一種貨車etc車載整車式稱重顯示器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種貨車ETC車載整車式稱重顯示器，包括CPU單元、車輛狀態檢測單元、稱重單元、電源單元、顯示單元、定位單元、水平測量單元、溫度測量單元、短距離無線通訊單元、移動無線網絡數據通訊單元、有線通訊單元。本發明是整個車載整車稱重系統的核心部分，在CPU中運行無操作系統的應用程序，實現車載稱重與數據修正、數據與信息的遠程雙向傳遞、綜合信息的就地顯示、貨車不停車收費(貨車ETC)。
【專利說明】一種貨車ETC車載整車式稱重顯示器
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子稱重衡器的稱重收費領域，具體涉及一種車載整車式稱重顯示器，是一種集成了行駛記錄儀、車輛定位與監測網絡技術，具備實時車載整車稱重的車載顯示儀表。
【背景技術】
[0002]隨著道路交通運輸總量的快速增長，營運車輛保有量也隨之快速上升。截止2013年底，全國載貨汽車保有量已突破2000萬輛，貨車交通占我國公路交通組成約七成比重，在我國物流業發展中起著重要作用。但由于我國實行貨車計重收費政策，車輛行駛在高速路上通過收費站時必須先進行載重量稱量，車道收費員按照收費系統參考重量計算出的應收費用進行現金收費。目前的車輛稱重采取的是地面衡器稱量技術，動態地面衡器能夠保證一定的通行律，但是稱重誤差較大，容易引起爭議，反而造成車道堵塞，地面靜態衡可以保證較精確的稱量，基本上不會有爭議，但是稱量所需的時間更長，一樣影響了車道通行效率，因此，不論使用靜態衡或是動態衡均會造成載重貨車在收費口處通行效率低下，是造成高速公路局部交通擁堵的主要因素之一。加之由于載重貨車燃燒的多是柴油，在車輛啟停時均會產生大量的污染尾氣，擁堵的交通口造成貨車低速反復啟停，大量的污染尾氣進一步加劇了對環境的污染。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本發明的目的在于提供一種貨車ETC車載整車式稱重顯示儀器，在原有車載稱重技術的基礎上，綜合溫度、行駛速度、車輛所處海拔高度、行駛路面水平度以及剎車情況等信息對載重信息進行有效的修正和補償，提供實時、準確、真實的貨車重量信息。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種貨車ETC車載整車式稱重顯示器，其特征在于:由CPU單元、車輛狀態檢測單元、稱重單元、電源單元、顯示單元、定位單元、水平測量單元、溫度測量單元、短距離無線通訊單元、移動無線網絡數據通訊單元、有線通訊單元組成；
[0005]其中CPU單元由ARM微處理器STM32F103ZET6核心電路和JTAG下載調試電路、FM24C111鐵電數據存儲器、SD卡數據存儲電路、14路LED狀態指示燈構成，CPU內嵌程序的在線更新與調試利用ISP技術通過JTAG實現，參數存儲在鐵電存儲器中，SD卡存儲車輛歷史狀態信息，可設定刷新周期，LED狀態指示燈便于調試人員直觀地觀察程序運行情況，快速地發現故障點；
[0006]車輛狀態檢測單元由脈沖計數器電路、行駛速度信號整形與轉換電路、電壓比較器電路及剎車信號轉換電路構成，通過對車輪轉速脈沖信號的整形與計數，獲得車輛實時的行駛速度，通過對剎車信號的轉換與比較測量，感知車輛的剎車狀態；
[0007]稱重單元由信號輸入防護電路和AD7799高精度四通道數據采集電路組成，車載稱重傳感器送出的稱重信號經過信號輸入防護電路的安全防護處理后，送入AD7799模數轉換器進行高精度數字化轉換，數字量重量信息最終送入CPU單元，輸入信號防護電路可將信號傳輸線上耦合的干擾與破壞性信號進行旁路和消除，保護后端的電路不受影響；
[0008]電源單元由LM2596芯片組成的開關穩壓電源加保護電路及后備電池充放電管理電路組成，為儀表、稱重傳感器及車載OBU單元提供穩定、安全、充足的工作電源；
[0009]顯示單元由迪文DMT80600C05智能觸摸液晶顯示模塊和MAX232組成的RS232光電隔離轉換電路組成，作為人機交互界面，實現信息顯示與參數設定與錄入；
[0010]定位單元由北斗/GPS雙模定位模塊以及配套的定位天線組成，實現地理定位，實時向CPU提供定位坐標、移動速度、海拔高度信息；
[0011]水平測量單元由三軸加速度計ADXL345及其周邊電路構成，稱重顯示儀安裝固定好后，對水平測量單元的參數進行初始設置，確定初始水平參數與狀態，當車輛停留或行駛在坡路上時，通過對ADXL345輸出的三軸加速度數據進行解算，可以獲得相對準確的車輛與水平面的二維夾角信息；
[0012]溫度測量單元由高精度溫度傳感器DS18B20及其周邊電路組成，傳感器安裝在駕駛室外的稱重傳感器接線盒內，實時測量設備環境溫度，向CPU單元提供環境溫度信息；
[0013]短距離無線通訊單元由ZIGBEE無線模塊及配套天線組成，無線電頻率為2.4GHz，網絡節點自由接入，自動識別，實現百米距離內的短距離無線通訊；
[0014]移動無線網絡數據通訊單元由2G/3G模塊與配套天線組成，兼容GSM和3G模式，實現利用移動通信網絡進行遠程數據交換；
[0015]有線通訊單元由RS232光電隔離轉換電路和數據遠傳接口組成，可連接車載OBU單元實現與ETC系統的RSU單元的數據交換。
[0016]本發明是整個車載整車稱重系統的核心部分，與一般的整車稱重顯示器相比，本發明的車載稱重顯示器具有如下有益效果:
[0017]1、可以測量行駛或靜止車輛的實時整車重量，并利用行駛速度、行駛水平程度、環境溫度、所處位置海拔高度、剎車狀態等對稱重的影響因子參數進行修正和補償，獲得準確實時有效的整車重量，實現貨車實時車載稱重，由于采用了補償技術，稱量誤差小，實時性強，技術領先。
[0018]2、利用短距離無線通訊單元與收費站路旁的終端設備，進行稱重綜合數據交換、或利用有線通訊接口與車輛上安裝的ETC用OBU單元連接，實現與收費站ETC系統的RSU單元進行綜合稱重信息交換、或直接使用傳送給監控中心的車輛綜合信息這三種方式，均可實現貨車不停車收費(貨車ETC)，提高了貨車通行效率，減少了貨車尾氣對環境的污染、總體上降低了貨車對燃油的使用量，社會效益與經濟效益明顯。
[0019]3、采用北斗/GPS雙模定位技術，促進了我國定位導航系統的應用。
[0020]4、為車聯網提供了多功能網絡底層終端設備，促進了物聯網的發展。
[0021]5、本發明集成了行駛記錄儀、車輛定位與監測網絡技術以及實時車載整車稱重的技術，實現貨車實時車載稱重、遠程狀態檢測和不停車計重收費(貨車計重ETC)，稱重誤差小、實時性強、提高了收費道路的貨車通行效率，減少了由于道路擁堵車輛反復啟停產生的大量廢氣對環境的污染，節約了燃油、為車聯網的實現提供了底層終端。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的系統總體結構框圖。
[0023]圖2是CPU單元與車輛狀態檢測單元和稱重單元的連接結構圖。
[0024]圖3是CPU單元與車輛狀態檢測單元、顯示單元、定位單元和移動無線網絡數據通訊單元的連接結構圖。
[0025]圖4是CPU單元與短距離無線通訊單元的連接結構圖。
【具體實施方式】
[0026]參見圖1，本發明在嵌入式系統框架下，由車輛提供工作電源，由CPU單元、車輛狀態檢測單元、稱重單元、電源單元、顯示單元、定位單元、水平測量單元、溫度測量單元、短距離無線通訊單元、移動無線網絡數據通訊單元、有線通訊單元組成貨車ETC車載整車式稱重顯示器硬件，在CPU中運行無操作系統的應用程序，實現車載稱重與數據修正、數據與信息的遠程雙向傳遞、綜合信息的就地顯示、貨車不停車收費(貨車ETC)。
[0027]CPU單元由ARM微處理器STM32F103ZET6核心電路和JTAG下載調試電路、FM24C111鐵電數據存儲器、SD卡數據存儲電路、14路LED狀態指示燈構成，程序的在線更新與調試利用ISP技術通過JTAG實現，參數存儲在鐵電存儲器中，SD卡存儲車輛歷史狀態信息，可設定刷新周期，LED狀態指示燈便于調試人員直觀地觀察程序運行情況，快速地發現故障點。
[0028]參見圖2，車輛狀態檢測單元由脈沖計數器電路、行駛速度信號整形與轉換電路、電壓比較器電路及剎車信號轉換電路構成。通過對車輪轉速脈沖信號的整形與計數，獲得車輛實時的行駛速度。通過對剎車信號的轉換與比較測量，感知車輛的剎車狀態。
[0029]稱重單元信號輸入防護電路和AD7799高精度4通道數據采集電路組成，車載稱重傳感器送出的稱重信號經過信號輸入防護電路的安全防護處理后，送入AD7799模數轉換器進行高精度數字化轉換，數字量重量信息最終送入CPU單元，輸入信號防護電路可將信號傳輸線上耦合的電子脈沖、浪涌、靜電等干擾與破壞性信號進行旁路和消除，保護后端的電路不受影響。
[0030]電源單元由LM2596芯片組成的開關穩壓電源+保護電路及后備電池充放電管理電路組成，實現將汽車電源凈化、降壓穩壓、為儀表、稱重傳感器及OBU單元提供穩定、安全、充足的工作電源的作用。
[0031]參見圖3，顯示單元由迪文DMT80600C05智能觸摸液晶顯示模塊和MAX232組成的RS232光電隔離電路組成，作為人機交互界面，實現信息顯示與參數設定與錄入。
[0032]定位單元由北斗/GPS雙模定位模塊以及配套的定位天線組成，實現地理定位，實時向CPU提供定位坐標、移動速度、海拔高度等信息。
[0033]水平測量單元由3軸加速度計ADXL345及其周邊電路構成，稱重顯示儀安裝固定好后，對水平測量單元的參數進行初始設置，確定初始水平參數與狀態，當車輛停留或行駛在坡路上時，通過對ADXL345輸出的三軸加速度數據進行解算，可以獲得相對準確的車輛與水平面的2維夾角信息。
[0034]溫度測量單元由高精度溫度傳感器DS18B20及其周邊電路組成，傳感器安裝在駕駛室外的稱重傳感器接線盒內，實時測量設備環境溫度，向CPU單元提供環境溫度信息。
[0035]參見圖4，短距離無線通訊單元由DIGI公司的ZIGBEE無線模塊及配套天線組成，無線電頻率為2.4GHz,網絡節點自由接入，自動識別，實現百米距離內的短距離無線通訊。
[0036]移動無線網絡數據通訊單元由2G/3G模塊與配套天線組成，兼容GSM和3G模式，實現利用移動通信網絡進行遠程數據交換。
[0037]有線通訊單元由RS232光電隔離轉換電路和數據遠傳接口組成，可連接車載OBU單元實現與ETC系統的RSU單元的數據交換。
[0038]本發明在原有車載稱重技術的基礎上，綜合溫度、行駛速度、車輛所處海拔高度、行駛路面水平度以及剎車情況等信息對載重信息進行有效的修正和補償，提供實時、準確、真實的貨車重量信息。
[0039]整個系統在CPU內嵌程序的控制與運算下:
[0040]1、通過稱重單元獲知車輛實時載重重量信息，并參考從車輛狀態檢測單元獲知的車輛行駛速度、剎車狀態，從水平測量單元獲知的車輛的水平或上下坡行駛狀態，從溫度測量單元獲知的車輛行駛環境溫度信息，以及從定位單元獲知的車輛海拔高度這些信息，對載重信息進行綜合修正和補償，獲得真實、準確、實時的車輛載重數據；
[0041]2、將實時載重信息以及可授權選擇的綜合信息通過液晶顯示屏實時顯示出來，并可通過設定超速報警限值、超載報警限值、連續駕駛報警限值等自動判斷車輛是否超速、超重、超時，并在超限時發出報警提示。
[0042]3、將實時載重信息以及可授權選擇的綜合信息通過GPRS移動無線網絡數據通訊單元遠程傳遞給數據監控中心服務器，可實時監測車輛的行駛軌跡、行駛狀態、并可將監控中心發出的信息傳送給指定的車輛，通過顯示器通知駕駛員，實現遠程監測與控制；
[0043]4、通過短距離無線數據交換模塊，在車輛行駛靠近ETC收費站路旁ZIGBEE無線網絡數據通訊終端時，與其進行數據交換，將車輛信息包括整車重量信息發送給ETC收費系統，實現貨車計重ETC收費，同時ZIGBEE短距離無線數據交換模塊也可以與定制的手操設備近距離無線連接，實現參數設定、調試、標定等工作。
[0044]5、通過備用數據遠傳單元和正在開發的車載ETC的OBU模塊連接，實現和小轎車一樣的ETC收費。
【權利要求】
1.一種貨車ETC車載整車式稱重顯示器，其特征在于:由CPU單元、車輛狀態檢測單元、稱重單元、電源單元、顯示單元、定位單元、水平測量單元、溫度測量單元、短距離無線通訊單元、移動無線網絡數據通訊單元、有線通訊單元組成； 其中CPU單元由ARM微處理器STM32F103ZET6核心電路和JTAG下載調試電路、FM24C111鐵電數據存儲器、SD卡數據存儲電路、14路LED狀態指示燈構成，CPU內嵌程序的在線更新與調試利用ISP技術通過JTAG實現，參數存儲在鐵電存儲器中，SD卡存儲車輛歷史狀態信息，可設定刷新周期，LED狀態指示燈便于調試人員直觀地觀察程序運行情況，快速地發現故障點； 車輛狀態檢測單元由脈沖計數器電路、行駛速度信號整形與轉換電路、電壓比較器電路及剎車信號轉換電路構成，通過對車輪轉速脈沖信號的整形與計數，獲得車輛實時的行駛速度，通過對剎車信號的轉換與比較測量，感知車輛的剎車狀態； 稱重單元由信號輸入防護電路和AD7799高精度四通道數據采集電路組成，車載稱重傳感器送出的稱重信號經過信號輸入防護電路的安全防護處理后，送入AD7799模數轉換器進行高精度數字化轉換，數字量重量信息最終送入CPU單元，輸入信號防護電路可將信號傳輸線上耦合的干擾與破壞性信號進行旁路和消除，保護后端的電路不受影響； 電源單元由LM2596芯片組成的開關穩壓電源加保護電路及后備電池充放電管理電路組成，為儀表、稱重傳感器及車載OBU單元提供穩定、安全、充足的工作電源； 顯示單元由迪文DMT80600C05智能觸摸液晶顯示模塊和MAX232組成的RS232光電隔離轉換電路組成，作為人機交互界面，實現信息顯示與參數設定與錄入； 定位單元由北斗/GPS雙模定位模塊以及配套的定位天線組成，實現地理定位，實時向CPU提供定位坐標、移動速度、海拔高度信息； 水平測量單元由三軸加速度計ADXL345及其周邊電路構成，稱重顯示儀安裝固定好后，對水平測量單元的參數進行初始設置，確定初始水平參數與狀態，當車輛停留或行駛在坡路上時，通過對ADXL345輸出的三軸加速度數據進行解算，可以獲得相對準確的車輛與水平面的二維夾角信息； 溫度測量單元由高精度溫度傳感器DS18B20及其周邊電路組成，傳感器安裝在駕駛室外的稱重傳感器接線盒內，實時測量設備環境溫度，向CPU單元提供環境溫度信息； 短距離無線通訊單元由ZIGBEE無線模塊及配套天線組成，無線電頻率為2.4GHz,網絡節點自由接入，自動識別，實現百米距離內的短距離無線通訊； 移動無線網絡數據通訊單元由2G/3G模塊與配套天線組成，兼容GSM和3G模式，實現利用移動通信網絡進行遠程數據交換； 有線通訊單元由RS232光電隔離轉換電路和數據遠傳接口組成，可連接車載OBU單元實現與ETC系統的RSU單元的數據交換。
【文檔編號】G01G19/08GK104390688SQ201410764275
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】許晨光, 羅向東, 孫立明, 張榮軍, 張偉 申請人:陜西電器研究所