嵌入式平台下车辆动态称重系统的设计

朱欣颖 陈园园

摘 要：交通道路上行驶的车辆经常存在超限、超载等不良的现象。针对这一问题，设计了一种轻巧，高效的车辆动态称重系统，详细阐述了系统的硬件、软件的设计方案。该系统可以对车辆进行超限检查，具有一定的市场价值。

关键词：车辆动态称重系统；设计方案；交通运输

引言

随着经济的发展，交通运输发生着翻天覆地的变化[1]。一些司机为了谋取更多的私人利益，超载，超限现象时有发生，这一问题严重制约我国交通道路事业的和谐发展，如何解决这一弊端受到越来越广泛的关注。传统的车辆超限检测由超限检测站完成。可疑车辆驶入超限检测站，停靠在大衡传感器上进行称重，数据传回检测站进行分析[2]。静态检测方式精度较高，但是超限检测站的投资建设成本较大，并且，在车流量较大时，会造成道路拥挤，因此，轻巧，高效的动态称重系统更大得到人们的青睐。

1 动态称重的工作原理

动态称重系统克服了静态称重的弊端[3]。当车辆驶入车道上的检测范围时，地感传感器感应到车辆已经到来[4]，通知称重传感器对车辆完成称重，并将重量数据等信息传送给基于嵌入式平台下的重量分析系统，由分析系统完成数据的分析处理，并把数据通过无线网络传给显示终端，提示该车辆是否超限、超载，并完成最终数据的保存、打印。

2 总体设计

本课题要设计一款嵌入式平台下的车辆动态称重系统，采用模块化结构设计，具有良好的交互界面。并且，硬件应有一些扩展的接口，方便系统的升级与扩展。系统分为上位机设计和下位机设计。下位机完成重量数据的采集与转换，上位机完成数据的分析处理，并将最终结果由人机交互界面显示。

2.1 下位机设计

下位机由称重转换器，数模转换电路，核心控制器，无线收发模块组成。核心处理器采用TI公司生产的MSP430F149型号单片机，该单片机具有较低的功耗，支持五种节电方式和串口通信；提供三种晶振方式，高频，低频，内部激励，满足用户不同需求；具有两个16位的定时器，14路的12位模数转换器，采用16位的总线方式，寻址可达64K，稳定性好，可靠度高，非常适合工业级应用。在该系统中MSP430F149采用3.3V电压供电，晶振采用低频和高频两种方式，分别由定时器和内部时钟使用。

A/D转换器采用高集成度的CS5530芯片。模数转换器CS5530抗噪性能好，转换精度可达24位，支持对不同数据输出速率的编程。CS5530的共模输入端接受来至称重传感器的电信号，CS5530的共模输入端可以直接测量来自传感器的毫伏级信号，经A/D转换后由兼容SPI的串口交付给中央处理器MSP430F149做后续的加工。各板卡之间良好的兼容性简化了外围硬件电路的设计，降低了开发成本。

无线收发器采用Chipcon公司下生产的成本低廉的CC1101芯片，芯片中部内置调制解调器，支持多种调制速率。CC1101与处理器MSP430F149的SPI接口来连接的，功能是接收上位机的指令，发送下位机采集的车辆信息数据。

2.2 上位机设计

上位机由微处理器，数据存储管理单元，无线收发器，打印机，显示器组成。

上位机的中央处理器选用基于ARM920T内核的32位嵌入式微处理器S3C2440，提供0.13um的CMOS标准宏单元和存储器单元；支持多种接口，提供4通道DMA接口并有外部请求引脚，2通道SPI接口，1通道IIC-BUS接口等；采用AMBA的总线架构，具有低功耗，低成本，及全靜态设计等优点，特别适合在复杂路况环境中的应用。

无线收发器与下位机相同，两者协同工作，完成数据的上传下达；打印机采用微型打印机UP-F24/40，它同时支持串口数据通信和并口数据通信，在此系统中选用串口数据通信方式。

3 软件设计

良好的软件设计是系统稳定，协调工作的前提。软件是一些代码指令逻辑有序的集合，控制并协调各硬件单元的正常工作。车辆动态称重系统的软件设计包括两个部分，上位机应用软件和下位机的数据采集软件。

3.1 下位机软件设计

下位机的程序运行环境是IAR公司的EW430开发平台，语言选用嵌入式C语言开发。系统上电以后，A/D采集卡初始化。系统上电后首先需要初始化A/D，CS5530需要20mS的时间启动，为了保证系统的稳定性，在初始化之前，设置20mS的时间延迟，然后，完成采集卡的串口，寄存器的复位，为数据的读取做好准备。系统上电以后，无线通信模块处于闲置状态，同样需要配置内部寄存器。

3.2 嵌入式开发平台的实现

主流的嵌入式操作系统有WinCE、嵌入式Linux，Linux操作支持多任务开发及开放的体系结构。被系统选用基于嵌入式Linux操作系统作为上位机的开发平台。建立嵌入式Linux开发环境是软件设计的一个难点。开发环境的建立由四步完成，建立内核引导程序，设置内核参数，移植Linux内核、建立Linux根文件系统。在S3C2440开发板上Linux操作系统安装完成后，采用Qt框架建立人机交互界面。Qt为嵌入式系统定制，向设计人员提供一套完善的交互界面和开发平台。在Qt开发平台下，应用程序应实现动态称重数据分析，存储与查询等功能。

4 结束语

文章介绍了动态称重过程，根据动态称重的原理，详细论述了系统的总体设计方案，并对硬件选型，软件的设计进行相关的分析与讨论。基于嵌入式平台并结合无线网络开发设计的动态称重系统，结合这两项技术的优点，具有更高的数据采集分析能力。系统的下位机以低功耗的单片机MSP430作为数据采集单元的中央处理器来搭建数据采集子系统，上位机以嵌入式处理器Micro2440为核心，对Linux操作系统进行了移植，并在该环境下设计了具有良好交互界面的应用软件，从而实现对车量的动态称重。

参考文献

[1]许飞.车辆动态称重预检系统设计及实现[D].西安：西安工业大学，2012.

[2]张海宁，王伟涛，陈超波，等.无线便携式车辆动态称重系统的设计[J].计算技术与自动化，2012，31（2）：57.

[3]陈楠.车辆动态称重系统数据传输及算法研究[D].内蒙古大学大学，2014.

[4]郝亮，苏清祖.便携式车辆动态称重系统的设计[J].计量技术，2007，16（3）：30-33.

作者简介：朱欣颖（1986-），女，河南周口，硕士，研究方向：无线通信与网络优化。