1、 本科毕业设计（论文） 题目：基于 ARM7的多路称重系统软件设计 院 系： 电子信息工程学院 学科专业： 电气工程及其自动化 学 生： 徐继民 学 号： 090415119 指导老师： 陈超波 2013 年 06 月 本科毕业设计（论文） 题目：基于 ARM7的多路称重系统软件 设计 院 系： 电子信息工程学院 学科专业： 电气工程及其自动化 学 生： 徐继民 学 号： 090415119 指导老师： 陈超波 2013 年 06 月I 基于 ARM7的多路称重系统软件设计 摘 要 公路车辆多路称重系统的设计对于保护公路的正常使用有着重要的经济意义和社会价值。随着公路运输工业生产和商业贸易的不
2、断发展，产生了对公路车辆进行多路称重越来越严格的要求，多路称重是路政部门加强正常运输、强制超载超限、提高管理工作效率，实现路政系统管理现代化、科学化的一项关键技术。 车辆多路称重系统可以识别超载车辆并给予相应的处罚，能够有效的控制高速公路上车辆的超载现象。本文以 ARM 处理器高性能、低功耗、低成本和资源丰富的优势，开发出了一种基于 ARM7 的车辆多路称重系统。 主要 是利用LPC2210 作为系统 MCU，再加上像电路模块、显示模块、 RS232 通信模块等一些必要的外围电路模块组成一个用于测量汽车重量并显示的系统。 本论文首先介绍了多路称重系统研究背景意义及国内外研究现状，接着论述了系统
3、方案的整体设计，再次阐述系统软件的设计及算法，最后对系统软件进行了调试。 关键词： 多路称重系统；数据采集； ARM II Software Design of Multi Weighing System Based on ARM7 Abstract Multiple weighing road vehicles designed for the protection of the system for normal road use has important economic significance and social value. With road transport of ind
4、ustrial production and commerce continues to evolve, resulting in multiple vehicles on the road weighing more stringent requirements, multi-channel load is normal transport sector to strengthen Highways, forced Overload, improve management efficiency achieve Highways system management modernization,
5、 scientific a key technology. Vehicle weighing system can recognize multiple overloaded vehicles and appropriate punishment, can effectively control the overloading of vehicles on the highway. In this paper, ARM processor performance, low power, low cost and advantage of rich resources, developed a
6、multi-channel ARM7-based vehicle weighing system. As the system is the use LPC2210 MCU, together with the phantom circuit module, display module, RS232 communication module necessary to form a peripheral circuit module for measuring the weight of the car and display system. This paper first introduc
7、es the research background multiple meanings and weighing systems research status, and then discusses the systems overall design scheme, once again explain the system software design and algorithm, and finally the system software debugging. Key Word: multiple weighing system; data collection; arm i
8、目 录 中文摘要 .I 英文摘要 . II 1 绪论 . 1 1.1 多路称重系统研究背景、目的及意义 . 1 1.1.1 多路称重系统研究背景 . 1 1.1.2 多路称重系统研究的目的及意义 . 2 1.2 国内外车辆多路称重系统的研究现状 . 2 1.2.1 车辆多路称重系统国内研究现状 . 2 1.2.2 车辆多路称重系统国外研究现状 . 3 1.3 研究的主要内容 . 4 1.4 小结 . 4 2 多路称重系统方案 . 5 2.1 多路称重系统的设计原则 . 5 2.2 多路称重系统的原理 . 5 2.3 多路称重系统的整体结构 . 6 2.3.1 系统组成 . 6 2.3.2 系统
9、功能和性能指标 . 6 2.4 多路称重系统的整体设计 . 7 2.4.1 汽车称重台 . 7 2.4.2 车辆分离器 . 7 2.4.3 轮轴识别器 . 8 2.4.4 电磁地感线圈 . 8 2.5 ARM 主系统设计 . 8 2.5.1 ARM 处理器简介 . 8 2.5.2ARM7TDMI-S 处理器 . 9 ii 2.5.3LPC2210 主要特性 . 10 2.5.4 存储器模组 . 11 2.5.5 看门狗及电源电压监视模块 . 11 2.5.6LCD 液晶显示模块 . 12 2.5.6 A/D 数据采集模块 . 12 2.6 小结 . 13 3 多路称重系统软件设计 . 14 3
10、.1 多路称重系统软件方案 . 14 3.1.1 系统软件功能模块 . 14 3.1.2 系统软件方案 . 15 3.2 数据采集程序设计 . 16 3.3 轮轴识别任务 . 17 3.4 数据处理 . 17 3.4.1 数字滤波 . 17 3.4.2 量纲转换 . 18 3.5 通讯程序模块 . 18 3.6 显示程序设计 . 19 3.7 按键模块 . 20 3.8 车辆称重算法 . 21 3.8.1 多路称重信号的特点 . 21 3.8.2 多路称重算法设计 . 21 3.9 小结 . 22 4 系统软件调试 . 23 4.1 调试原理 . 23 4.2 调试过程 . 23 4.3 小结
11、 . 26 5 结论与展望 . 27 5.1 结论 . 27 iii 5.2 展望 . 27 致谢 . 29 参考文献 . 30 毕业设计（论文）知识产权声明 . 30 毕业设计（论文）独创性声明 . 32 附录 . 33 附录 A 软件程序 . 33 附录 B 外文翻译 . 74 1 绪论 1 1 绪论 公路系统是由“车、路、运”三个因素构成的，而车、路与运的发展是相互依存、相互制约的，它们之间只有协调发展才能取得最佳的社会、经济效益。近几年来，伴随着交通运输业的迅猛发展，汽车超限超载运输现象越来越严重、超限超载造成了路面、桥梁等设施的破坏，从而恶化了道路服务水平和行车安全状况。为了有效治理
12、超限超载，对多路车辆的重量进行计量就显得十分迫切和必要。另外交通检查 、计重收费和不停车收费系统的发展与应用，这些都需要对行驶的车辆进行准确的称重计量。 1.1 多路称重系统研究背景、目的及意义 1.1.1 多路称重系统研究背景 随着经济的发展和科技的进步，公路运输市场内部竞争日益激烈，使之超限超载现象日益严重。从而造成交通安全隐患以及严重破坏了公路桥梁等严重现象日益增多。主要表现在： （ 1）严重的损坏了公路基础设施。超限超载车辆的荷载远远超过了公路和桥梁的设计承受荷载，致使路面损坏、桥梁断裂，正常使用年限大大缩短，只能提前进行大修。全国公路每年因车辆超限超载造成的损失超过 300 亿元，给
13、国家财产造成了巨额损失。 （ 2）汽车尾气超标严重污染环境。由于超限超载车辆燃油系统负荷过大，尤其是燃油净化系统不能正常运转，燃烧不完全，尾气严重超标，致使车辆行驶过程中浓烟滚滚，有的甚至只见黑烟不见车，对公路两旁环境造成了严重污染。 （ 3）对车辆本身造成巨大的损失。超限超载运输对车辆的损坏十分厉害，据一位从事超限超载运输的车主介绍，由于超负荷运行，汽车每两个月要换 10个轮胎，一个轮胎 1700 元左右，如果不超限超载、不出意外，轮胎每一年才换一次。 （ 4）诱发了大量的交通安全事故。据统计， 70%的道路安全事故是由于车辆超限超载引发的， 50%的群死群伤性重大特大道路交通事故与超限超载
14、有直接关系，车辆超限超载运输给人民生命财产造成了巨大损失。因为车辆超载后其平稳性、操作性、制动性等安全系数都会大幅下降，而交通事故率会大幅上升。 （ 5）导致了公路运输市场的恶性竞争。以竞相压价承揽货源，以超限超载西安工业大学毕业设计（论文） 2 来获取利润，超得越多，赚得越多，形成了“压价 超限超载 运力过剩 再超限超载”的恶性循环。同时造成车辆“大吨小标”泛滥。为迎合车辆超限超载运输的需求，一些汽车生产厂商竞相生产“大吨小标”车，一些汽车改装 厂和修理厂也纷纷非法改装车辆，影响了汽车工业的健康发展。 对于这种严重超限超载现象给公路交警们排查工作量带来极大的挑战，以往公路交警们凭经验上路抽查
15、超限超载车辆工作，杜绝不了车辆超限超载现象。一种能通过自动计算出超载的重量并打印或存储的车辆超载检测系统得于应用，使查验超限超载更加合理、科学，为交警执法提供合法依据。因此对多路称重系统进行进一步研究具有十分重要的理论意义和现实意义。 1.1.2 多路称重系统研究的目的及意义 本课题旨在开发一种基于 ARM7 的车辆多路称重系统，该系统集多路称重、车辆信息录入、打印罚 单于一体。在满足精度要求的基础上尽量减少生产成本。采用本系统进行车辆多路称重具有如下意义 : （ 1）功耗更低。本系统采用低功耗基于 ARM7 内核的 ARM7TDMI-S 处理器。 （ 2）良好的上位机通讯接口。系统集成了基于
16、 RS232 的串行通讯接口，可以将系统中的称重数据传送至上位机数据库。 （ 3）具有良好的人机接口。采用标准键盘和 LCD 液晶屏作为输入输出设备，实现了图形化操作界面。用户可以根据 LCD 提示来进行查询数据、设置参数等操作。 （ 4） 成本低廉。本系统在设计之初尽量选用性价比较高的元件，在保证功能稳定实现的前 提下，大大降低了生产成本。 本系统是基于 ARM7 的多路称重系统，便携性使其有更高的实用价值和更广阔的市场前景。 1.2 国内外车辆多路称重系统的研究现状 1.2.1 车辆多路称重系统国内研究现状 我国从上世纪八十年代开始研究多路称重系统，随着这些年经济的不断发展和科研实力的不断
17、增强，光纤传感技术的快速发展，利用光纤进行传感器方面的检测技术研究也取得一定的进展，在公路自动化交通调查、称重收费、轴载检测、限重执法等领域发挥越来越重要的作用。虽然国内的多路称重系统研究有了飞速的进步，但与国外相比，国内的技术还是不够成 熟，很多方面的技西安工业大学毕业设计（论文） 3 术还需要很大的改进。低成本、高精度、快车速的多路称重系统是国内研究技术的主要发展方向。 在我国，从八十年代开始引进国外的多路称重系统，同时也开始了对多路称重系统的研究。国内研究较早的是太原理工大学与山西省电子研究所开发出的轴重式计量汽车衡，山西电子所于 1985 年引进了加拿大公司汽车衡，与太原理工大学在此汽
18、车衡的基础上做了很多技术上的改进，能够方便地应用于公路自动化交通调查、轴载检测、限重执法等领域。太原理工大学最早在山西省安装多路汽车衡，同时也是全国最早使用多路汽车衡的单位。最近几年来，国内 工业界对汽车衡多路称重的需求有了很大的增长，许多生产厂家和公司都相继推出了自己的多路汽车衡产品。山西万立科技有限公司最早在山西省安装多路称重设备并一直致力于研发高精度的多路汽车衡，包括安装在公路超限检测的路段上和用于计重收费的高速公路段，在取得明显效果的基础上， 2008 年该公司又对称重设备进行了改造和完善，包括称重仪表的改进和不停车超限检测系统的应用，大大提高了车辆通行速度，减小了车辆在高速路口的拥堵
19、现象。 1.2.2 车辆多路称重系统国外研究现状 国外许多国家的道路运输也普遍存在超载现象，为了避免超载车辆对 公路造成的一系列危害，欧共体成员和美国、日本等在 20 世纪 50 年代开始就对车辆多路称重系统进行研究，经过半个多世纪的研究取得了一系列的研究成果。现阶段美国、德国、日本等发达国家为了大规模推广多路称重系统，把低成本的多路称重系统作为主要研究方向，大批科研人员正在致力研究出低成本高精度的多路称重系统。 1958 年，美国开始对 WIM 系统进行研究； 1968 年，西德的 PAT 公司开始对平板式车辆多路称重器进行研究； 1974 年，美国首次在车辆载荷研究中使用WIM 系统；同年
20、法国取得了一项压电缆多路车辆称重器的专利，即 Vibracoax；1984 年，美国 36 个州推广安装 WIM 系统； 1988 年，英国研制了一种性能优于Vibracoax 的新型称重压电传感器 Vebetek5； 1991 年改型为 Vebetek20； 1992 年，由欧洲高速公路系统研究实验室联盟 (FEHRI)发起，按照欧盟运输委员会 (ECTD)的程序框架制定了 COST323 计划，该计划主要内容就是研究对公路行驶车辆进行多路载荷监控的相关问题，其中最重要的一项测试是在瑞士进行为期 30 个月的 WIM 系统实际应用测试。 1994 年，欧盟开始进行 WAVE( Weighing in Motionof Axle and Vehicles for Europe)计划 从 1997 年 6 月到 1998 年 6 月在瑞典寒冷条件下进行产品系统测试，即著名的 CET (Cold Environment Test)测试，结果表明德国 PAT、瑞士 Kistler、美国 Mikros 等公司的产品在测量性能方面处于领先水平 ;2000 年工 TS 年会上展出了一种由美国 MSI公司开发的共聚物压电轴传感器，可以同时测量车速、车轴数、轴距并进行车型分类和多路称重。
