一種有效的超重報(bào)警動(dòng)作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：貨車超載現(xiàn)象屢禁不止，致使道路破壞、交通事故頻發(fā)、運(yùn)輸市場(chǎng)惡化等現(xiàn)象不斷上演。本文提出一種動(dòng)態(tài)稱重方法，實(shí)現(xiàn)超重報(bào)警動(dòng)作。超載檢測(cè)模塊由稱重傳感器實(shí)現(xiàn)，傳感器調(diào)理電路包括波形整形、放大，控制和動(dòng)作部分由開(kāi)關(guān)三極管和時(shí)間繼電器來(lái)完成。在理論分析計(jì)算和仿真的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理選擇、調(diào)整各器件參數(shù)，不斷調(diào)試，最終多次試驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)超重檢測(cè)報(bào)警，報(bào)警音延時(shí)一段時(shí)間后切斷電路的目的。

關(guān)鍵詞：超重報(bào)警 傳感器檢測(cè)信號(hào)放大 開(kāi)關(guān)三極管 超重執(zhí)行機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM930.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（a）-0003-02

交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)。但是在汽車運(yùn)輸中，由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，號(hào)稱公路隱形殺手的汽車超載現(xiàn)象頻頻發(fā)生。超載行駛造成公路嚴(yán)重?fù)p壞，引發(fā)惡性交通事故。國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家針對(duì)這一普遍現(xiàn)象也采取了措施。歐共體成員國(guó)和美國(guó)、日本等國(guó)在上世紀(jì)50年代就開(kāi)始對(duì)汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)（weigh-in-motion，簡(jiǎn)稱WIM）進(jìn)行研究并取得了相應(yīng)的成果。在我國(guó)，從1980年代開(kāi)始引進(jìn)和消化吸收國(guó)外的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，同時(shí)也開(kāi)始了對(duì)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研究，并逐步產(chǎn)品化。然而，目前稱重設(shè)備普遍存在的問(wèn)題是：設(shè)備質(zhì)量重，安裝困難，測(cè)量精度低，影響交通通行[1]。最有效、可行的方法就是，運(yùn)用技術(shù)手段對(duì)車輛超載行為進(jìn)行“主動(dòng)”治理。為此，文中設(shè)計(jì)出可以安裝在貨車鋼板彈簧和車橋[2]上的微型超載報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)易模型，能夠靈敏的反應(yīng)重力的變化并準(zhǔn)確、快速動(dòng)作。

1 原理與設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。首先選用壓阻式壓力傳感器，具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生與輸出。其主要器件電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。當(dāng)彈性體受力F作用時(shí)，應(yīng)變片電阻值改變，而應(yīng)變計(jì)是連接成平衡電橋式的，所以電橋平衡因應(yīng)變計(jì)電阻的變化而被破壞，進(jìn)而輸出信號(hào)。在彈性范圍內(nèi)，彈性體的變形的與受到的力F成正比[3]，內(nèi)部原理圖和外觀圖見(jiàn)圖2。

將傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行整形濾波后通過(guò)AD620[4]進(jìn)行放大，放大后的電壓信號(hào)與電阻配合使用控制開(kāi)關(guān)三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷。在三極管的發(fā)射極接入繼電器，由此來(lái)控制后續(xù)動(dòng)作電路的時(shí)間繼電器和指示燈、蜂鳴器，以達(dá)到超重報(bào)警后延時(shí)關(guān)斷的目的。

2 超重報(bào)警動(dòng)作機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

2.1 信號(hào)的產(chǎn)生與整形放大

選用壓力傳感器為10 kg量程，濾波電容選取了兩個(gè)電容并聯(lián)，以便濾掉不通頻率的干擾波，實(shí)現(xiàn)更好的整形效果。然后將濾波后的電壓信號(hào)輸入AD620的正負(fù)輸入端，形成差動(dòng)輸入，在AD620的1，8針腳間接入可調(diào)電阻R5，用來(lái)調(diào)節(jié)增益G的大小。由于AD620針腳5需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓的輸入，在其下一級(jí)用一個(gè)由4558d構(gòu)成的電壓跟隨器提供其基準(zhǔn)電壓。經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算與實(shí)際測(cè)驗(yàn)，最終得到的各元件的參數(shù)如下圖3。

從左到右，圖3電路中各元件參數(shù)具體為：C1=0.1uF，C2=22uF，R5=680Ω， R6=20 kΩ，R7=20 kΩ，R8=47 Ω，R9= 22Ω，C3=C1=0.1uF，C4=C2=22uF。

經(jīng)過(guò)壓力大小、傳感器輸出電壓值及準(zhǔn)確度的綜合考慮，確定AD620要達(dá)到的增益值，進(jìn)而確定可調(diào)電阻值R5。4558d確定的基準(zhǔn)值大小由上圖3中R6，R7，R8的值決定，通過(guò)反復(fù)調(diào)整R8的值大小，最終選取R8大小為47 kΩ，此時(shí)基準(zhǔn)值大小（約為3 v）適合于輸出信號(hào)的要求。

2.2 開(kāi)關(guān)管控制部分

通過(guò)前一級(jí)電路輸出信號(hào)的大小，以及開(kāi)關(guān)三極管3dk9參數(shù)的比對(duì)和實(shí)驗(yàn)，確定三極管基極電阻值為22 Ω，此時(shí)三極管能夠做到符合設(shè)定的關(guān)斷。另外，為了減小其他不良干擾，在開(kāi)關(guān)三極管基極信號(hào)輸入前依上一級(jí)并入兩個(gè)相同的電容。三極管集電極接+5 v直流電源，發(fā)射極接入雙路繼電器線圈，并傳入一節(jié)干電池以抬高電壓，保證三極管準(zhǔn)確關(guān)斷。為防止繼電器線圈對(duì)三極管反向釋放大電流，燒毀三極管，在線圈上并聯(lián)一個(gè)二極管來(lái)構(gòu)成回路。

2.3 繼電器動(dòng)作機(jī)構(gòu)

雙路繼電器兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)分別為SW1，SW2，如下圖4，當(dāng)上級(jí)開(kāi)關(guān)三極管導(dǎo)通，其線圈得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，蜂鳴器在5 v電壓的驅(qū)動(dòng)下發(fā)出“警報(bào)”聲，同時(shí)時(shí)間繼電器線圈得電，時(shí)間繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間（例如10 s）到，SW4常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，蜂鳴器停止發(fā)聲，SW3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，指示燈亮（代表接入汽車油門(mén)開(kāi)關(guān)的電路的關(guān)斷）。

2.4 數(shù)據(jù)測(cè)試及結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)多次測(cè)試得到，可以測(cè)量重力在0～10 kg范圍內(nèi)的值，當(dāng)重力達(dá)到4.2 kg時(shí)三級(jí)管導(dǎo)通，后續(xù)動(dòng)作電路實(shí)現(xiàn)報(bào)警提醒操作人員，并延時(shí)強(qiáng)制切斷的功能。此系統(tǒng)原理能夠推廣用于實(shí)際車輛超載檢測(cè)系統(tǒng)中，能夠有效反應(yīng)汽車載重的變化并作出相應(yīng)的動(dòng)作，并且體積小重量輕，便于安裝。

參考文獻(xiàn)

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