嵌入式平臺(tái)下車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱欣穎 陳園園

摘 要：交通道路上行駛的車輛經(jīng)常存在超限、超載等不良的現(xiàn)象。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)了一種輕巧，高效的車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件、軟件的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)可以對(duì)車輛進(jìn)行超限檢查，具有一定的市場(chǎng)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方案；交通運(yùn)輸

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸發(fā)生著翻天覆地的變化[1]。一些司機(jī)為了謀取更多的私人利益，超載，超限現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這一問題嚴(yán)重制約我國(guó)交通道路事業(yè)的和諧發(fā)展，如何解決這一弊端受到越來越廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的車輛超限檢測(cè)由超限檢測(cè)站完成。可疑車輛駛?cè)氤迿z測(cè)站，?？吭诖蠛鈧鞲衅魃线M(jìn)行稱重，數(shù)據(jù)傳回檢測(cè)站進(jìn)行分析[2]。靜態(tài)檢測(cè)方式精度較高，但是超限檢測(cè)站的投資建設(shè)成本較大，并且，在車流量較大時(shí)，會(huì)造成道路擁擠，因此，輕巧，高效的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)更大得到人們的青睞。

1 動(dòng)態(tài)稱重的工作原理

動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)克服了靜態(tài)稱重的弊端[3]。當(dāng)車輛駛?cè)胲嚨郎系臋z測(cè)范圍時(shí)，地感傳感器感應(yīng)到車輛已經(jīng)到來[4]，通知稱重傳感器對(duì)車輛完成稱重，并將重量數(shù)據(jù)等信息傳送給基于嵌入式平臺(tái)下的重量分析系統(tǒng)，由分析系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的分析處理，并把數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳給顯示終端，提示該車輛是否超限、超載，并完成最終數(shù)據(jù)的保存、打印。

2 總體設(shè)計(jì)

本課題要設(shè)計(jì)一款嵌入式平臺(tái)下的車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有良好的交互界面。并且，硬件應(yīng)有一些擴(kuò)展的接口，方便系統(tǒng)的升級(jí)與擴(kuò)展。系統(tǒng)分為上位機(jī)設(shè)計(jì)和下位機(jī)設(shè)計(jì)。下位機(jī)完成重量數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換，上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的分析處理，并將最終結(jié)果由人機(jī)交互界面顯示。

2.1 下位機(jī)設(shè)計(jì)

下位機(jī)由稱重轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，核心控制器，無線收發(fā)模塊組成。核心處理器采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149型號(hào)單片機(jī)，該單片機(jī)具有較低的功耗，支持五種節(jié)電方式和串口通信；提供三種晶振方式，高頻，低頻，內(nèi)部激勵(lì)，滿足用戶不同需求；具有兩個(gè)16位的定時(shí)器，14路的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用16位的總線方式，尋址可達(dá)64K，穩(wěn)定性好，可靠度高，非常適合工業(yè)級(jí)應(yīng)用。在該系統(tǒng)中MSP430F149采用3.3V電壓供電，晶振采用低頻和高頻兩種方式，分別由定時(shí)器和內(nèi)部時(shí)鐘使用。

A/D轉(zhuǎn)換器采用高集成度的CS5530芯片。模數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5530抗噪性能好，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)24位，支持對(duì)不同數(shù)據(jù)輸出速率的編程。CS5530的共模輸入端接受來至稱重傳感器的電信號(hào)，CS5530的共模輸入端可以直接測(cè)量來自傳感器的毫伏級(jí)信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由兼容SPI的串口交付給中央處理器MSP430F149做后續(xù)的加工。各板卡之間良好的兼容性簡(jiǎn)化了外圍硬件電路的設(shè)計(jì)，降低了開發(fā)成本。

無線收發(fā)器采用Chipcon公司下生產(chǎn)的成本低廉的CC1101芯片，芯片中部?jī)?nèi)置調(diào)制解調(diào)器，支持多種調(diào)制速率。CC1101與處理器MSP430F149的SPI接口來連接的，功能是接收上位機(jī)的指令，發(fā)送下位機(jī)采集的車輛信息數(shù)據(jù)。

2.2 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)由微處理器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理單元，無線收發(fā)器，打印機(jī)，顯示器組成。

上位機(jī)的中央處理器選用基于ARM920T內(nèi)核的32位嵌入式微處理器S3C2440，提供0.13um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元；支持多種接口，提供4通道DMA接口并有外部請(qǐng)求引腳，2通道SPI接口，1通道IIC-BUS接口等；采用AMBA的總線架構(gòu)，具有低功耗，低成本，及全靜態(tài)設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在復(fù)雜路況環(huán)境中的應(yīng)用。

無線收發(fā)器與下位機(jī)相同，兩者協(xié)同工作，完成數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)；打印機(jī)采用微型打印機(jī)UP-F24/40，它同時(shí)支持串口數(shù)據(jù)通信和并口數(shù)據(jù)通信，在此系統(tǒng)中選用串口數(shù)據(jù)通信方式。

3 軟件設(shè)計(jì)

良好的軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)穩(wěn)定，協(xié)調(diào)工作的前提。軟件是一些代碼指令邏輯有序的集合，控制并協(xié)調(diào)各硬件單元的正常工作。車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分，上位機(jī)應(yīng)用軟件和下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集軟件。

3.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)的程序運(yùn)行環(huán)境是IAR公司的EW430開發(fā)平臺(tái)，語言選用嵌入式C語言開發(fā)。系統(tǒng)上電以后，A/D采集卡初始化。系統(tǒng)上電后首先需要初始化A/D，CS5530需要20mS的時(shí)間啟動(dòng)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在初始化之前，設(shè)置20mS的時(shí)間延遲，然后，完成采集卡的串口，寄存器的復(fù)位，為數(shù)據(jù)的讀取做好準(zhǔn)備。系統(tǒng)上電以后，無線通信模塊處于閑置狀態(tài)，同樣需要配置內(nèi)部寄存器。

3.2 嵌入式開發(fā)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

主流的嵌入式操作系統(tǒng)有WinCE、嵌入式Linux，Linux操作支持多任務(wù)開發(fā)及開放的體系結(jié)構(gòu)。被系統(tǒng)選用基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為上位機(jī)的開發(fā)平臺(tái)。建立嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境是軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。開發(fā)環(huán)境的建立由四步完成，建立內(nèi)核引導(dǎo)程序，設(shè)置內(nèi)核參數(shù)，移植Linux內(nèi)核、建立Linux根文件系統(tǒng)。在S3C2440開發(fā)板上Linux操作系統(tǒng)安裝完成后，采用Qt框架建立人機(jī)交互界面。Qt為嵌入式系統(tǒng)定制，向設(shè)計(jì)人員提供一套完善的交互界面和開發(fā)平臺(tái)。在Qt開發(fā)平臺(tái)下，應(yīng)用程序應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)分析，存儲(chǔ)與查詢等功能。

4 結(jié)束語

文章介紹了動(dòng)態(tài)稱重過程，根據(jù)動(dòng)態(tài)稱重的原理，詳細(xì)論述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)硬件選型，軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的分析與討論?；谇度胧狡脚_(tái)并結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，結(jié)合這兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的數(shù)據(jù)采集分析能力。系統(tǒng)的下位機(jī)以低功耗的單片機(jī)MSP430作為數(shù)據(jù)采集單元的中央處理器來搭建數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，上位機(jī)以嵌入式處理器Micro2440為核心，對(duì)Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行了移植，并在該環(huán)境下設(shè)計(jì)了具有良好交互界面的應(yīng)用軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車量的動(dòng)態(tài)稱重。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：朱欣穎（1986-），女，河南周口，碩士，研究方向：無線通信與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。