长台面动态轨道衡称重系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种长台面动态轨道衡称重系统，包括称重台、信号处理装置和多个压力传感器；称重台上设置有承载钢轨；该多个压力传感器设置在称重台内部，用于获取被检测车辆的轮重信息，并将该轮重信息转换为模拟信号；信号处理装置，分别与该多个压力传感器相连，用于将轮重信息的模拟信号转换为数字信号，并根据该数字信号得到被检测车辆的车型以及被检测车辆通过该称重台的平均速度，根据该车型以及该数字信号中该被检测车辆的上称和下称信号变化得到该被检测车辆的所有车轮同时位于该称重台的时间段，根据该时间段内的数字信号计算该被检测车辆的车重和偏载信息。本发明能够计算动态行驶过程中列车的重量等信息并提高列车重量的称量准确度。
【专利说明】长台面动态轨道衡称重系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化领域，尤其涉及一种长台面动态轨道衡称重系统。
【背景技术】
[0002]随着国民经济和科学技术的发展，国内外的贸易流通更加频繁，各行各业对称重技术的要求也越来越高，不仅要求作为计量实现手段的电子轨道衡应具备计量准确、使用稳定等基本特点，对其计量实现过程的工作效率、计量速度也提出了更高的要求。
[0003]目前，国内轨道衡称重系统，大多都使用短台面对行驶中的货车按转向架进行动态计量从而得出重量，但是，这种结构称量的准确度还不高。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种长台面动态轨道衡称重系统，能够计算动态行驶过程中列车的重量信息并提高列车重量的称量准确度。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种长台面动态轨道衡称重系统，包括称重台、信号处理装置和多个压力传感器；
[0008]所述称重台上设置有承载钢轨；
[0009]所述多个压力传感器设置在所述称重台内部，用于获取被检测车辆的轮重信息，并将所述轮重信息转换为模拟信号；
[0010]所述信号处理装置，分别与所述多个压力传感器相连，用于将所述轮重信息的模拟信号转换为数字信号，并根据所述数字信号得到所述被检测车辆的车型以及所述被检测车辆通过所述称重台的平均速度，根据所述车型以及所述数字信号中所述被检测车辆的上称和下称信号变化得到所述被检测车辆的所有车轮同时位于所述称重台的时间段，根据所述时间段内的数字信号计算所述被检测车辆的车重和偏载信息。
[0011]进一步地，所述信号处理装置包括信号调理模块、数据采集模块、总线模块和处理模块；
[0012]所述信号调理模块，分别与所述多个压力传感器相连接，用于对所述轮重信息的模拟信号进行滤波处理；
[0013]所述数据采集模块，与所述信号调理模块相连接，用于将所述滤波处理后的模拟信号转换为数字信号；
[0014]所述处理模块通过所述总线模块与所述数据采集模块相连，所述处理模块根据所述数字信号得到所述被检测车辆的车型以及所述被检测车辆通过所述称重台的平均速度，根据所述车型以及所述数字信号中所述被检测车辆的上称和下称信号变化得到所述被检测车辆的所有车轮同时位于所述称重台的时间段，根据所述时间段内的数字信号计算所述被检测车辆的车重和偏载信息。[0015]进一步地，所述数据采集模块包括多路选择单元、通道选择控制单元、逻辑控制单元、时钟发生单元、模数转换单元和存储单元；
[0016]所述多路选择单元的输入端与所述信号调理模块的输出端相连；
[0017]所述通道选择控制单元根据所述多个压力传感器的压力传感器数目，设定数据采集通道的通道范围，并将所述多个压力传感器中的一个压力传感器对应的地址信号输出至所述多路选择单元；
[0018]所述多路选择单元根据接收的地址信号选择所述地址信号对应的压力传感器，并将所述选择的压力传感器采集的模拟信号输出至所述模数转换单元；
[0019]所述模数转换单元，与所述多路选择单元相连，用于将从所述多路选择单元接收的模拟信号转换为数字信号，并传输至所述存储单元进行存储；
[0020]所述时钟发生单元通过所述逻辑控制单元产生多个时钟信号；
[0021]所述逻辑控制单元提供所述多路选择单元、所述通道选择控制单元、所述模数转换单元以及所述存储单元所需要的各种状态和控制时序逻辑，控制所述多路选择单元和所述模数转换单元进行数据采集，并提供对所述存储单元的接口时序，以将所述模数转换单元转换后的数字信号存储至所述存储单元。
[0022]进一步地,所述总线模块为PC104总线、PCI总线、CAN总线、RS232总线中的一种。
[0023]进一步地，所述信号处理装置还包括电源模块，用于对所述信号处理装置提供工作电压。
[0024](三)有益效果
[0025]本发明通过多个压力传感器采集被检测车辆的轮重信息，并通过信号处理装置对该轮重信息进行分析，从而能够计算动态行驶过程中列车的重量等信息并提高列车重量的称量准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施方式提供的一种长台面动态轨道衡称重系统的结构图；
[0027]图2是本发明实施方式提供的另一种长台面动态轨道衡称重系统的结构图；
[0028]图3是本发明实施方式提供的一种数据采集模块的结构图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0030]图1是本发明实施方式提供的一种长台面动态轨道衡称重系统的结构图，包括称重台3、信号处理装置2和多个压力传感器，该多个压力传感器包括第一压力传感器11，第二压力传感器12，第三压力传感器13，第四压力传感器14，第五压力传感器15，第六压力传感器16 ；
[0031]其中，所述称重台3上设置有承载钢轨I ;第一压力传感器11，第二压力传感器12，第三压力传感器13，第四压力传感器14，第五压力传感器15，第六压力传感器16设置在所述称重台内部，用于获取被检测车辆的轮重信息，并将所述轮重信息转换为模拟信号；
[0032]所述信号处理装置2，分别与所述多个压力传感器相连，用于将所述轮重信息的模拟信号转换为数字信号，并根据所述数字信号得到所述被检测车辆的车型以及所述被检测车辆通过所述称重台的平均速度，根据所述车型以及所述数字信号中所述被检测车辆的上称和下称信号变化得到所述被检测车辆的所有车轮同时位于所述称重台的时间段，根据所述时间段内的数字信号计算所述被检测车辆的车重和偏载信息。
[0033]本发明实施方式中，压力传感器的数目并不限制本发明的保护范围。所述多只压力传感器可以为等间距设置的压力传感器，例如，相邻的两组压力传感器中心距离为650cm,在另外一根钢轨上的相应位置也安装同样的压力传感器。
[0034]参见图2，图2是本发明实施方式提供的另一种长台面动态轨道衡称重系统的结构图，包括称重台3、信号处理装置2和多个压力传感器，其中，所述信号处理装置2包括信号调理模块21、数据采集模块22、总线模块23和处理模块24 ；
[0035]所述信号调理模块21，分别与所述多个压力传感器相连接，用于对所述轮重信息的模拟信号进行滤波处理；
[0036]所述数据采集模块22，与所述信号调理模块21相连接，用于将所述滤波处理后的模拟信号转换为数字信号；
[0037]所述处理模块24通过所述总线模块23与所述数据采集模块22相连，所述处理模块24根据所述数字信号得到所述被检测车辆的车型以及所述被检测车辆通过所述称重台的平均速度，根据所述车型以及所述数字信号中所述被检测车辆的上称和下称信号变化得到所述被检测车辆的所有车轮同时位于所述称重台的时间段，根据所述时间段内的数字信号计算所述被检测车辆的车重和偏载信息。其中，该偏载信息包括被检测车辆的前后偏载、左右偏载的结果。
[0038]优选地，所述信号处理装置还包括电源模块25，用于对所述信号处理装置提供工作电压，从而为信号调理模块21，数据采集模块22，总线模块23和处理模块24提供电力。
[0039]其中,所述总线模块为PC104总线、PCI总线、CAN总线、RS232总线中的一种
[0040]具体地，该多个压力传感器采集到的多个模拟信号分别连接到信号调理模块21的多个输入端，分别输入信号调理模块21单独进行放大、滤波，使用低通滤波器滤除信号中的高频干扰信号，信号调理模块21的滤波和放大电路可以选用的进口的低温漂、低噪声、高可靠性、高集成度的AD芯片，具有共模抑制比高、精度高的优点。滤波器采用有源低通滤波电路加端口元件低通滤波等三级滤波，用于消除多只压力传感器输出信号中包含的高频干扰成分，因此，抗干扰能力极强，解决了单组信号传输易受影响的问题，同时加装有零点调整和增益调整的电位器，以确保每组信号性能的一致性。
[0041]输入信号调理模块21的多路输出端分别与数据采集模块22的多路输入端连接。数据采集模块22将输入的模拟信号转化为数字信号，并进行存储。数据采集模块22通过总线模块23与处理模块24连接。
[0042]此外，还可设置一人机交互界面，用于监控系统运行状况，显示系统运行参数和采集的数据。
[0043]对于信号采集系统2，设置RS232数据接口，与上位机连接，处理模块24与上位机进行通讯。处理模块24采用长台面动态称重算法，通过对数字信号进行分析生成序号、总重、车速、前后偏载、左右偏载的结果。长台面称重算法会实时对压力传感器信号进行采集并进行判断，当压力传感器信号大于初始阈值则判断为来车，同时依次根据采样的频率记录下每个轴的上称时刻，算法会自动计算每两个轴之间的轴距，轴距信息是做为判车依据的标准，同时分别记录下每个轮子的重量，当一节货车的四个轴都上称后对整车重量进行计算，然后以此类推分别记录下每个车的重量。具体地，分析压力传感器的信号，从中准确提取每个车轮通过每个压力传感器的时刻。再根据压力传感器之间的相对位置分析每个车轮通过称重台的平均速度；根据压力传感器与压力传感器之间的相对位置计算每个车轮通过每个压力传感器的准确时刻；根据车轮速度及每个车轮通过每只压力传感器的时刻计算每个车轮通过每只压力传感器前后I米的区间，在此区间内计算压力信号平均值，该平均值与压力成正比；将同一车轮经过的压力传感器上方区间的平均值再求平均，即得到此轮的压力值。根据轮速与前后两轮通过同一只压力传感器的时间差可以计算出轴距，根据轴距判断车型。当判断一节货车的四个轴同时在称重台上时对所有压力信号数据进行计算从而得出整车的重量。
[0044]具体地，参见图3，所述数据采集模块22包括多路选择单元221、通道选择控制单元222、逻辑控制单元223、时钟发生单元224、模数转换单元225和存储单元226 ；
[0045]所述多路选择单元221的输入端与所述信号调理模块21的输出端相连；
[0046]所述通道选择控制单元222根据所述多个压力传感器的压力传感器数目，设定数据采集通道的通道范围，并将所述多个压力传感器中的一个压力传感器对应的地址信号输出至所述多路选择单元221 ；
[0047]所述多路选择单元221根据接收的地址信号选择所述地址信号对应的压力传感器，并将所述选择的压力传感器采集的模拟信号输出至所述模数转换单元225 ；
[0048]所述模数转换单元225，与所述多路选择单元221相连，用于将从所述多路选择单元221接收的模拟信号转换为数字信号，并传输至所述存储单元226进行存储；
[0049]所述时钟发生单元224通过所述逻辑控制单元223产生多个时钟信号；从而为模数转换单元225、通道选择控制单元222、存储单元226提供基准时钟信号，保证各个单元的时钟同步。
[0050]所述逻辑控制单元223提供所述多路选择单元221、所述通道选择控制单元222、所述模数转换单元225以及所述存储单元226所需要的各种状态和控制时序逻辑，包括采样速率、存储模块的使用分配、启动停止采样、传输数据、开启/禁止中断等，控制所述多路选择单元221和所述模数转换单元225进行数据采集，并提供对所述存储单元的接口时序，以将所述模数转换单元225转换后的数字信号存储至所述存储单元226，从而实现转换数据的存储。具体地，逻辑控制单元223中包括采样数据存储控制子单元2231和中断控制子单元2232。其中，采样数据存储控制子单元2231用于控制模数转换单元225进行数据转换和存储；中断控制子单元2232用于对处理模块24产生中断信号，将存储单元226内存储的数字信息传输到处理模块24中。
[0051]本发明实施方式中，通道选择控制单元222根据实际安装的压力传感器数目，设定数据采集通道的通道范围，每一数据采集通道对应一个压力传感器，例如，数据采集通道可以为12路，优选的，相应于压力传感器的设置，数据采集通道可为16路。
[0052]通道选择控制单元222在逻辑控制单元223的控制下，输出地址信号至多路选择单元221，用于选择来自对应地址信号的某个压力传感器的信息。通道选择控制单元222还为存储单元226提供各组压力传感器相应的地址信号，以便存储模数转换结果，使存储单元226中的每组数据信号与各组压力传感器一一对应。具体地，多路选择单元221根据通道选择控制单元222输入的二进制地址信号选择输出多路信号中的某一路。模数转换单元225完成对输入模拟信号的采样，量化为数字信号，并发送转换完成标志给逻辑控制单元223。采样数据存储控制子单元2231发送读取信号给模数转换单元225，将转换完成的数字信号存储在存储单元226中。至此，存储单元226中存储来自于某一组压力传感器的数字信号，以及该组压力传感器对应的地址信号。
[0053]其中，当采集并存储在存储单元226中的数字信号达到一定数量时，为避免存储单元226溢出，处理模块24将读取存储单元226中的数字信号，并将存储单元226清空，具体地，有两种方式实现:中断控制方式和查询方式。
[0054]其中，中断控制方式如下:
[0055]存储单元226根据自身的存储状态向逻辑控制单元223发送读取请求信号。逻辑控制单元223根据存储单元226的读取请求信号，向总线模块23发出中断信号，处理模块24调用中断程序，逻辑控制单元223通过总线模块23将存储单元226中的数据传输到处理模块24，完成存储单元226中数据的下载，并在后续程序中完成数据的处理与分析，计算车重，判断车型，判断来车方向，以及判断列车是否超载、偏载。
[0056]其中，查询方式如下:
[0057]处理模块24通过总线模块23向逻辑控制单元223发送查询命令，将查询状态位置I。逻辑控制单元223根据查询命令读取存储单元226中的数字信息，通过总线模块23传送给处理模块24，处理模块24在后续程序中完成数据的处理与分析，计算车重，判断车型，判断来车方向，以及判断列车是否超载、偏载。
[0058]当车辆通过本发明实施方式提供的长台面动态轨道衡称重系统时，被检测车辆的轮重(转向架)信息通过多只压力传感器转换为成比例的模拟电压信号，传送到信号调理模块21的对应通道，对信号放大、滤波。由数据采集模块22完成A/D转换，数据采集和存储，以及数据上传，上传数据的接收和保存由系统外部的上位机(服务器)完成。
[0059]在本发明实施方式中，模数转换单元225可以为精度12位，采样率为IOOKHz，时钟发生单元224为40MHz晶振，总线模块23可以为PC104总线。存储单元226可以使用FIFO(First In First Out先进先出)存储器来实现。利用FIFO存储器的状态标志信号进行数据传输控制。当FIFO存储器中存储的数据为半满状态时，向逻辑控制单元223发送读取请求信号。
[0060]优选地，逻辑控制单兀223可以由FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)实现，FPGA做为单独的控制执行模块，通过分频为其他工作模块提供时钟，同时也控制其他模块连接的各部分硬件电路的正常工作。通过编写相应的VHDL (VHSICHardware Description Language,极高速集成电路硬件描述语言)代码,生成相应的操作电路，实现对信号的锁存、判断和处理以及对各种命令信号的执行和输出信号的控制。
[0061]本发明实施方式提供的长台面动态轨道衡称重系统，多路模拟信号经过信号调理模块21和多路选择单元221后，输入模数转换单元225，模数转换单元225在FPGA的控制下，完成A/D (模/数)转换，并将转换的结果送入FIFO (First In First Out先进先出)存储器。处理模块用于进行系统控制和数据处理，FPGA用于控制数据采集和数据缓存。通过模数转换单元225将输入的模拟信号转换为数字信号，经过FPGA控制的FIFO存储器进行缓存，由处理模块以中断或查询的方式通过PC104总线接收采集到的数据，处理模块再对采集的数据进行处理和分析。把信号实时采集、处理部分与上位机的数据库管理和人机界面部分分离，提高采样、处理部分程序的可靠性，而不增加上位机的负担。
[0062]本发明实施方式提供的长台面动态轨道衡称重系统，通过多个压力传感器采集被检测车辆的轮重信息，并通过信号处理装置对该轮重信息进行分析，从而能够计算动态行驶过程中列车的重量等信息并提高列车重量的称量准确度，提高了长台面动态轨道衡称重系统的工作效率，此外，通过使用PC104体系，把有实时性要求的信号采集工作由数据采集模块独立完成，保证可靠连续的采样，满足实时性要求，且该长台面动态轨道衡称重系统能够独立处理数据运算工作，可以提高数据采集和处理过程的可控性和可靠性。
[0063]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种长台面动态轨道衡称重系统，其特征在于，包括称重台、信号处理装置和多个压力传感器； 所述称重台上设置有承载钢轨； 所述多个压力传感器设置在所述称重台内部，用于获取被检测车辆的轮重信息，并将所述轮重信息转换为模拟信号； 所述信号处理装置，分别与所述多个压力传感器相连，用于将所述轮重信息的模拟信号转换为数字信号，并根据所述数字信号得到所述被检测车辆的车型以及所述被检测车辆通过所述称重台的平均速度，根据所述车型以及所述数字信号中所述被检测车辆的上称和下称信号变化得到所述被检测车辆的所有车轮同时位于所述称重台的时间段，根据所述时间段内的数字信号计算所述被检测车辆的车重和偏载信息。
2.根据权利要求1所述的长台面动态轨道衡称重系统，其特征在于，所述信号处理装置包括信号调理模块、数据采集模块、总线模块和处理模块； 所述信号调理模块，分别与所述多个压力传感器相连接，用于对所述轮重信息的模拟信号进行滤波处理； 所述数据采集模块，与所述信号调理模块相连接，用于将所述滤波处理后的模拟信号转换为数字信号； 所述处理模块通过所述总线模块与所述数据采集模块相连，所述处理模块根据所述数字信号得到所述被检测车辆的车型以及所述被检测车辆通过所述称重台的平均速度，根据所述车型以及所述数字 信号中所述被检测车辆的上称和下称信号变化得到所述被检测车辆的所有车轮同时位于所述称重台的时间段，根据所述时间段内的数字信号计算所述被检测车辆的车重和偏载信息。
3.根据权利要求2所述的长台面动态轨道衡称重系统，其特征在于，所述数据采集模块包括多路选择单元、通道选择控制单元、逻辑控制单元、时钟发生单元、模数转换单元和存储单兀； 所述多路选择单元的输入端与所述信号调理模块的输出端相连； 所述通道选择控制单元根据所述多个压力传感器的压力传感器数目，设定数据采集通道的通道范围，并将所述多个压力传感器中的一个压力传感器对应的地址信号输出至所述多路选择单元； 所述多路选择单元根据接收的地址信号选择所述地址信号对应的压力传感器，并将所述选择的压力传感器采集的模拟信号输出至所述模数转换单元； 所述模数转换单元，与所述多路选择单元相连，用于将从所述多路选择单元接收的模拟信号转换为数字信号，并传输至所述存储单元进行存储； 所述时钟发生单元通过所述逻辑控制单元产生多个时钟信号； 所述逻辑控制单元提供所述多路选择单元、所述通道选择控制单元、所述模数转换单元以及所述存储单元所需要的各种状态和控制时序逻辑，控制所述多路选择单元和所述模数转换单元进行数据采集，并提供对所述存储单元的接口时序，以将所述模数转换单元转换后的数字信号存储至所述存储单元。
4.根据权利要求2所述的长台面动态轨道衡称重系统，其特征在于，所述总线模块为PC104总线、PCI总线、CAN总线、RS232总线中的一种。
5.根据权利要求2所述的长台面动态轨道衡称重系统，其特征在于，所述信号处理装置还包括电源模块，用于对所 述信号处理装置提供工作电压。
【文档编号】G01G19/04GK103616064SQ201310629679
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】张金岩 申请人:北京东方瑞威科技发展股份有限公司