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1、本科生毕业设计基于FIR算法的汽车动态称重系统的理论研究Theoretical Research of FIR Algorithm-Based in Vehicle Dynamic Weighing Systems学 生 姓 名专 业学 号指 导 教 师学 院毕业设计（论文）原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是认真学习理解学校的理工大学本科毕业设计（论文）工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作容。2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集
2、体均已在文中注明。3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！作 者 签 名： 年 月日摘要交通运输业的发展无疑对国民经济建设起到了积极的推动作用，但是号称公路隐形杀手的营运车辆超载现象屡禁不止，其危害是多方面的：加速损坏公路路面，增加公路养护成本；使国家税费大量流失
3、；造成交通事故频繁发生；严重的环境污染；加速车辆的损坏。因此加强公路运输的管理、保障行车安全等问题也显得日趋重要。车辆动态称重，即在非停车的运动状态下的称重，与停车状态下的静态称重相比，其主要特点是节省时间，效率高，使得称重时不至于造成对正常交通的干扰。汽车动态称重是加强公路超限运输、强制实施超限法规等管理现代化、科学化的技术条件。动态车辆称重系统的研究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。关键字：动态称重 称重本体 FPGA FIR 单片机ABSTRACTThe development of communication and transportation industry h
4、as undoubtedly played an active role in the construction of national economy. However, the overloading of trucking vehicles, which is known as stealthy killers of the highway, remains incessant in despite of repeated prohibition. Harms created by overloading are of manifolds, accelerating road damag
5、e, increasing road maintenance cost, leading to substantial run off of taxation and toll fee, bringing about frequent occurrence of traffic accidents, seriously polluting the environment, speeding up vehicle wear-off etc. So that it becomes more and more important to reinforce control over road tran
6、sportation. Dynamic weighing, i.e. weighing the vehicle on its moving state, with the characteristic of higher efficiency and time-saving, avoids the disturbance to the traffic in the weighing process, as compared with static weighing. Vehicle dynamic weighing is the technical precondition to the mo
7、dernized and scientific management of reinforcing overloading control and forcing overloading control regulations. And the study of dynamic weighing system is of economic significance and social value in assurance of appropriate use of the roads.KEY WORDS: dynamic weighing; Weighing noumenon; FPGA;
8、FIR; single chip microprocessor 目录摘要IABSTRACTII第1章 前言11.1选题背景及意义11.2动态称重概述11.3动态车辆称重系统国外研究现状21.4 几种动态测试方式及系统3第2章 硬件系统介绍52.1整体设计介绍52.2 FPGA概述62.3 放大滤波电路设计82.4 A/D采集电路设计112.5 显示电路设计132.6 通讯电路设计14第3章 软件设计173.1 FPGA软件设计173.2 FIR算法实现183.3 单片机软件设计253.3.1 动态称重仪表的数学模型253.3.2单片机软件流程图25第4章 结论27第5章 展望和不足28参考文献
9、29致1第1章 前言1.1选题背景及意义随着经济的发展和科技的进步，现代交通运输业飞速发展。近几年来我国对公路基础设施特别是高速公路建设的力度逐年加大，全国公路建设完成投资日益增加。交通运输业的发展无疑对国民经济建设起到了积极的推动作用，但是号称公路隐形杀手的营运车辆超载现象屡禁不止，其危害是多方面的1。主要表现在：加速损坏公路路面，增加公路养护成本；使国家税费大量流失；造成交通事故频繁发生；严重的环境污染；加速车辆的损坏等几个方面。因此加强公路运输的管理、保障行车安全等问题也显得日趋重要。依据交通部对车辆轴类型及轴载质量的标准，我们准备对满足我国管理规要求的全自动车辆动态称重超限管理系统进行
10、实验性研究，为交通部门实施有效的超限管理提供了强有力的手段。鉴于国车辆超载、超限的严重性，公路交通管理相关部门急于收集当前公路上行驶的车辆车型组成、轴载谱和超重程度、分析超重车辆对路面的损害影响程度，以便估算公路交通部门需为此增加的建设投资，并制定相应的管理措施和法规，为公路运营部门按车重收费提供有效技术手段。同时提高动态称重的精度，提高称重时车辆通过速度、降低称重系统的成本仍是一个未能解决的问题，国外一直都在探索一种全新型的动态称重方案。如何设计出速度快、抗干扰能力强、准确度高的新型全自动汽车动态称重超限管理系统，对交通部门有效地实施超限管理，保证行车安全、延长公路的使用寿命、降低公路养护的
11、成本、减少环境污染等方面有着显著的社会效益和经济效益。1.2动态称重概述车辆动态称重，即在非停车的运动状态下的称重。与停车状态下的静态称重相比，其主要特点是节省时间，效率高，使得称重时不至于造成对正常交通的干扰。这对公路建设与管理有着极为重要的意义，同时对车辆运输现代化管理也有较大的促进作用。目前较为流行的是轴重称量轴重仪，即分别测出车辆各轴的轴重量，再由测量系统计算出整车重量。在静态称重时，车辆的轮胎平稳地作用于轴重仪称台上，无任何其它外力干扰，能反映真实轴重。因此可以实现高精度测量。动态称重时，车辆以一定速度通过轴重仪测量平台，不仅轮胎对平台的作用时间很短（在几百毫秒以），而且作用在平台上
12、的力除真实轴重外，还有许多因素产生的干扰力，如：车速、车辆自身谐振、路面激励、轮胎驱动力等。可以说真实轴重被淹没在各种干扰力中，给动态称重实现高精度测量造成很大困难。因此，在外界随机不确定的干扰力作用下如何准确测量真实轴重，就成了动态轴重测试系统的技术难点和关键。就所存在的干扰进行整理、分析综合，从动态测试系统的整体角度探讨能减小或消除这些干扰力影响程度的措施和测试方式，无疑有助于高精度动态称重技术的进步及测试系统的发展1。1.3动态车辆称重系统国外研究现状 在20世纪60年代末70年代初，国外开始研究高速公路动态车辆称重系统以防止车辆超载对路面所造成的损坏，我国则起步较晚，开始于80年代初期
13、2。1974年，法国取得了一项压电缆动态汽车称重器Vibracoax的专利。1988年，英国研制出了性能优于Vibracoax的新型压电称重传感器Vibetek5。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)的程序框架进行了COST323计划。该计划主要容就是研究对公路上行驶的汽车进行动态载荷监控的相关问题，其中最重要的是在瑞士进行为期30个月的WIM系统实际应用测试。1994年，欧盟开始进行WAVE(weighing in motion of axleand vehicles for Europe)计划即著名的CET(cold environ
14、ment test)测试。结果表明德国PAT、美国Mikros等在测量性能方面处于领先水平。2000年ITS年会上展出由美国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、轴距及车型分类、动态称重。为了规世界上的动态称重系统，1990年德克萨斯大学的学者起草了ASTME131890标准3。1）目前，国外汽车动态称重系统的研究以美国和德国水平较高，德国PAT公司生产的产品精度已达到3%4。2）我国高等级公路的发展较国外晚，但超载现象特别严重，尤其是矿产资源富有地区。我国于20世纪80年代出现了带基坑和无基坑两种电子汽车衡5，1994年一种动、静态两用电子轨道衡6在钢铁公司通过了鉴定
15、，该产品集动态和静态轨道衡的优点子一身，较好地解决了检测精度与汽车通过速度之间的矛盾。作为国家“八五”重点科技项目，交通部公路科学研究所研制了一种固定式动态汽车称重系统7，该系统轴重误差小于10%，置信度为95%。3）汽车动态称重技术在现实中的应用。发达国家在公路骨干网上普遍设立了车辆动态称重检测设备，对汽车超载现象实施严格管理。目前，国还没有一家企业能够自主生产汽车动态称重仪，其关键总成或配件依靠进口。本课题主要对动态车辆称重系统进行深入的分析和研究以解决其关键问题。1.4 几种动态测试方式及系统动态称重时，车辆以一定速度通过轴重仪测量平台，不仅轮胎对平台的作用时间很短（在几百毫秒以），而且作用在平台上的力除真实轴重外，还有许多因素产生的干扰力，如：车速、车辆自身谐振、路面激励、轮胎驱动力等。可以说真实轴重被淹没在各种干扰力中，给动态称重实现高精度测量造成很大困难。
