嵌入式平臺下車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的設計

朱欣穎 陳園園

摘 要：交通道路上行駛的車輛經(jīng)常存在超限、超載等不良的現(xiàn)象。針對這一問題，設計了一種輕巧，高效的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，詳細闡述了系統(tǒng)的硬件、軟件的設計方案。該系統(tǒng)可以對車輛進行超限檢查，具有一定的市場價值。

關鍵詞：車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)；設計方案；交通運輸

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸發(fā)生著翻天覆地的變化[1]。一些司機為了謀取更多的私人利益，超載，超限現(xiàn)象時有發(fā)生，這一問題嚴重制約我國交通道路事業(yè)的和諧發(fā)展，如何解決這一弊端受到越來越廣泛的關注。傳統(tǒng)的車輛超限檢測由超限檢測站完成?？梢绍囕v駛入超限檢測站，停靠在大衡傳感器上進行稱重，數(shù)據(jù)傳回檢測站進行分析[2]。靜態(tài)檢測方式精度較高，但是超限檢測站的投資建設成本較大，并且，在車流量較大時，會造成道路擁擠，因此，輕巧，高效的動態(tài)稱重系統(tǒng)更大得到人們的青睞。

1 動態(tài)稱重的工作原理

動態(tài)稱重系統(tǒng)克服了靜態(tài)稱重的弊端[3]。當車輛駛入車道上的檢測范圍時，地感傳感器感應到車輛已經(jīng)到來[4]，通知稱重傳感器對車輛完成稱重，并將重量數(shù)據(jù)等信息傳送給基于嵌入式平臺下的重量分析系統(tǒng)，由分析系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的分析處理，并把數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳給顯示終端，提示該車輛是否超限、超載，并完成最終數(shù)據(jù)的保存、打印。

2 總體設計

本課題要設計一款嵌入式平臺下的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，采用模塊化結構設計，具有良好的交互界面。并且，硬件應有一些擴展的接口，方便系統(tǒng)的升級與擴展。系統(tǒng)分為上位機設計和下位機設計。下位機完成重量數(shù)據(jù)的采集與轉換，上位機完成數(shù)據(jù)的分析處理，并將最終結果由人機交互界面顯示。

2.1 下位機設計

下位機由稱重轉換器，數(shù)模轉換電路，核心控制器，無線收發(fā)模塊組成。核心處理器采用TI公司生產的MSP430F149型號單片機，該單片機具有較低的功耗，支持五種節(jié)電方式和串口通信；提供三種晶振方式，高頻，低頻，內部激勵，滿足用戶不同需求；具有兩個16位的定時器，14路的12位模數(shù)轉換器，采用16位的總線方式，尋址可達64K，穩(wěn)定性好，可靠度高，非常適合工業(yè)級應用。在該系統(tǒng)中MSP430F149采用3.3V電壓供電，晶振采用低頻和高頻兩種方式，分別由定時器和內部時鐘使用。

A/D轉換器采用高集成度的CS5530芯片。模數(shù)轉換器CS5530抗噪性能好，轉換精度可達24位，支持對不同數(shù)據(jù)輸出速率的編程。CS5530的共模輸入端接受來至稱重傳感器的電信號，CS5530的共模輸入端可以直接測量來自傳感器的毫伏級信號，經(jīng)A/D轉換后由兼容SPI的串口交付給中央處理器MSP430F149做后續(xù)的加工。各板卡之間良好的兼容性簡化了外圍硬件電路的設計，降低了開發(fā)成本。

無線收發(fā)器采用Chipcon公司下生產的成本低廉的CC1101芯片，芯片中部內置調制解調器，支持多種調制速率。CC1101與處理器MSP430F149的SPI接口來連接的，功能是接收上位機的指令，發(fā)送下位機采集的車輛信息數(shù)據(jù)。

2.2 上位機設計

上位機由微處理器，數(shù)據(jù)存儲管理單元，無線收發(fā)器，打印機，顯示器組成。

上位機的中央處理器選用基于ARM920T內核的32位嵌入式微處理器S3C2440，提供0.13um的CMOS標準宏單元和存儲器單元；支持多種接口，提供4通道DMA接口并有外部請求引腳，2通道SPI接口，1通道IIC-BUS接口等；采用AMBA的總線架構，具有低功耗，低成本，及全靜態(tài)設計等優(yōu)點，特別適合在復雜路況環(huán)境中的應用。

無線收發(fā)器與下位機相同，兩者協(xié)同工作，完成數(shù)據(jù)的上傳下達；打印機采用微型打印機UP-F24/40，它同時支持串口數(shù)據(jù)通信和并口數(shù)據(jù)通信，在此系統(tǒng)中選用串口數(shù)據(jù)通信方式。

3 軟件設計

良好的軟件設計是系統(tǒng)穩(wěn)定，協(xié)調工作的前提。軟件是一些代碼指令邏輯有序的集合，控制并協(xié)調各硬件單元的正常工作。車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的軟件設計包括兩個部分，上位機應用軟件和下位機的數(shù)據(jù)采集軟件。

3.1 下位機軟件設計

下位機的程序運行環(huán)境是IAR公司的EW430開發(fā)平臺，語言選用嵌入式C語言開發(fā)。系統(tǒng)上電以后，A/D采集卡初始化。系統(tǒng)上電后首先需要初始化A/D，CS5530需要20mS的時間啟動，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在初始化之前，設置20mS的時間延遲，然后，完成采集卡的串口，寄存器的復位，為數(shù)據(jù)的讀取做好準備。系統(tǒng)上電以后，無線通信模塊處于閑置狀態(tài)，同樣需要配置內部寄存器。

3.2 嵌入式開發(fā)平臺的實現(xiàn)

主流的嵌入式操作系統(tǒng)有WinCE、嵌入式Linux，Linux操作支持多任務開發(fā)及開放的體系結構。被系統(tǒng)選用基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為上位機的開發(fā)平臺。建立嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境是軟件設計的一個難點。開發(fā)環(huán)境的建立由四步完成，建立內核引導程序，設置內核參數(shù)，移植Linux內核、建立Linux根文件系統(tǒng)。在S3C2440開發(fā)板上Linux操作系統(tǒng)安裝完成后，采用Qt框架建立人機交互界面。Qt為嵌入式系統(tǒng)定制，向設計人員提供一套完善的交互界面和開發(fā)平臺。在Qt開發(fā)平臺下，應用程序應實現(xiàn)動態(tài)稱重數(shù)據(jù)分析，存儲與查詢等功能。

4 結束語

文章介紹了動態(tài)稱重過程，根據(jù)動態(tài)稱重的原理，詳細論述了系統(tǒng)的總體設計方案，并對硬件選型，軟件的設計進行相關的分析與討論。基于嵌入式平臺并結合無線網(wǎng)絡開發(fā)設計的動態(tài)稱重系統(tǒng)，結合這兩項技術的優(yōu)點，具有更高的數(shù)據(jù)采集分析能力。系統(tǒng)的下位機以低功耗的單片機MSP430作為數(shù)據(jù)采集單元的中央處理器來搭建數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，上位機以嵌入式處理器Micro2440為核心，對Linux操作系統(tǒng)進行了移植，并在該環(huán)境下設計了具有良好交互界面的應用軟件，從而實現(xiàn)對車量的動態(tài)稱重。

參考文獻

[1]許飛.車輛動態(tài)稱重預檢系統(tǒng)設計及實現(xiàn)[D].西安：西安工業(yè)大學，2012.

[2]張海寧，王偉濤，陳超波，等.無線便攜式車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的設計[J].計算技術與自動化，2012，31（2）：57.

[3]陳楠.車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及算法研究[D].內蒙古大學大學，2014.

[4]郝亮，蘇清祖.便攜式車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的設計[J].計量技術，2007，16（3）：30-33.

作者簡介：朱欣穎（1986-），女，河南周口，碩士，研究方向：無線通信與網(wǎng)絡優(yōu)化。