作者 / 马晓晴 胡小翠 王杰 王敏敏 周平
安徽农业大学 工学院电气工程系(安徽 合肥 230000)
*基金项目：安徽省质量工程项目(编号：2015ckjh008);安徽农业大学校级大创项目(编号：2016102)
周平(1982-)，男，博士，副教授，研讨方向：农业主动化、农业信息化等。
摘要：针对车辆超载检测体系精度不高、功率低的现状，本文研讨一种根据胎压差分的丈量办法，并在此基础上使用传感技能、无线收发技能、嵌入式硬件技能等，集成开发车辆载重检测体系，完结胎压改变的监测与记载。经过精确性试验得出该体系的相对差错在±5%以内;由稳定性试验得出最大相对差错为3.8%。因而该丈量体系具有较高的理论价值和实用价值。
导言
据统计，全国每年由车辆超载引起的交通事端占70%，由超载直接导致的群死群伤事端占50%[1]。车辆超载的危害性引起了国务院的高度重视，由部务会议经过的《超限运送车辆行进公路办理规则》第三十三条中规则：公路办理机构应当对货运车辆进行超载检测[2]。
现在车辆载重检测办法首要分为静态称重和动态称重。国外车辆称重最典型的技能为神经网络法，该丈量技能以神经网络为中心，将丈量过程中影响丈量精度的差错要素作为训练样本，得到较抱负的网络模型，其长处是丈量精度高但制作本钱也高[3];国内的丈量技能制作本钱相对较低，一种是根据轿车叠板绷簧形变的丈量技能，其长处是制作简单，但精度不高，差错在5%~30%左右;另一种是根据高精度称重传感器的丈量技能，其丈量精确度高，但不能完结动态实时丈量，功率低。
为了补偿上述丈量体系中精度低、功率低、制作本钱高的缺乏，本文规划了一种根据胎压差分法的车辆自载重检测体系。
1 胎压差分丈量原理
当轮胎遭到外部压力效果产生形变时，其内部气压添加以对立外力，因而当轿车载重时，轮胎内部的气压和空间都会产生相应改变[4]。假定轮胎为一个抱负模型，不考虑其刚性和周围环境等杂乱的影响要素，当轮胎负荷为Q时，内部气压为Pt，轮胎产生必定形变，设轮胎接地面积为S，此刻有：
(1)
又由于：
(2)
R为轮胎半径，f为下沉高度，假定在轿车行进的过程中，轮胎温度T不变 。
联立上式可得：
(3)
因而，关于确认类型的轿车，只需求丈量轿车空载时和满载后的轮胎胎压就可得到轿车的载重量。
2 体系总体规划
2.1 结构规划
图1为根据胎压差分法的车辆自载重检测体系结构。根据物联网架构，经过压力传感器收集根本数据，选用嵌入式处理器进行剖析和运算，得到轿车自载重与轮胎胎压之间的数学联系，并经过无线射频进行信息交流与通讯，完结车辆载重的实时监控与丈量[5]。
2.2 功用规划
图2为根据胎压差分法的车辆自载重检测体系功用。首要分为两部分，用户界面信息显现以及超载处理，当用户进入体系界面时，体系会主动匹配车辆的吨位、轮胎的类型以及车主的相关信息，并将当时状态下的轮胎胎压值与车辆载重值显现在屏幕上。体系自主判别当时车辆是否超载，若超载则宣布警报信号。
3 体系软硬件规划
3.1 硬件规划
图3为根据胎压差分法的车辆自载重检测体系硬件组成。首要分为传感器收集、CPU处理和无线数据传输。
传感器处于轮胎与丈量体系接口方位，是获取与检测信息的窗口。体系选用STI8016类型的高完整性单晶硅压力半导体传感器进行数据收集，该产品非线性度，迟滞，重复性，输入与输出误差较小，丈量精度高，丈量范围在-100kPa~2MPa之间，具有杰出的可靠性和灵敏性。
微处理器作为整个体系的中心，需求完结数据的处理、发送、接纳及显现等功用。微处理器选用具有内置10位25通道单端/差分ADC的C8051F310单片机，其内部校准24.5 MHz±2%的作业频率，彻底可以满意静态胎压丈量速率。无线传输选用nRF24L01芯片，可直接与单片机I/O衔接。经过软件设置其传输速率可以完结15~50m范围内的数据传输[6]。
3.2 软件规划
图4为根据胎压差分法的车辆自载重检测体系丈量流程。首要对体系进行初始化，然后将收集到的模拟量转化成数字量发送给CPU进行运算和处理，nRF24L01的无线发送模块将处理后的数据发送给无线接纳模块，终究显现在液晶屏上。
在无线传输过程中，先对数据宽度、频道等参数进行设置。数据发送时，nRF24L01的寄存器装备为发射形式，写入发送地址和数据，延时必定时刻后发动发射;数据接纳时，寄存器装备为接纳形式，写入与发送模块相同的地址宽度，数据长度和频率，翻开相应的数据通道进行数据接纳。
4 试验与成果
4.1 精确性试验
为了验证所提出规划的精确性，在试验室树立一般4轮货运车辆平板模型进行试验测验。假定卡车的4个轮胎新旧程度和磨损程度相同，将数据收集设备装置在每一个轮胎的气门芯上，初始胎压为94.26kPa，每添加65kg丈量一次数据取平均值(如表1所示)。
图5为胎压与载重拟合直线。由Origin9.0软件剖析得出当卡车载量逐步添加时，其拟合直线的拟合系数R2=0.97，阐明回归直线对观测值的拟合程度很好，胎压与载量之间根本满意线性联系[8]。
由精确性试验可以得出，关于特定类型的轿车和轮胎，本文所提出的丈量办法精确度较高，丈量的相对差错在±5%以内。
4.2 稳定性试验
为了验证该丈量办法的可靠性和稳定性，在车辆载重为400kg的状态下，坚持体系待机，每隔24小时进行一次数据采样，采样10次并进行剖析(如表2所示)。图6为接连观测数据曲线，10个采样数据均在400kg上下动摇，最大绝对差错为13.8kg，最大相对差错为3.8%。在车辆长时刻行进的过程中，可以确保丈量数据的精确性，因而该丈量体系具有必定的可靠性和稳定性。
4.3 成果
经过上述试验证明，本文提出的丈量办法相对差错均在±5%以内，可以较精确得到对应轮胎胎压的轿车载重值，因而可选用相同的办法对不同类型的车辆进行丈量，并别离得出相应的线性表达式。
5 定论
本文经过对轮胎胎压与车辆自载重之间数学联系的研讨，提出一种根据胎压差分的丈量办法。该丈量机理简练有用，根据此机理上树立的车辆自载重实时检测体系精度高，便于装置和带着，具有较高的实用价值。但由于时刻、试验条件和技能等原因，还有许多当地不行完善。例如该体系没有自主学习才能，只能对特定的轮胎进行丈量，因而还需进一步研讨，以满意广泛的使用需求。
参考文献：
[1]杜娟,刘晓东.我国车辆超载现状剖析及对策研讨[J].价值工程,2012,(01):279-280.
[2]交通运送部.超限运送车辆行进公路办理规则.[Z]2016.
[3]刘燕.轿车自载重丈量体系研讨[D].东北大学,2012.
[4]李仁庆.动载荷下轿车胎压改变规则试验研讨[D].浙江工业大学,2016.
[5]张海涛,张永奎.物联网体系架构与中心技能[J].长春工业大学学报(自然科学版),2012,(02):176-181.
[6]覃溪.根据nRF24L01的无线温湿度报警器的规划[J].科技展望,2017,(10):136.
[7]刘振华.根据NRF24L01的无线数据收集体系规划[J].山西科技,2016,(06):104-109.
[8]郝长春,孙润广.Origin9.0软件在大学物理试验数据处理中的使用讨论[J].大学物理试验,2015,(04):90-91.
本文来源于《电子产品世界》2018年第1期第46页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
