而可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常高壓，保護電路免遭過高電壓的損害。正的熱敏電阻在工作中，其溫度與其他元件的溫度相近，串聯(lián)在電路中不會阻礙電流通過，但當(dāng)電路突然出現(xiàn)過電流時，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致其溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度時，電阻瞬間會劇增，導(dǎo)致電路中的電流會迅速減少到安全值，從而起到保護電路免受突然增加的電流而損壞。
由以上可知，電路經(jīng)常被燒壞，基本上都是由電路電源提供的電壓突然增大或電流突然增大造成的，尤其是打雷閃電。本設(shè)計就是從源頭上避免這種電壓電流增大造成的損壞。

2 輪軸識別器硬件電路改進
    在現(xiàn)場使用中，輪軸識別器識別出的軸數(shù)經(jīng)常出現(xiàn)丟軸少軸的現(xiàn)象，識別率比較低，在車多時經(jīng)常出現(xiàn)卡死等現(xiàn)象，影響工作效率，分析其整個電路工作過程，對其硬件電路進行改進。[!--empirenews.page--]
2．1 原輪軸識別器介紹
    原來的輪軸識別器總的結(jié)構(gòu)比較簡單，如圖3所示，其電路主要有模擬開關(guān)和微處理器組成，傳感器檢測到的信號經(jīng)過模擬開關(guān)送往微處理器對其進行處理，數(shù)據(jù)處理完成后將其送入上位機或儀表，供上位機或儀表使用。

2．2 改進后的輪軸識別器
    改進后的輪軸識別器總的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其電路主要有模擬放大模塊、微處理器模塊、AD轉(zhuǎn)換器模塊、電子模擬開關(guān)和輸出指示。與原來電路相比主要增加了模擬放大模塊、AD轉(zhuǎn)換器模塊和輸出指示。

    放大器的作用就是將輸入的微小電壓按一定的倍數(shù)放大，這樣在電路中不易被電阻等其它元器件消耗掉。改進后的輪軸識別器放大模塊中有兩個放大器一個是OP07運算放大器，一個是AD620儀表放大器。OP07是一種高精度運算放大器，具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂及長期穩(wěn)定等特點。AD620是一款高精度儀表放大器，具有低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移特性，是電子稱和傳感器接口等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首選。
    電子模擬開關(guān)選用高性能的比如切換速度必須足夠快，以此滿足車輛在快速通過傳感器時產(chǎn)生的信號能夠完整的通過它。
    A／D轉(zhuǎn)換器通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電流、電壓等電信號，也可以是濕度、位移、聲音等非電信號。在A／D轉(zhuǎn)換前，輸入到A／D轉(zhuǎn)換器的信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。它的選擇也必須滿足現(xiàn)場測量的要求，尤其在轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度上。它是整個電路的關(guān)鍵部分，其性能的優(yōu)劣將直接影響到整個電路板的整體性能。
    輸出指示主要是LED燈顯示。
    通常情況下，傳感器的輸出信號是比較小的只有零點幾毫伏，非常微弱。經(jīng)放大模塊里的AD620儀表放大器和OP07運算放大器放大幾倍后，再經(jīng)電子模擬開關(guān)送其入AD轉(zhuǎn)換器，此時的AD轉(zhuǎn)換器與電子模擬開關(guān)直接相連。CPU是整個電路板的核心處理器，它不僅擔(dān)任著數(shù)據(jù)信號的處理，而且還協(xié)調(diào)AD轉(zhuǎn)換器和電子模擬開關(guān)的工作。輸出指示電路是主要是為了現(xiàn)場觀察和調(diào)試方便。
    通過兩個電路的比較可知，原輪軸識別器沒有放大器模塊，傳感器采集到的信號很可能被電阻消耗等而消失，而且其處理數(shù)據(jù)方式比較簡單。
    實測證明：改進后的輪軸識別器處理速度加快，識別率大大提高，很少出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。
[!--empirenews.page--]
3 輪軸識別器的軟件實現(xiàn)
    該系統(tǒng)軟件采用C語言編程，C語言是美國貝爾研究所推出的，C語言已經(jīng)成功移植到大、中、小及微型機上。它既可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以編寫不依賴計算機硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍非常廣泛，且具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，具體應(yīng)用比如嵌入式、單片機等。主要程序代碼如下：
[!--empirenews.page--]


4 結(jié)束語
    現(xiàn)場實測證明：對輪軸識別器的進行改進設(shè)計后，總體來說，本文的設(shè)計增加了防雷、閃電等功能，而且提高了處理數(shù)據(jù)速度和能力。應(yīng)用于高速公路計重收費系統(tǒng)后，電路板很少出現(xiàn)燒壞卡死的現(xiàn)象，而且識別率大大提高，應(yīng)用穩(wěn)定。