公路车载动态称重系统的设计与开发2

公路车载动态称重系统的设计与开发摘要公路车载动态称重系统的设计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。随着公路运输工业生产和商业贸易的不断发展，产生了对公路车辆进行动态称重越来越严格的要求，动态称重是路政部门加强正常运输、强制超载超限、提高管理工作效率，实现路政系统管理现代化、科学化的一项关键技术。就公路车载动态称重系统而言，称重的精度是最重要的性能指标，它标志着公路车载动态称重系统的技术水平的高低。目前公路车载动态称重系统由于对采集的信号只能简单的处理，加上建立的数学模型不适合非线性对象的特殊性，同时缺乏对干扰因素以及各种干扰因素之间的关系做深层次的研究和处理，所以系统的精度难以得到很大的提高。鉴于影响动态称重的干扰因素很多，而且这些因素之间不存在确切的函数关系，用传统的数学模型方法很难分析清楚这些干扰因素之间的关系，所以本文从理论基础方面入手，从提高称重精度的思想出发，介绍了应用于车载动态称重系统的各种智能算法模型，比较分析发现对于非线性对象没有解决误差精度问题，最终提出善于非线性建模的BP神经网络技术，包括网络的基本思想、计算过程、执行步骤、存在的问题，以及针对动态称重对象的非线性特征以及称重过程中存在的精度不准确问题采取了BP算法的改进方法，进一步满足了现场环境的称重要求。通过分析公路车载动态称重对象，建立了BP神经网络动态称重系统模型，根据现场采集的动态称重数据进行了网络模型的分析与数据训练，训练结果表明精度完全符合现场要求和国家标准。对于系统硬件方面，系统采用单片机进行数据采集与传送，对单片机的选择进行了介绍；用于数据处理的动态称重软件系统除了实现重量数据的处理、显示和查询等基本功能以外，它还实现了将采集的数据保存于数据库中并能以报表的形式打印出来的功能，以便于统计和查阅。本文中主要用到的单片机开发工具是C语言，工控机里的数据处理系统软件采用VisualC++6.0编程语言，主要利用RS-232串行接口来提供串口通信，使用BP神经网络对称重采集的数据建模仿真的环境是MATLABR2007。关键词：动态称重系统，单片机，数学模型，BP神经网络DESIGNATIONANDEMPOLDEROFHIGHWAYCAR-LOADINGWEIGH-IN-MOTIONSYSTEMABSTRACTTheHighwayCar-loadingWeigh-in-Motionsystem（WIMS）hasundoubtedlyplayedanantiveelectronicroleandsocialvalueintheprotectionofhighwaytrancport.AlongwiththedevelopmentoftheHighwayTransportation,IndustrialproductionandBusinessTrade,itisrequiredthattheHighwayWIMSneedstosaticfymorequalificationofmodernizationandscientizationfortherapidautomaticallyandtheenforcementoftheoverloadingrule.AstotheHighwayCar-loadingWIMS,theweighingprecisionofthevehiclemovingisthemostimportantstandardspecification.ItindicatesthetechnicalleveloftheHighwayCar-loadingWIMS.WhiletheweighingsignalprocessingoftheactualWeigh-in-Motionissimpledigitalfilterandthemodelisnotfitwellwithnon-lenearedobject.Evenfurthersignalprocessingtechniqueofkindsofdisturbingfactors.SotheWIMsystem’sprecisionishardlyimproved.BecausetherearesomanyfactorsaffecttheWIMS’accuracy,andtherearenotexactfunctionrelationsamongthesefactors,thispaperintroducessomenewarithmeticmodelstosettlethesefactorscomparedwithothermodels.IntheoryofimprovingtheWIMsystem’sprecision,finalchanceischoosingBPneuralnetwork.Itmostlyintroducesthebasicidea,calculatedprocess,executesstepsandexistedproblemsofBPNeuralNetwork,andFinallyputsforwardtheimprovedmethodtosatisfyweigh-in-motionrequirement.ThroughanalyzingHighwayWIMS’cars,thispaperbasesBPNeuralNerworkmodel.Theweigh-in-motiondatas,whichgatheredinsceneandtrainedbytheBPNeuralNetworkmodel,indicatethattheprecisionaccordswithpracticalrequirementandinternationalstandard.Inhardware,thesystemusesingle-chipmicrocomputerandintroducedthechoosingconditionofthesingle-shipmicrocomputer.TheWIMsystemofthepaperdescribedcanimplementnotonlythebasicfunctionofgatheringdata,processingdata,displaydata,andquerydata,butpreservedthegatheringdataintothedatabaseandprintinform.ThesystemmainlyuseClanguagetowriteinthesingle-chipmicrocomputer,anduseVisualC++6.0towriteinthecomputerforprocessingdata.TheRS-232isusedtocommunicatetheserial.Otherwise,thepaperuseMATLABR2007languagetomodelweighingsystem,simulinkandtraintheweighingdatas.KeyWords:Weigh-in-MotionSystem,Single-ChipMicrocomputer,SystemMathModeling,BPNeuralNetwork目录第一章绪论...................................................................11.1公路车载动态称重系统的意义............................................11.1.1汽车超限超载的危害...............................................11.1.2公路车载动态称重课题研究的意义...................................21.2公路车载动态称重系统的国外研究现状....................................31.3公路车载动态称重系统的国内研究现状.....................................41.4公路车载动态称重系统的发展趋势........................................51.5本文研究的主要内容及工作简述..........................................61.6本章小结..............................................................6第二章公路车载动态称重系统整体设计思想........................................82.1公路车载动态称重系统硬件系统..........................................82.1.1称重板压力传感器.................................................82.1.2数据采集系统....................................................102.1.3计算机系统......................................................102.1.4显示器系统、打印机系统..........................................122.1.5动态称重系统一些辅助硬件设备....................................132.2公路车载动态称重系统软件系统.........................................132.2.1数据采集软件程序设计............................................142.2.2数据预处理模块..................................................152.2.3显示程序设计....................................................152.2.4通信程序模块....................................................152.2.5计算机上的软件设计..............................................162.3本章小结.............................................................16第三章公路车载动态称重系统数学建模...........................................183.1公路车载动态称重系统的传统建模方法....................................183.1.1机理模型........................................................183.1.2经验模型........................................................193.1.3辨识模型........................................................203.2公路车载动态称重系统的BP神经网络建模方法............................213.2.1BP神经网络的结构...............................................213.2.2输入层和输出层节点数的确定......................................223.2.3隐含层数和层内节点数的确定.....