一種有效的超重報警動作機構的設計與實現

摘 要：貨車超載現象屢禁不止，致使道路破壞、交通事故頻發、運輸市場惡化等現象不斷上演。本文提出一種動態稱重方法，實現超重報警動作。超載檢測模塊由稱重傳感器實現，傳感器調理電路包括波形整形、放大，控制和動作部分由開關三極管和時間繼電器來完成。在理論分析計算和仿真的基礎上，通過合理選擇、調整各器件參數，不斷調試，最終多次試驗結果顯示，該系統能夠實現動態超重檢測報警，報警音延時一段時間后切斷電路的目的。

關鍵詞：超重報警 傳感器檢測信號放大 開關三極管 超重執行機構

中圖分類號：TM930.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0003-02

交通運輸產業的飛速發展促成了國民經濟的穩定持續增長。但是在汽車運輸中，由于受經濟利益的驅動，號稱公路隱形殺手的汽車超載現象頻頻發生。超載行駛造成公路嚴重損壞，引發惡性交通事故。國內外許多國家針對這一普遍現象也采取了措施。歐共體成員國和美國、日本等國在上世紀50年代就開始對汽車動態稱重系統（weigh-in-motion，簡稱WIM）進行研究并取得了相應的成果。在我國，從1980年代開始引進和消化吸收國外的動態稱重系統，同時也開始了對動態稱重系統的研究，并逐步產品化。然而，目前稱重設備普遍存在的問題是：設備質量重，安裝困難，測量精度低，影響交通通行[1]。最有效、可行的方法就是，運用技術手段對車輛超載行為進行“主動”治理。為此，文中設計出可以安裝在貨車鋼板彈簧和車橋[2]上的微型超載報警系統簡易模型，能夠靈敏的反應重力的變化并準確、快速動作。

1 原理與設計方案

系統主電路結構圖如圖1所示。首先選用壓阻式壓力傳感器，具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性，實現信號的產生與輸出。其主要器件電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。當彈性體受力F作用時，應變片電阻值改變，而應變計是連接成平衡電橋式的，所以電橋平衡因應變計電阻的變化而被破壞，進而輸出信號。在彈性范圍內，彈性體的變形的與受到的力F成正比[3]，內部原理圖和外觀圖見圖2。

將傳感器輸出信號進行整形濾波后通過AD620[4]進行放大，放大后的電壓信號與電阻配合使用控制開關三極管的導通與關斷。在三極管的發射極接入繼電器，由此來控制后續動作電路的時間繼電器和指示燈、蜂鳴器，以達到超重報警后延時關斷的目的。

2 超重報警動作機構實現

2.1 信號的產生與整形放大

選用壓力傳感器為10 kg量程，濾波電容選取了兩個電容并聯，以便濾掉不通頻率的干擾波，實現更好的整形效果。然后將濾波后的電壓信號輸入AD620的正負輸入端，形成差動輸入，在AD620的1，8針腳間接入可調電阻R5，用來調節增益G的大小。由于AD620針腳5需要一個基準電壓的輸入，在其下一級用一個由4558d構成的電壓跟隨器提供其基準電壓。經過反復的計算與實際測驗，最終得到的各元件的參數如下圖3。

從左到右，圖3電路中各元件參數具體為：C1=0.1uF，C2=22uF，R5=680Ω， R6=20 kΩ，R7=20 kΩ，R8=47 Ω，R9= 22Ω，C3=C1=0.1uF，C4=C2=22uF。

經過壓力大小、傳感器輸出電壓值及準確度的綜合考慮，確定AD620要達到的增益值，進而確定可調電阻值R5。4558d確定的基準值大小由上圖3中R6，R7，R8的值決定，通過反復調整R8的值大小，最終選取R8大小為47 kΩ，此時基準值大小（約為3 v）適合于輸出信號的要求。

2.2 開關管控制部分

通過前一級電路輸出信號的大小，以及開關三極管3dk9參數的比對和實驗，確定三極管基極電阻值為22 Ω，此時三極管能夠做到符合設定的關斷。另外，為了減小其他不良干擾，在開關三極管基極信號輸入前依上一級并入兩個相同的電容。三極管集電極接+5 v直流電源，發射極接入雙路繼電器線圈，并傳入一節干電池以抬高電壓，保證三極管準確關斷。為防止繼電器線圈對三極管反向釋放大電流，燒毀三極管，在線圈上并聯一個二極管來構成回路。

2.3 繼電器動作機構

雙路繼電器兩個常開觸點分別為SW1，SW2，如下圖4，當上級開關三極管導通，其線圈得電，常開觸點閉合，蜂鳴器在5 v電壓的驅動下發出“警報”聲，同時時間繼電器線圈得電，時間繼電器開始計時。當計時時間（例如10 s）到，SW4常閉觸點斷開，蜂鳴器停止發聲，SW3常開觸點閉合，指示燈亮（代表接入汽車油門開關的電路的關斷）。

2.4 數據測試及結果統計

3 結論

以上系統設計經多次測試得到，可以測量重力在0～10 kg范圍內的值，當重力達到4.2 kg時三級管導通，后續動作電路實現報警提醒操作人員，并延時強制切斷的功能。此系統原理能夠推廣用于實際車輛超載檢測系統中，能夠有效反應汽車載重的變化并作出相應的動作，并且體積小重量輕，便于安裝。

參考文獻

[1] 張忠.治理公路超限運輸長效機制研究[D].西安：長安大學，2005.

[2]周志國，馬林才，劉美靈.汽車超載智能控制器隨車動態稱重系統研究[J].農業裝備與車輛工程，2012，50（11）：13-16.

[3]尹福炎.電阻應變片與應變傳遞原理研究[J].衡器，2010，39（2）：1-8.

[4]紀宗南.儀表放大器及其應用（六）低功耗儀表放大器的應用[J].國外電子元器件，1998，10：32-35.