动态称重信号采集系统设计

2011-07-18 17:48:26来源: 互联网
    车辆动态称重WIM(Weighing In Motion)在道路运输管理与交通执法等方面有广泛应用价值。目前比较成熟的商品化WIM系统中采用的动态称重传感器大多是弯板传感器,其安装、维护比较麻烦。采用压电电缆作为WIM系统的动态称重传感器,具有应用简便的优势。常规信号的采集和处理电路存在电路板面积大和成本高等缺陷。本文介绍了基于Cypress半导体公司PSoC器件CY8C24794实现的动态称重信号的采集系统。整个系统设计无须再选择USB、A/D等器件,节约了成本和电路板的面积。所有PSoC器件都是可动态重配置的,使设计人员能动态地设计并实现新的系统功能。设计人员可在不同的时间段配置同一模块给不同的管脚,从而提高了芯片利用率。

1 系统结构及硬件电路
    在车辆压力冲击下,压电电缆中被挤出电荷,经电荷放大器放大转换后,转换成常见的电压信号,经过CY8C24794适当的处理后传送给计算机,进行后续的处理。
    如图1所示动态称重信号采集系统结构,整个系统中,除了压电电缆和电荷放大器之外,就只有PSoC器件CY8C24794,因此省去了USB接口、A/D转换等功能芯片,最大程度上简化了电路。

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1.1 压电电缆
   压电电缆利用压电效应的原理,当轮胎经过压电电缆时,传感器受到压力作用产生电荷信号,经过电荷放大和电压放大以及一些信号处理之后,即获得所需电压信号,其幅度与所受压力成正比,信号的周期和轮胎停留在传感器上的时间相同。本试验采用的是韩国XIRE压电电缆,比现有高分子材料PVDF传感器具有更高的灵敏度,采用FLEXFZT技术,克服现有化工陶瓷材料脆性,柔韧性强。常规压电电缆的安装是采用单股安装,存在精度低的缺点。本文采用了将一根压电电缆绕成多股进行信号的采集,实验表明有较好的效果。
1.2 电荷放大器
    根据压电元件的工作原理,与压电元件配套的放大测量电路也有两种形式:一种是电荷放大器,其输出电压与输入电荷成正比;另一种是电压放大器,其输出电压与输入电压(压电元件的输出电压)成正比。
    电荷放大器的输出与传感器和电缆电容无关,但须视增益附加增益放大;电压(高阻)放大器的输出与传感器和电缆电容有关,增益与时间常数独立可调。由于电荷放大器与传感器和电缆电容无关,所以本试验就采用电荷放大器。在非理想运放下的的电荷放大电路如图2所示。

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    图2中Q是压电电缆产生输入电荷,Cs是传感器的电容,Ce是电缆电容,Ci是放大器的输入电容,Cf是反馈电容,Rf是反馈电阻。当开环增益K足够大的时,Cs、Ce、Ci的影响可忽略不计。并联反馈电阻避免电容不断累积电荷而造成运放输出饱和。经分析可得,电荷放大器输出电压仅取决于输入电荷Q和反馈电路参数Cf,综合体积和成本等各方面因素,AD538是最适合的芯片。汽车所产生的电荷在一定的范围内,所以选择一个合适的Cf,就会使得U0在合理的范围内。

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关键字:PSoC  USB  动态称重  CY8C24794

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0718/article_2995.html
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