一种压电应力双模称重系统的制作方法

1.本实用新型涉及高速称重领域，特别涉及一种压电应力双模称重系统的设计与应用。


背景技术：

2.当前，随着信息技术的不断发展，无线传感器网络得到应用与推广；在高速交通执法领域，对载重车辆的称重检测是一项重要内容；当前，较为普遍的做法是将称重器掩埋在高速收费口处，当车辆行驶过时进行动态称重测量；称重器可以是基于电阻应变的压力感知传感器，也可以是基于石英二氧化硅的压电应力传感器；在实际应用中，车辆在高速公路上的行驶速度较快，停车称重的执法检测效率较低，且具有已知性，容易让相关人产生逃避检测的动机或机会；另外，压电应力传感器因外界环境及系统集成等原因会产生一定的非线性问题；因此，如何提高压电应力传感器的称重精度，搭建更为智能化的高速称重系统成为一项研究课题。
3.当前，基于压电应力的称重专利研究较为丰富，如2014年4月授权的题为“压电称重器”的实用新型专利，包括压电材料发电机和电流表，压电材料发电机在所测物体的压力下产生形变，将机械能转化为电能，从而产生电信号，实现压电称重；如2021年2月授权的题为“一种便携式车辆动态石英压电称重装置”的实用新型专利，包括称重仪、数据收集器、橡胶防滑带；称重仪包括研磨层、承压架、压电石英片、支撑架、压电石英片上下电极，实现了便携式称重；还如2017年1月授权的题为“一种基于电容充放电的动态称重方法和系统”的发明专利，通过电容充放电公式的补偿，弥补了电荷放大器中的电容通过反馈电阻放电时原始信号损失；有效解决了压电称重系统的非线性问题，减小了压电称重系统的重量损失。


技术实现要素：

4.鉴于上述背景信息，本实用新型旨在提供一种压电应力双模称重系统，解决高速载重车辆的称重问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种压电应力双模称重系统，该系统包括石英压电应力组件单元101、模拟量生成单元102、数字量生成单元103、重量生成单元104、信息综合显控单元105；所述石英压电应力组件单元101与模拟量生成单元102相连，模拟量生成单元102与数字量生成单元103相连，模拟量生成单元102与重量生成单元104相连，数字量生成单元103与重量生成单元104相连，重量生成单元104与信息综合显控单元105相连。
6.所述石英压电应力组件单元101包括石英晶体切片并行阵列201、电荷收集器202、信号输出电阻203、游离电荷管理单元204、高阻态绝缘体205；所述游离电荷管理单元204与石英晶体切片并行阵列201相连，石英晶体切片并行阵列201与电荷收集器202相连，电荷收集器202与信号输出电阻203相连，信号输出电阻203与高阻态绝缘体205相连。
7.所述模拟量生成单元102包括一级运算放大器301、二级运算放大器302、电压模拟信号输入单元304、模拟信号滤波器303、模拟信号拟合运算单元305、模拟信号输出口306；
所述模拟信号输出口306与模拟信号拟合运算单元305相连，模拟信号拟合运算单元305与模拟信号滤波器303相连，模拟信号滤波器303与二级运算放大器302相连，二级运算放大器302与一级运算放大器301相连，一级运算放大器301与电压模拟信号输入单元304相连。
8.所述数字量生成单元103包括时钟中断脉冲单元401、模拟信号采样单元402、基准电压比较器403、数字编码器404、数字滤波器405、数字信号插值拟合单元406、数字信号输出管脚阵列407；所述数字信号输出管脚阵列407与数字信号插值拟合单元406相连，数字信号插值拟合单元406与数字滤波器405相连，数字滤波器405与数字编码器404相连，数字编码器404与基准电压比较器403相连，基准电压比较器403与模拟信号采样单元402相连，模拟信号采样单元402与时钟中断脉冲单元401相连。
9.所述重量生成单元104包括数字称重信号接入端501、模拟称重信号接入端502、高精度ad转换器503、数据匹配算法库504、综合显控驱动器505、80c51单片机506、二进制代码重量映射表507；所述二进制代码重量映射表507与80c51单片机506相连，80c51单片机506与综合显控驱动器505相连，80c51单片机506与数字称重信号接入端501相连，80c51单片机506与数据匹配算法库504相连，80c51单片机506与高精度ad转换器503相连，高精度ad转换器503与模拟称重信号接入端502相连。
附图说明
10.图1为本实用新型系统架构图。
11.图2为图1中石英压电应力组件单元101的结构图。
12.图3为图1中模拟量生成单元102的结构图。
13.图4为图1中数字量生成单元103的结构图。
14.图5为图1中重量生成单元104的结构图。
具体实施方式
15.图1给出了本实用新型系统架构图；由图1所示，101为石英压电应力组件单元、102为模拟量生成单元、103为数字量生成单元、104为重量生成单元、105为信息综合显控单元；所述石英压电应力组件单元101与模拟量生成单元102相连，模拟量生成单元102与数字量生成单元103相连，模拟量生成单元102与重量生成单元104相连，数字量生成单元103与重量生成单元104相连，重量生成单元104与信息综合显控单元105相连。
16.图2给出了图1中石英压电应力组件单元101的结构图；由图2所示，201为石英晶体切片并行阵列、202为电荷收集器、203为信号输出电阻、204为游离电荷管理单元、205为高阻态绝缘体；所述游离电荷管理单元204与石英晶体切片并行阵列201相连，石英晶体切片并行阵列201与电荷收集器202相连，电荷收集器202与信号输出电阻203相连，信号输出电阻203与高阻态绝缘体205相连。
17.图3给出了图1中模拟量生成单元102的结构图；由图3所示，301为一级运算放大器、302为二级运算放大器、304为电压模拟信号输入单元、303为模拟信号滤波器、305为模拟信号拟合运算单元、306为模拟信号输出口；所述模拟信号输出口306与模拟信号拟合运算单元305相连，模拟信号拟合运算单元305与模拟信号滤波器303相连，模拟信号滤波器303与二级运算放大器302相连，二级运算放大器302与一级运算放大器301相连，一级运算
放大器301与电压模拟信号输入单元304相连。
18.图4给出了图1中数字量生成单元103的结构图；由图4所示，401为时钟中断脉冲单元、402为模拟信号采样单元、403为基准电压比较器、404为数字编码器、405为数字滤波器、406为数字信号插值拟合单元、407为数字信号输出管脚阵列；所述数字信号输出管脚阵列407与数字信号插值拟合单元406相连，数字信号插值拟合单元406与数字滤波器405相连，数字滤波器405与数字编码器404相连，数字编码器404与基准电压比较器403相连，基准电压比较器403与模拟信号采样单元402相连，模拟信号采样单元402与时钟中断脉冲单元401相连。
19.图5给出了图1中重量生成单元104的结构图；由图5所示，501为数字称重信号接入端、502为模拟称重信号接入端、503为高精度ad转换器、504为数据匹配算法库、505为综合显控驱动器、506为80c51单片机、507为二进制代码重量映射表；所述二进制代码重量映射表507与80c51单片机506相连，80c51单片机506与综合显控驱动器505相连，80c51单片机506与数字称重信号接入端501相连，80c51单片机506与数据匹配算法库504相连，80c51单片机506与高精度ad转换器503相连，高精度ad转换器503与模拟称重信号接入端502相连。
20.所述的一种压电应力双模称重系统的工作步骤为：第一环节，生成压电应力原始信号；第一步，利用游离电荷管理单元204对石英晶体切片并行阵列201上的游离电荷进行清理，避免非压电应力电荷对系统精度造成影响；第二步，当车辆压在石英晶体切片并行阵列201上时，电荷收集器202收集石英晶体切片并行阵列201产生的电荷，高阻态绝缘体205用于防止压电应力电荷散失；第三步，通过信号输出电阻203输出压电应力原始信号；第二环节，生成称重模拟信号；第一步，通过电压模拟信号输入单元304获取石英压电应力组件单元101输出的信号；第二步，通过一级运算放大器301和二级运算放大器302对信号进行放大；第三步，由模拟信号滤波器303对噪声信号进行过滤；第四步，由模拟信号拟合运算单元305对不连续的模拟信号进行补充，实现信号的连续性；第五步，由模拟信号输出口306输出称重模拟信号；第三环节，生成称重数字信号；第一步，通过时钟中断脉冲单元401设定信号采样频率，并以高电平脉冲的模式向模拟信号采样单元402发送中断信号；第二步，模拟信号采样单元402接收到采样指令后，通过模拟量生成单元102获取称重模拟电压，并输入到基准电压比较器403中进行信号比较；第三步，数字编码器404根据基准电压比较器403的输出值生成称重数字信号，并由数字滤波器405进行噪声滤除，由数字信号插值拟合单元406对不连续的数字信号进行插值补全；第四步，由数字信号输出管脚阵列407输出称重数字信号；第四环节，生成重量数据；第一步，双模信号接入；若接入模拟信号，则由模拟称重信号接入端502接入称重模拟信号，并由高精度ad转换器503转换为数字信号；若接入数字信号，则由数字称重信号接入端501接入称重数字信号；第二步，计算重量数据；80c51单片机506将称重数字信号输入到数据匹配算法库504中，数据匹配算法库504在二进制代码重量映射表507中进行数据匹配，并锁定重量数据；第五环节，综合显控；综合显控驱动器505接收到80c51单片机506发来的重量数据后，驱动信息综合显控单元105将重量数据显示在led显示器中，并通过音响进行播放；达到压电应力双模称重效果。
21.显而易见，上述实施方式仅仅为本实用新型的其中一个示范例，任何在本实用新型所提供结构或原理上的简单改进均属于本实用新型的保护范围。