专利名称：：基于速度补偿的动态称重方法及其称重系统的制作方法
技术领域：
：本发明基于速度补偿的动态称重方法及其称重系统，属于动态称重
技术领域：
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背景技术：
：目前，动态称重系统广泛应用于公路计重和超限检测系统，动态称重系统测速的普遍方法是计算车轮通过秤台的时间，用秤台的宽度除以时间得到车轮的平均速度。这种方法存在的问题是不能准确判断车辆通过秤台的速度，而速度却是影响动态称重的非常重要因素，变速过车会导致重量值发生很大变化，同时，速度提高也会明显影响到称量值，但目前不能准确测量这些相关的速度数据，同时，速度补偿方法不能根据各种变速情况进行补偿。这就导致了称量精度一直不能得到较大提高，在高速过车或者变速过车时车辆数据会明显偏离真实值。
发明内容本发明克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于速度补偿的动态称重方法及其称重系统，能够实现动态称重过程中准确测量车辆瞬时速度及速度变化，釆用两次速度补偿重量值的方法，从而提高动态称量的精度。为了解决上述问题，本发明采用的方案为基T速度补偿的动态称重方法，第一步，对实时测量车轮经过秤台的重量值进行滤波后得到一条平滑的时间一重量曲线。第二步，对滤波后的重量值分段进行实时补偿得到实时记录值；第三歩，取有效区域的实时记录值通过神经网络补偿，对补偿后的结果求平均值；上述的实时补偿的方法为先将测速装置中的测量光幕分成若干段；然后，计算车轮经过光幕中每段的平均速度，选择此平均速度对应的第一次补偿系数K;最后，计算出此段重量，第一次补偿记录值为此时重量的记录值二KX此段重量平均值。将上述的第一次补偿记录值作为第二次速度补偿的输入值，再根据汽车的轴型和轮型选择函数连接型神经网络数据库中对应的网络权值，然后输入值乘以相应网络权值就得到一组重量输出值，从而得到重量第二次补偿记录值为此时重量的记录值二第一次补偿的记录值X网络权值。按照上述基于速度补偿的动态称重方法制成的称重系统，主要包括测速装置、压力传感器、称重显示仪表，上位机和打印机；其结构是压力传感器通过导线与称重显示仪表内的数据采集卡相连，测速装置内的红外接收端通过导线与称重显示仪表内的单片机相连，上位机通过导线与称重显示仪表内的通讯接口相连，打印机与称重显示仪表相连；所述的测速装置由最少3组发光管构成的红外发射端和红外接收端组成；所述的称重显示仪表主要由单片机、数据采集卡、数据存储器、显示屏、通讯接口、操作键盘、时钟模块和备用电池组成，其结构为单片机通过导线与数据采集卡、数据存储器、显示屏、通讯接口、操作键盘和时钟模块相连，备用电池通过导线与时钟模块相连。上述的称重显示仪表内的单片机还连接有无线发射模块，在远程监控室设置有数据接收模块。.在上述的红外发射端和红外接收端分别设置了自动喷水装置。本发明基于速度补偿的动态称重方法及其称重系统与现有技术相比，具有以下有益效果1、该发明基于速度补偿的动态称重方法中采用两次速度补偿重量值，通过离线训练网络，采用迭代过程使补偿器的参数得以优化，使最终重量值更加接近真实值，使得补偿器具有更高的实用性和可靠性。2、本发明称重系统能够准确测量出车辆速度，仪表能够存储和显示各个车轴的速度及速度变化，为最终的重量结果的确定提供了很好的技术支持。3、本发明称重系统中测速装置的红外发射端和红外接收端采用光电装置，不受外界电磁干扰，具有很强的长期稳定性，在红外发射端和红外接收端均安装有自动清洗装置，可以通过仪表设置定时时间，当定时时间到会触发发射端和接收端的自动喷水装置，还可以通过打开发射端和接收端后边的手动开关来清洗玻璃表面，避免了尘土覆盖而导致测量不准确，减少了由于环境的影响导致设备的工作不正常，增强了设备运行的可靠性。4、本发明中称重显示仪表通过简单键盘操作能够读取所需数据，操作方便，界面友好，同时具有故障自诊断功能，当某一发射管或者接收管不能正常工作时会将该错误信息传到仪表，在仪表上显示出错信息，当通过秤台的车轮的速度超过30km/h时，在仪表上显示超速信息，并发出报警。5、能够准确测出各个车轮的瞬时速度和速度变化，对变速过车能够很好识别，从而可以进一步改进称量精度，使变速过车重量值不会较大偏离实际值。下面结合附图对本发明作进一步描述图1为本发明基于速度补偿的动态称重方法的主流程图；图2为图1中速度处理的流程图；图3为图1中神经网络补偿的原理图；图4为图3中动态速度补偿器的函数连接型神经网络数据库建立的原理图；图5为图3中动态速度补偿器的权值调整流程图；图6本发明称重系统的结构示意图；图7为图6中称重显示仪表3的硬件原理框图。具体实施方式基于速度补偿的动态称重方法，第一歩，对实时测量车轮经过秤台的重量值进行滤波后得到一条平滑的时间一重量曲线。第二步，对滤波后的重量值分段进行实时补偿得到实时记录值；第三歩，取有效区域的实时记录值通过神经网络补偿，对补偿后的结果求平均值；第二步中实时补偿的方法为先将测速装置中的测量光幕平行于称台放置并分成若干段；然后，计算车轮经过光幕中每段的平均速度v,s/f,，选择此平均速度v,对应的第一次补偿系数K;最后，计算出此段重量，第一次补偿记录值为此时重量的记录值二KX此段重量平均值。上述第一次补偿系数K的取值与平均速度范围的关系如下表1为第一次补偿系数K取值表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>>30无效将重量第一次补偿记录值作为第二次速度补偿的输入值，再根据汽车的轴型和轮型选择函数连接型神经网络数据库中对应的网络权值，然后输入值乘以相应的网络权值就得到一组重量输出值，从而得到重量第二次补偿记录值为此时重量的记录值二第一次补偿的记录值x网络权值。图1为本发明基于速度补偿的动态称重方法的主流程图，先[开始]19，进行时间、重量数据采集，再将重量值进行[数字滤波]20，然后滤波后的数字进行[采样点分组]21，再进入[按组分别根据速度补偿]22，即为第一次速度补偿重量记录值，然后将其输入[神经网络补偿]23，然后进入[数据是否合理]24，进行判断，若合理，就直接进入重量值的[求均值]26;若不合理，进入[去除粗大误差]25，最后进入重量值的[求均值]26，输出重量值即可。图2为图1中速度处理的流程图，首先程序[开始]27，再进入初始设定[m=0，n二0]28中，其中m表示测速装置1中的测量光幕被分成的段数，n表示车轴数量，然后进入[记被挡点ti]29，再进入「记下一点tj]30，然后进入[计算时间间隔t]31，再进入[速度v二s/(tj-ti)]32，进行速度的计算，其中s为相邻两被挡点的距离，然后进入[当前轴过完？]33，进行判断，若没有过完，则返回到[记被挡点ti]29;若当甜轴己过完，则进入[当前轴速度平均值P]34，再进入[整车过完？]35，若没有，则返回到初始设定[m二0，n=0]28中继续运行下一车轴运算，若已完成，则进入[整车平均速度V^PXm]36，最后进入[显示]37。图3为图1中神经网络补偿的原理图，图中，u(k)为实时测量车轮经过秤台的重量值进行滤波后得到的重量值，进行第一次补偿，按照表1的取值，后得出结果y(k)为第一次补偿记录值二KX此段重量平均值，再经过动态速度补偿器，根据汽车的轴型和轮型选择函数连接型神经网络数据库中查找对应的网络权值，然后输入值乘以相应权值就得到一组重量输出值，即为u'(k)。图4为图3中动态速度补偿器的函数连接型祌经网络数据库建立的原理图，本图为函数连接型神经网络数据库建立网络权值的过程，先按轴型和轮型将车辆分为八种类型单轴单轮，单轴双轮，双联轴单轮，双联轴单双轮，双联轴双轮，三联轴单轮，三联轴双轮和其它轴型编码，再计算每中车型在各种规定负载下进行静态称重，得出此车轮在静态下重量U。(k)为标准值，然后，动态经过本发明的秤台，得出第一次速度补偿重量记录值y(k)，将y(k)代入函数连接型神经网络中网络训练式"("=瑪#)+>^)3#—1)+%(%("2)+...+气(％^-")+气+1("中进行计算，分别求出其差分方程，即可得到此时的重量值u'(k)，然后将静态下重量U。(k)减去此时的计算值u'(k)，即可得到此时重量值与标准值的偏差e(k)，根据此偏差值调整，Wi(i=0，1，2……n)，图中y(k)为第一次补偿记录值，Z\Z—2……Zi表示w'(^^w。XA:)+"(^)^-l)+W2(A:)乂^—2)+…+气(^KA—")+w+1(0的一阶、二阶……n阶差分方程式，U。(k)为静态下重量，然后将偏差e(k)建立一个权值调整公式Wn(k+l)=Wn(k)+ae(k)y(k+n)其屮线1，2，......n。即可计算出^，^即为此函数连接型神经网络中的网络权值，即为逆模型的系数。例如程序中选取n二4，相当于设计一个二阶补偿器，网络训练式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中，a是一个控制稳定性和收敛性的学习因子，多次训练后得到的R即为逆模型的系数，补偿时，因解差分方程要有初始值，这里先取第一级的5个补偿结果y(k)作为补偿器的输出"'("，k=0,1,2,3,4,5。即对前面的5点不补偿，以后的动态补偿式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>这样，训练好网络后将权值作为固定系数，将所有权值以表格形式存储，通过查表方式进行运算，将得到的重量值，然后可以按照33准则去除粗大误差，对有效数据取平均值后得到最终的重量值。图5为图3中动态速度补偿器的权值调整流程图，首先进入[输入第一次补偿记录值]38，然后[输入实际重量]39，此时的实际重量为静态时测量的重量，然后进入[计算偏差]40，再进入[达到要求？]41，如果是，就进入[保存权值]43;若没有达到要求，就进入[调整权值]42，再进入[保存权值]43。图6本发明称重系统的结构示意图，图中称重系统主要包括测速装置l、压力传感器2、称重显示仪表3，上位机4和打印机5;其特征是压力传感器2通过导线与称重显示仪表3内的数据采集卡8相连，测速装置1内的红外接收端7通过导线与称重显示仪表3内的单片机9相连，上位机4通过导线与称重显示仪表3内的通讯接口12相连，打印机5与称重显示仪表2相连；所述的测速装置1由80组发光管构成的红外发射端6和红外接收端7组成；图7为图6中称重显示仪表3的硬件原理框图，图中称重显示仪表3主要由单片机9、数据采集卡8、数据存储器IO、显示屏ll、通讯接口12、操作键盘13、时钟模块14和备用电池15组成，其结构为单片机9通过导线与数据采集卡8、数据存储器10、显示屏11、通讯接口12、操作键盘13和时钟模块14相连，备用电池15通过导线与时钟模块14相连，其中单片机9可采用ARM芯片，其型号为Lpc2131，也可采用型号为P89C668HFA的单片机。操作键盘13共有16个按键，包括数字键0-9，"査询"，"打印"，"定时"，"曰期"，"时间"，"置零"，提供了方便友好的用户界面，用户能够通过操作"查询"键査询上一次的车辆数据，通过按"打印"键打印车辆重量、过车速度、变速情况和驶入驶出时刻，按"定时"键能够输入定时时间，用于自动喷水清洗光幕玻璃，按"日期"键或"日寸间"键能够显示日期和时间，按"置零"键能够清除报警信息。为存储大量历史数据，将称重显示仪表3通过RS232接口与上位机4相连将数据传到上位机4的数据库中。在称重显示仪表3内的单片机9还连接有无线发射模块16，在远程监控室设置有数据接收模块17，这样能够实现本系统与远程监控部门实现通讯。在红外发射端6和红外接收端7分别设置了自动喷水装置18，自动喷水装置18为带电磁控制阀的水管，电磁控制阀与单片机9中定时器相连，同时也可以手动打开喷水开关，清洗千净后再关闭即可。权利要求1.基于速度补偿的动态称重方法，第一步，对实时测量车轮经过秤台的重量值进行滤波后得到一条平滑的时间-重量曲线。第二步，对滤波后的重量值分段进行实时补偿得到实时记录值；第三步，取有效区域的实时记录值通过神经网络补偿，对补偿后的结果求平均值；其特征在于第二步中实时补偿的方法为先将测速装置中的测量光幕分成若干段；然后，计算车轮经过光幕中每段的平均速度，选择此平均速度对应的第一次补偿系数K；最后，计算出此段重量，第一次补偿记录值为此时重量的记录值＝K×此段重量平均值。2.根据权利要求1所述的基于速度补偿的动态称重方法，其特征是将第一次补偿记录值作为第二次速度补偿的输入值，再根据汽车的轴型和轮型选择函数连接型神经网络数据库中对应的网络权值，然后输入值乘以相应网络权值就得到一组重量输出值，从而得到重量第二次补偿记录值为此时重量的记录值二第一次补偿的记录值X网络权值。3.根据权利要求1或2所述的基于速度补偿的动态称重方法制成的称重系统，主要包括测速装置(1)、压力传感器(2)、称重显示仪表(3)，上位机(4)和打印机(5);其特征是压力传感器(2)通过导线与称重显示仪表(3)内的数据采集卡(8)相连，测速装置(1)内的红外接收端(7)通过导线与称電显示仪表(3)内的单片机(9)相连，上位机(4)通过导线与称重显示仪表(3)内的通讯接口(12)相连，打印机(5)与称重显示仪表(2)相连；所述的测速装置(1)由最少3组发光管构成的红外发射端(6)和红外接收端(7)组成；所述的称重显示仪表(3)主要由单片机(9)、数据采集卡(8)、数据存储器(10)、显示屏(11)、通讯接口(12)、操作键盘(13)、时钟模块(14)和备用电池(15)组成，其结构为单片机(9)通过导线与数据采集卡(8)、数据存储器(10)、显示屏(11)、通讯接口(12)、操作键盘(13)和时钟模块(14)相连，备用电池(15)通过导线与时钟模块(14)相连。4.根据权利要求3所述的称重系统，其特征是称重显示仪表(3)内的单片机(9)还连接有无线发射模块(16)，在远程监控室设置有数据接收模块(17)。5.根据权利要求3或4所述的称重系统，其特征是在红外发射端(6)和红外接收端(7)分别设置了自动喷水装置(18)。全文摘要本发明公开了一种基于速度补偿的动态称重方法及其称重系统，属于动态称重
技术领域：
，所要解决的问题是提供一种基于速度补偿的动态称重方法及其称重系统，能够实现动态称重过程中准确测量车辆瞬时速度及速度变化，采用两级速度补偿重量值的方法，从而提高动态称量的精度，方案为先将测速装置分段；然后，计算车轮经过光幕中每段的平均速度，选择此平均速度对应的第一次补偿系数K；最后，计算出此段重量，第一次补偿记录值为此时重量的记录值＝K×此段重量平均值，以及按照上述方法制成的称重系统；本发明可应用到各种动态称重系统中。文档编号G08C23/00GK101271016SQ20081009780公开日2008年9月24日申请日期2008年5月15日优先权日2008年5月15日发明者张剑勇,李丽宏,裴春清,彬贾申请人:山西万立科技有限公司