计算机技术课程设计-货车自动称重系统设计
、计算机控制技术课程设计课题题目：货车自动称重系统设计学生姓名： 学号：学院：目录目录第一章绪论11.1 设计背景11.2 设计目的和意义11.2.1 设计目的11.2.2 设计的意义11.3 国外技术现状与发展11.4 国内技术现状与发展21.5 设计内容2第二章系统整体设计42.1 系统测控对象简介42.1.1 结构42.1.2 测控要求42.2 系统整体结构及工作原理52.2.1 结构框图52.2.2 工作原理52.2.3 各主要部件作用6第三章硬件子系统设计73.1 系统上位机选型73.2 系统控制器选型73.2.1 远程 I/O 模块组选型73.2.2 变送器选型83.2.3 称重传感器选型93.3 系统总体结构框图与驱动电路设计9第四章系统软件设计104.1 总体设计104.1.1 软件功能需求分析104.1.2 软件架构104.1.3 开发工具简介104.2 软件各功能模块设计11(1)建立新工程项目11(2)制作图形画面制作 2 个图形画面。11(3)定义中口设备11(4)定义变量12（5）程序设计13（6）建立动画连接14第五章设计总结155.1 系统设计总结155.2 设计过程总结15参考文献16第一章绪论1.1 设计背景随着经济不断发展，我国公路使用率不断增加，道路运输环境不断提高，道路运输业取得了快速发展，货车道路运输已成为主要运输方式，货物周转量逐年增加。但是道路货运也存在着一个奇怪的现象，即超高、超长、超宽、超重运输。根据数据显示，全国每年有超过 300 亿元的损失是单纯由于货车超载所造成的，这对国家的财政是一笔巨大的损失。引起这些事故的原因有很多种，比如：路面环境、司机技术及状态等。但是，另一项数据表明，在货车发生的交通事故中，有超过 80% 的几率是因为超载。超载车辆有着诸多的危害，第一超载车辆使得道路路面的损坏加快，其使用年限也随之骤降；第二超载车辆污染排放严重超标；第三超载车辆使得交通的安全受到严重的影响； 第四严重影响市场物流运输，第六会对桥梁造成严重的伤害。因此，解决货车超载问题已迫在眉睫。1.2 设计目的和意义1.2.1 设计目的为了判断行驶的货车是否超载，必须给货车进行称重。货车称重广泛的运用在高速路口收费站以及在企业工厂中，而传统的手工称重记录模式弊病诸多。例如称重流程复杂、效率低下、手动记录称重数据容易出错以及易滋生营私舞弊的行为等。随着各种传感器技术、计算机控制技术和其他监控技术的发展，人们对称重提出了新的需求，自动称重系统应运而生，而这项技术也广泛的运用在货车称重中，大大的提高了货车的称重效率，称重流程也变得简单了许多，最关键的是因为这项技术的诞生使得道路上货车超载现象大大减少，事故率也普遍降低。1.2.2 设计的意义自动称重系统在称重的整个过程中能够做到计量数据自动可靠采集、自动判别、自动指挥、自动处理、自动控制，最大限度地降低了人工操作所带来的弊端和工作强度，提高了系统的信息化、自动化程度。对于管理部门，可以通过自动称重系统中的汇报表了解当前的生产及物流状况；对于产物结算部门，可以拿到清晰又准确的结算报表；对于仓管部门，可以了解到自己收、发货物的情况。因此货车自动称重系统在公司企业仓库、高速公路货车计重收费等领域得到广泛应用。1.3 国外技术现状与发展国外许多国家的道路运输普遍存在超限超重现象，据调查，在十九世纪五十年代，德国大型载货车辆中，超载车辆数量达到 50%，日本达到 20%，美国达到 40%-60%，为了避免超限超重货车引发的一系列危害，最大化的降低货车超重所带来的影响，一项被称为动态称重系统(weight-in-motion. 简称 WIM)的研究在欧共体各国展开了，通过坚持不懈的努力，取得了一定的成果，解决了静态称重9所不能解决的问题。此系统可以确定行驶中的货车是否超重及超重量，有效降低了对超重车的漏检， 提高检测效率达到节约监测时间的目的。从 1958 年开始，美国就对 WIM 系统进行研究;1968 年，西德的 PAT 公司开始研究平板式车辆动态称重器;1974 年，法国取得了一项压电缆动态车辆称重器的专利，即 Vibracoax；1984 年，美国有多个州推广安装 WIM 系统；1985 美国“低成本动态称量系统”在现场投入运行，并交美国联邦公路部署推广使用； 1988 年， 英国研制出了一种性能优于 Vibracoax 的新型称重压电传感器Vebetek;1990 西德 PAT 的平板式传感器性能比较理想，同时展示数种低成本的动态称重系统，他们主要基于压电缆，压电膜和电容传感技术。在安装条件很好的情况下，能使统计平均误差控制在 15% 左右；在 1992 年，由欧洲高速公路系统带头，开发了 Cos23 计划，这是按照欧盟交通委员会的程序框架拟定的，该方案的主要内容就是研究对公路行驶车辆进行动态载荷监控的相关问题，其中最重要的一项测试是在瑞土进行为期 30 个月的 WIM 系统实际应用测试。1994 年，欧盟开始进行著名的CET(Cold Environment Test)测试，结果表明德国 PAT、瑞土 Kister、美国 Mjkr OS 等公司的产品在测量性能方面处于领先水平；2000 年 ITS 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动态称重。1.4 国内技术现状与发展我国高等级公路的发展较国外晚些，但是超载现象特别严重，尤其是在一些矿产资源富有的地区。为此，我国从八十年代开始引进和消化吸收国外的动态称重系统，同时也开始了对动态称重系统的研究。但是，引进的称重系统大都是国外的已经被替换下来的产品，存在着各种问题，比如速度范围小，传感器庞大等。鉴于实际情况，重庆公路科学研究所对动态称重系统进行了研究，他们开发出了动态车辆称重系统，可以应用于公路自动化交通调查、轴载检测、限重执法等领域。1994 年一种动、静态两用电子轨道衡在太原钢铁公司通过了鉴定，该产品集动态和静态轨道衡的优点于身，较好地解决了检测精度与汽车通过时速度之间的矛盾。最近几年来，国内工业界对汽车衡动态称重的需求有了很大的增长，许多公司都相继推出了自己的动态汽车衡产品。部分典型动态称重系统有德峰精密机械有限责任公司生产的一型便携式动态轴重检测仪、合肥市正茂称重系统有限公司生产的使携式电子汽车轴重检测仪、广东华普电器实业集团有限公司生产的双路多功能称重仪。目前在我国，在动态称重传感器的使用上，依然停留在秤体平台跨接传感器的阶段，由传感器来接收并分析秤体总重量来得出货车即时重量。该传感器具有价格低、组装灵活、维修方便等优点。 其缺点主要是要求通过的速度低，从而导致交通的不畅通，一旦货车速度在 16km/h 以上或更快速度下，就会产生非真实的车重值，甚至会由于监测速度不够快而导致丢轴重的情况发生。尽管国内对动态车辆称重系统的研究已经有了很大进展，但在研究过程中还存在许多问题亟待解决，如往往测量精度高，允许的通行速度就比较低，而通行速度高时，测量精度就达不到要求等。因此如何在保证监测精度的同时尽可能降低货车速度影响，一直是过去十几年里的研究重点。1.5 设计内容本设计把握当货车自动称重系统的发展趋势，通过文献查阅、调查研究等方法，以远程 I/O+PC 为控制主要设备，组建成一个控制系统，根据控制被控对象及控制要求的不同，设计一套稳定的控制系统。本论文共分为五章：第一章，简单介绍了货车自动称重系统的应用背景及设计意义，分析国内外发展现状。第二章，主要介绍了货车自动称重系统的结构、测控要求及系统功能，设计远程 I/O+PC 控制系统的结构框图和工作原理。第三章，主要介绍了货车自动称重系统硬件的选型，选择并确定合适的 I/O 模块做为本控制系统的主要配件。第四章，基于组态王的软件架构设计。第五章，设计总结。第二章系统整体设计2.1 系统测控对象简介2.1.1 结构货车自动称重系统主要由计算机、传力机构（秤体）、称重传感器、称重仪表、大屏幕显示器以 及打印机等部分组成，系统组成示意图如下所示：图 2-1 货车自动称重系统组成示意图2.1.2 测控要求要求货车在完全驶上称重平台并且处于平稳后，能够在大屏幕显示器上看清楚货车的实际重量， 同时能够在电脑上记录数据并且打印出重量数据表单。为此，货车自动称重系统采用以下控制设计方案：（1）在称重平台下方的四个角上安装称重传感器，这类传感器属于压力传感器的一种，可采用 电阻应变式压力传感器，电阻应变式压力传感器核心是电阻应变片，将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于弹性元件时，会导致元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经电路处理后的以电信号的方式输出，这就是电阻应变式传感器的工作原理。电阻应变式压力传感器相关技术参数如下：灵敏度：0.5mV/V 非线性：1% RO 滞后误差：1% RO 重量影响：BPR-2采用风强制冷却时，在 0.1-0.14MPa 的气压下，螺纹部分的重量不高于 180， 重量零点变化 0.04%RO/在水压为 0.06-0.08MPa 下，膜片重量不高于 1100,重量零点变化 0.01%RO/ 激励电压：最高 10V(AC 或 DC)允许过载能力：20% RC连接螺纹：M201.5(mm)图 2-2 电阻应变式压力传感器示意图理。（2）货车驶上称重平台，在货车重力的作用下，应变片在发生微小形变，导致应变片电阻发生 变化，电阻变化信号通过传感器中的转换电路变化为大小为 mv 级别的电压信号，此信号通过变送器将 mv 电压信号转换为 0-5V 的电压信号，然后通过 I/O 模块与计算机相连接，将信号传输给计算机进行处图 2-3 货车自动称重系统流程框图（3）经过计算机处理后将数据记录下来，同时将数据显示在大屏幕上，然后连接打印机将车重 量数据打印出来。2.2 系统整体结构及工作原理2.2.1 结构框图如下图所示，货车驶上承重平台后，电阻应变式压力传感器检测到压力变化，通过 A/D 转换电路和变送器将信号变为电信号并将其放大，然后通过 I/O 模块连接到电脑将信号传输到 PC，实现货车驶上承重平台，计算机就能显示显示货车的重量。图 2-4 货车自动称重系统组成框图2.2.2 工作原理传力机构将货车的重量传递给称重传感器的机械平台，称重传感器是系统的核心部件，通常采用压力传感器。称重传感器将重量值转换成对应的可测电信号（A/D 转换电路），称重仪表测量传感器传输的电信号，此电信号通过信号放大电路（常用变送器）将信号放大，然后通过 I/O 模块传输到计算机（PC）上，再通过计算机的一系列处理将电信号（如电压值）的大小对应为货车的真实重量数据传递至大屏幕显示器，同时通过打印机打印重量数据单。2.2.3 各主要部件作用计算机用于重量数据进一步处理、记录储存、实时显示、报表统计、网络传输等。称重传感器（这里采用电阻应变式压力传感器）及其调理电路的作用是将货车施加给承重平台的压力转换
