1系统称重技术原理
本次研究所采用的DCS-30KⅡ型双秤面动态秤，可以说是国内高速公路第二代动态公路自动衡器，基本上全国各地已经都更换了这种新型产品，与上一代单板称重的区别是，这一代产品采用了双板，多路称重传感器来对动态车辆进行称量。避免了许多由于人为因素造成的称量不准确，主要是规避了货车司机称重作弊的一些现象的发生。见下图1-1
说到其工作原理其实很简单，两个环节，一是称重，二是计费。称重环节首先车辆低速进入高速公路出站口的引导车道，引导车道内安装有双秤面称重系统，当车辆每组车轮（即一个车轴上的左右两个轮子）压过称重板后，称重板两侧上方面特有的断桥式称重传感器发生微小的物理形变，也就是外在压力使原有称重传感器内的电阻应变计发生了形变，使得多阻电桥失去了原有的电平衡，由于不平衡产生了输出电信号，输出的电信号通过预埋好的电缆向引导车道边上的数字接线盒传输，数字接线盒内装有高速A/D码转换器，将多阻电桥发出的电信号转化为数字信号，在经过预埋线缆将数字信号传输到数据采集器，而后经过后台软件及其他辅助装置分析运算，核算出该车通过时，有多少车轴，每个车轴上有几个轮胎，通过时候的即时速度，以及加速度，还有每个车轴通过压板时的质量。
另外称重压板前段两侧分别树立安装有一组光栅以及安装在车道的检测线圈均可以准确判断某一具体车辆是否完完全全的顺利通过，后台软件也可以经过特殊的逻辑设计，判断各种不同车型是否有倒车，以及溜车的现象发生。当车辆完全通过后，最后核算出若干轴总和的质量，这个质量也是判断该车是否超载，以及应该缴付多少过路费的重要依据。与此同时与此车有关的信息将会被记录到计算机后台数据库当中，以便日后查询。而且此系统还拥有故障自动报警装置，一旦系统相关设备发生故障，将会通过软件及时发送报请错误信息，以便高速公路相关人员及时联系维保人员及时维修。
2 DCS-30KⅡ动态公路车辆自动衡器硬件组成。
主要有以下几个重要组成部分：称重台、称重传感器、光栅分离器、地感线圈、轮胎识别器、数据采集控制处理器、收费PC终端以及票据打印机。
2.1称重台和称重传感器
双秤面称重台和称重传感器组合可以静态测量轴重和低速动态通过的车辆总重量，称量结果精度高。静态称量可以达到国标JJG539-97《数字指示秤》Ⅲ级精度的要求。动态称量精度可达到≤0.5%，从而获得车辆轴重和总质量的数据相当可靠真实，是计重的称量系统的最为关键的组成部分。
此称重系统中采用桥式称重传感器，并采巧妙采用上翻梁设计构造，使得称重传感器的水平位置在双秤面之上。称重台整体框预先用高强度混凝土浇筑在地表之下，双秤面则置于框架之上并与水平面一齐，并通过高强度金属连接件与秤面相连，相当于是传感器是吊着秤面进行称量，这样最大的好处就是，使称重传感器的水平位置不仅高于秤面，更高于地面，有效的避免的雨水的浸泡。新一代动态汽车衡采用的是双秤面，每个秤面均连接着4个桥式称重传感器，总共8个称重传感器，每个传感器的量程为20t，每轴额定载荷30t，每轴过载能力150%，满足日常重载车辆反复碾压，且称重传感器采用多重封装工艺，正常工作环境温度（-40~80）℃，相对湿度：0%～95%。满足高温高湿下等极寒极热环境中正常稳定运转。
2.2光栅分离器和地感线圈
光栅分离器又称为红外线光栅分离器，由不锈钢光栅防护罩、红外线光幕、发射端和接收端以及信号线缆等组成。
现实中高速公路收费站口排队进站的情况很多。红外线光栅通过逻辑判断有效的分辨前车与后车，使得称重结果和车辆一一对应。不会出现前车与后车重量混淆不清的情况。即使是拖挂车也能通过红外线光栅有效的分辨出此车车为一整体，而并非两辆车，主要是因为车头与挂车必须有连接才能行驶，连接部分成为了两个光栅之间的障碍物，从而光栅会认为这是一辆车，而非两辆。
当红外线光栅分离器发生故障的时候，预埋在引导车道最前端的地感线圈，也可以有效的对车辆进行分离处理，前提前后车之间离距离≥2米市，分车判断准确率达99%以上。
2.3轮胎识别器
众所周知计重收费主要是针对货运车辆，在国内货运车辆可谓是样式繁多。主要体现在车轴数以及轮胎数量上。举个例子同样荷载55吨的货运车辆，轮胎越多自然对地面的压强也就是越小，对公路造成的损害也就越小。轮胎识别采用压力感应式传感器作为信号采集单元，由12或16路变力传感器组成，检测宽度1620mm，正常工作范围温度：（-40~80）℃，相对湿度：0%～95%，防尘指标达到IP68。且具有自诊断功能，能够准确的识别出通过车辆的车轴数，以及每个车轴有多少个车轮，正确识别车轴类型，车轴数量准确度达到99%以上，轴组数据依据下轴类型编码组合，以数字代码的方式发送给数据采集控制器，判断车辆具体样式，以及是否超载。
2.4数据采集控制处理器
数据采集控制器安装在引道车道的一侧，由不锈钢室外机柜、数据采集处理器、供电模块、接口板等部分组成，前置式安装。数据采集控制器负责将称重传感器、光栅、轮胎识别器、地感线圈采集到的数据汇总到一起，进行逻辑判断和分析，从而计算得出所通过车辆的车轴数、轮胎数、每个轴重、是否与前车分离、以及最终的总重量。并根据终端收费PC的数据要求，传送相应的载荷信息，并控制相应的报警装置发现故障时报警。
数据采集控制处理器，信号范围：（-10~10）mV DC，采样频率4000Hz，数据接口为标准的RS232/RS422/RS485。其中称重设备的处理CPU采用国际先进的单片机控制技术，内部刷写固件程序，无其他零件，系统稳定不死机，无需人工，称重自动完成，达到与终端收费系统时时互联互通。称重控制器内部采用总线结构设计，由多组模块组合，包括直流交流电源转换模块，计算机核心处理模块，DIP线圈处理模块，称重平板处理模块，输入输出接口板，且所有外部接口均采用光电隔离处理，安装电源防雷模块。称重控制器选用RS485接口与车道控制器进行数据通信，能接受车道控制器发出的指令，并完成相应动作，且具有自动缓存10辆车信息的功能，在信息未正常送达时，自动存入缓存并尝试重发，在此数据未正常送达前不会被覆盖，保证数据完整性。数据采集控制处理正常工作温度范围-40°～+80°，相对湿度：0%～95%，防尘指标达到IP68。
3计重收费系统工作流程
1.红外线光栅分离器识别车辆进入
2.轮胎识别器识别车辆进入到秤台，联体秤称重系统开始称重，检测轴重，判定轴组
3.当车辆完全通过红外线光栅分离器，完全离开秤台台面时，数据采集控制器自动记录整车重量，并修车轴重。
4.数据采集控制器中的称重控制系统向终端收费PC发送计重信息，包含轴数，轴组、轴重、整车重量等信息，终端PC自动判定是否超载，计算收费金额。
4总结
本文介绍了DSC-30KⅡ型新一代动态公路汽车自动衡器基本工作原理，深入分析了其系统的主要硬件组成，并逐个对其硬件组成进行原理分析，了解各部分的功能以及有效适用范围，以及各部分是如何同控制处理器进行通讯与协调工作。相信在不久的将来，随着科技的进步发展，高速公路动态计重收费领域还会有更完善的发展空间，届时将计重收费普及到全国所有高速公路收费站。
论文作者:王臣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/8
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