全文摘要
本实用新型涉及车辆称重检测技术领域，具体为一种基于快速测量载重的车辆引导装置，包括压力传感器、上承载面板、步进电机、控制器件和升降栏杆；控制器件包括单片机，以及连接单片机的启动或停止控制开关和正转或反转控制开关；压力传感器的上端固定设置有上承载面板，上承载面板高出地面设置，用于承载车辆；压力传感器的输出端与单片机的信号输入端连接，单片机的输出端与步进电机的输入端连接，电机转轴与升降栏杆转动连接。可快速测量车辆载重，相比传统称重装置其感应速度快，智能化高，其运行稳定，安全可靠，在夜间工作状态下工作效果更加显著，节约人力、财力和物力，较已有的传统路桥超载检测装置具有很显著的进步。
主设计要求
1.一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，包括压力传感器(1)、上承载面板(21)、步进电机(3)、控制器件(5)和升降栏杆(7)；所述的控制器件(5)包括单片机(5-1)，以及连接单片机(5-1)的有源蜂鸣器、启动或停止控制开关(5-3)和正转或反转控制开关(5-6)；所述的压力传感器(1)的上端固定设置有上承载面板(21)，上承载面板(21)高出地面设置，用于承载车辆；压力传感器(1)的输出端与单片机(5-1)的信号输入端连接，单片机(5-1)的输出端分别与有源蜂鸣器和步进电机(3)的输入端连接，电机转轴(3-2)与升降栏杆(7)转动连接。
设计方案
1.一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，包括压力传感器(1)、上承载面板(21)、步进电机(3)、控制器件(5)和升降栏杆(7)；
所述的控制器件(5)包括单片机(5-1)，以及连接单片机(5-1)的有源蜂鸣器、启动或停止控制开关(5-3)和正转或反转控制开关(5-6)；
所述的压力传感器(1)的上端固定设置有上承载面板(21)，上承载面板(21)高出地面设置，用于承载车辆；
压力传感器(1)的输出端与单片机(5-1)的信号输入端连接，单片机(5-1)的输出端分别与有源蜂鸣器和步进电机(3)的输入端连接，电机转轴(3-2)与升降栏杆(7)转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，当压力传感器(1)的输出端输出的重量信号大于单片机(5-1)中设定的阈值时，单片机(5-1)的输出端输出转动信号用于控制步进电机(3)转动，同时输出报警信号用于控制有源蜂鸣器报警；否则单片机(5-1)的输出端输出复位信号用于控制步进电机(3)和有源蜂鸣器复位。
3.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，还包括下承载面板(22)，下承载面板(22)通过螺钉设置在压力传感器(1)的底部。
4.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，所述的压力传感器(1)内填充压电材料(1-1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，所述的单片机(5-1)的型号为AT89C52。
6.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，所述的单片机(5-1)的输入端还设置有档数加一控制开关(5-4)和档数减一控制开关(5-5)。
7.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，所述的单片机(5-1)的输出端还设置有LED液晶显示屏(5-2)。
8.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，还包括移动电源(4)，移动电源(4)设置有交流电输出端口(4-3)，单片机(5-1)还设置有第一交流电输入端口(5-7)，移动电源(4)通过交流电输出端口(4-3)经第一交流电输入端口(5-7)与单片机(5-1)的供电端连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，电机转轴(3-2)通过齿轮与升降栏杆(7)一端设置的从动轮啮合转动连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，其特征在于，所述的步进电机(3)上设置有底座(3-3)，底座(3-3)通过螺钉固定在地面上。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及车辆称重检测技术领域，具体为一种基于快速测量载重的车辆引导装置。
背景技术
我国作为发展中国家，大规模的交通基础建设还将持续，基础建设投资亦将保持增长，路桥行业的需求增长也将持续。在这种发展趋势的引导下，车辆静态称重技术在我国不仅仅是预防事故、限制超载和保护桥梁的一种有效措施，同时也具有提升主干运输企业资质、防止运输市场低价恶性竞争、保护国家运输企业和货主利益的潜在作用。因此在我国车辆静态称重技术能促进道路运输法制进程的建设，促进国家经济发展。该技术不仅仅可以在桥梁上使用，还可以在其它道路上结合实际保护的基础设施进行应用，如可以在高速公路收费站使用，因此能对桥梁和高速公路进行保护。
目前我国在检测车辆载重时普遍地运用压电陶瓷式称重传感器，它的基本原理是基于压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器实质上是一个电荷发生器，它利用锆钛酸铅固溶体的压电效应，将机械能转换成电能。当压电陶瓷传感器中的压电陶瓷承受被测机械应力的作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷，压电陶瓷传感器可被视为一种静电发生器，在它的两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的电容器。因此，压电陶瓷传感器可以等效地看作一个电压源U和一个电容器C的串联电路，它的工作原理是当压电陶瓷传感器的工作端面受到冲击压力时，传感器产生电荷或者电压，测试装置对该电荷或电压进行放大，然后转换成压力、加速度、机械冲击和振动等物理量。压电陶瓷传感器虽然具有频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等特点，但重量需要车停稳后通过指针显示，不仅检测时要观察数据来判断是否超重，而且还要人工指导是否对车辆放行，这就需要多人操作，浪费人力资源，还造成了一定的交通堵塞，并且对于工作人员夜间操作也很麻烦。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于快速测量载重的车辆引导装置，操作简单方便，节约了人力资源，有效地提高了工作人员的工作效率，避免交通堵塞。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种基于快速测量载重的车辆引导装置，包括压力传感器、上承载面板、步进电机、控制器件和升降栏杆；
所述的控制器件包括单片机，以及连接单片机的有源蜂鸣器、启动或停止控制开关和正转或反转控制开关；
所述的压力传感器的上端固定设置有上承载面板，上承载面板高出地面设置，用于承载车辆；
压力传感器的输出端与单片机的信号输入端连接，单片机的输出端分别与有源蜂鸣器和步进电机的输入端连接，电机转轴与升降栏杆转动连接。
优选的，当压力传感器的输出端输出的重量信号大于单片机中设定的阈值时，单片机的输出端输出转动信号用于控制步进电机转动，同时输出报警信号用于控制有源蜂鸣器报警；否则单片机的输出端输出复位信号用于控制步进电机和有源蜂鸣器复位。
优选的，还包括下承载面板，下承载面板通过螺钉设置在压力传感器的底部。
优选的，所述的压力传感器内填充压电材料。
优选的，所述的单片机的型号为AT89C52。
优选的，所述的单片机的输入端还设置有档数加一控制开关和档数减一控制开关。
优选的，所述的单片机的输出端还设置有LED液晶显示屏。
优选的，还包括移动电源，移动电源设置有交流电输出端口，单片机还设置有第一交流电输入端口，移动电源通过交流电输出端口经第一交流电输入端口与单片机的供电端连接。
优选的，电机转轴通过齿轮与升降栏杆一端设置的从动轮啮合转动连接。
优选的，所述的步进电机上设置有底座，底座通过螺钉固定在地面上。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型一种基于快速测量载重的车辆引导装置，按压启动或停止控制开关后单片机正常工作，正转或反转控制开关控制步进电机，步进电机带动升降栏杆转动，当升降栏杆与地面垂直后，车辆通过上承载面板时，压力传感器将车辆的重量数值信号传输到控制器件上，控制器件可根据车辆的实际重量判断是否发出报警；在车辆未超载时升降栏杆始终与地面垂直，在车辆超载时单片机发出转动信号和报警信号，有源蜂鸣器报警，升降栏杆转至与地面平行，以防止超载车辆继续行驶造成对路面的损坏，当超载车辆离开后单片机发出复位信号，升降栏杆继续回到与地面垂直的位置继续测量。本装置可快速测量车辆载重，相比传统称重装置其感应速度快，智能化高，其运行稳定，安全可靠，在夜间工作状态下工作效果更加显著，节约人力、财力和物力，较已有的传统路桥超载检测装置具有很显著的进步。
进一步的，单片机的输入端还设置有档数加一控制开关和档数减一控制开关，能根据实际情况调节升降栏杆的升降速度。
附图说明
图1为本实用新型所述装置的整体结构示意图。
图2为本实用新型所述装置的压力传感器示意图。
图3为本实用新型所述装置的控制器件示意图。
图4为本实用新型所述装置的移动电源示意图。
图5为本实用新型所述装置的步进电机结构示意图。
图6为本实用新型所述装置的仿真效果图。
图7为图6中控制器件的管脚示意图。
图8为图6中步进电机的管脚示意图。
图中：压力传感器1、压电材料1-1、上承载面板21、下承载面板22、步进电机3、接电装置3-1、电机转轴3-2、底座3-3、第二电源线3-4、移动电源4、移动电源电量指示灯4-1、第二交流电输入端口4-2、交流电输出端口4-3、控制器件5、单片机5-1、LED液晶显示屏5-2、启动或停止控制开关5-3、档数加一控制开关5-4、档数减一控制开关5-5、正转或反转控制开关5-6、第一交流电输入端口5-7、第一电源线6和升降栏杆7。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型的一种基于快速测量载重的车辆引导装置，采用车辆静态称重技术建立高效、准确和稳定的检测装置，对预检出有超载嫌疑的车辆以限定速度16km\/h进行精确称量，以防止超载车辆继续行驶造成对路面的损坏。对于无超载的车辆不对其进行处罚可继续上路行驶，对超载运输车辆，根据超限额度，由超限检测站工作人员对其进行货物卸载和罚款等相应处理。
本实用新型对装置的功能和实用性进行了考虑，按照静态称重系统的设计准则并结合了车辆静态称重技术的优点，构建了系统框架，进行硬件平台的选型和搭建，设计出具有静态测量和数据显示的智能化静态称重装置，确保了装置运行的稳定性；该装置对静态称重的主要干扰因素进行了深入的分析，由于路面不平整、车辆对上承载面板的冲击、轮胎变形均会引起测量精度产生误差，因此通过规范车辆通过上承载面板的行驶状态，并对称重信号采用控制器件进行滤波处理，保证了装置测量的准确性，提高了工作效率，极大地缓解检测站的超载工作压力，可大大降低超载检测工作人员的劳动强度，避免了超载检测站的交通堵塞。
本实用新型一种基于快速测量载重的车辆引导装置，在工作时按如下过程进行，
第一步，依据如图2所示的压力传感器1的构造对其进行组装。首先在压力传感器1中将压电材料1-1填充到压力传感器1预留的空隙中，压电材料1-1具体为酒石酸钾钠和磷酸二氢胺，然后将下承载面板22和上承载面板21通过螺钉与压力传感器1进行连接，压力传感器1的上端固定设置上承载面板21，下承载面板22设置在压力传感器1的底部；最后根据图1所示的连接关系将第一电源线6的一端和压力传感器1的一端进行连接，实现压力传感器1的输出端与控制器件5信号输入端的连接。压力传感器1中预先留有线路端口，保证信号的正常传输，之后将压力传感器1设置在待养护路面入口之前的地底下，并使上承载面板21高出地面，上承载面板21用于承载车辆。
压力传感器1中使用的压电材料1-1为酒石酸钾钠和磷酸二氢胺，酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。而磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。将酒石酸钾钠和磷酸二氢胺填充到压力传感器中能保证该装置不管是在室温还是在低湿度，或者是在高温和高湿度的条件下仍然能正常工作，克服现有技术中某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服的这一缺陷。
第二步，依据如图3所示的控制器件5的构造对其进行组装。首先将单片机5-1输出端与LED液晶显示屏5-2连接后，分别将单片机5-1和LED液晶显示屏5-2安装到控制器件5上端的对应位置上，LED液晶显示屏5-2用于显示车辆的实际重量，然后将启动或停止控制开关5-3和正转或反转控制开关5-6与单片机5-1连接后、单片机5-1的输入端连接档数加一控制开关5-4和档数减一控制开关5-5后，依次安装启动或停止控制开关5-3、档数加一控制开关5-4、档数减一控制开关5-5和正转或反转控制开关5-6在控制器件5上端的对应位置上，以使之后操作时方便。最后如图1所示的连接关系将移动电源4的输出端和控制器件5的供电端通过移动电源4设置的交流电输出端口4-3和单片机5-1设置的第一交流电输入端口5-7进行连接，从而对控制器件5进行供电，第一电源线6的另一端和控制器件5进行连接。如图4所示，移动电源4在充电时使用第二交流电输入端口4-2进行充电，此时移动电源电量指示灯4-1亮，当移动电源电量指示灯4-1灭时充电完成。
控制器件5中应用型号为AT89C52的单片机来判断单片机5-1内部RAM的20H状态。当没有触发信号时，20H为0；当有触发信号时20H变为1，带动有源蜂鸣器发出第一次报警信号，持续时间为6s并在之后20H复位为0。单片机5-1在第一次报警信号停止后2s之内又开始判断20H的状态，若再次有触发信号则立即置位20H为1，在这种情况下，有源蜂鸣器将不间断地响下去，发出报警信号，直到人为地按下启动或停止控制开关5-3后不再响。所述触发信号为超重情况的车辆，重量阈值预先设置好。
第三步，控制器件5安装结束后，结合图1、图3和图5对步进电机3进行安装连接。首先将步进电机用底座3-3通过螺钉固定在地面上，然后将第二电源线3-4的一端连接到接电装置3-1中，第二电源线3-4的另一端接入控制器件5中，实现控制器件5的输出端与步进电机3输入端的连接，方便控制器件5对步进电机3的控制，最后电机转轴3-2将通过齿轮与升降栏杆7转动连接，其中电机转轴3-2通过齿轮与升降栏杆7一端设置的从动轮啮合转动连接，从而实现步进电机3带动升降栏杆7；该升降栏杆7设立在桥梁或其他需要养护的道路之外，具体位置安装在入口之前的50m处，正转或反转控制开关5-6用于控制步进电机3的转动方向，从而带动升降栏杆7以某一种方向转动，通常情况只用其中一个转动方向，正转或反转择其一，而档数加一控制开关5-4、档数减一控制开关5-5在控制器件5信号弱或强时使用，分别控制升降栏杆7的升降速度。
步进电机3是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，步进电机3的转速和停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，即给步进电机3加一个脉冲信号，步进电机3则转过一个步进角。由于脉冲信号的个数与步进角成线性关系，加上步进电机3只有周期性的误差，而无累积误差的特点，使得在速度和位置的控制领域用步进电机3来控制非常简单，能通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
本实用新型装置的仿真效果图如图6所示，其中控制器件的管脚示意图如图7所示，步进电机的管脚示意图如图8所示，在测量载重时，按下启动或停止控制开关5-3使控制器件5正常运行，正转或反转控制开关控制步进电机，步进电机带动升降栏杆转动至与地面垂直，运输汽车以不超过
16km\/h的低速匀速平稳驶过上承载面板21；如图2所示，压力传感器1上端铺设有上承载面板21，上承载面板21是一个平板，面积远大于车辆轮子的面积，在车辆路过上承载面板21的过程中，压力传感器1根据上承载面板21上运输车辆的重量将其物理信号转化为电信号传输至控制器件5，由控制器件5进行识别，LED液晶显示屏5-2显示车辆具体的重量，控制器件5根据是否超重进行信号识别。
当运输车辆的重量不超载，升降栏杆始终与地面垂直，反之当运输车辆的重量超过限定阈值时，有源蜂鸣器进行报警，并发出转动信号，升降栏杆转至与地面平行，拦截超载运输车辆，同时由广播引导超载车辆进入指定区域进行相应处理，当超载车辆离开后单片机发出复位信号，升降栏杆继续回到与地面垂直的位置，再进行检测下一辆运输车辆。测量结束后，按下启动或停止控制开关5-3，装置即停止载重测量工作，拔掉交流电输出端口4-3和第一交流电输入端口5-7，整个装置操作完成。
本实用新型的装置为智能装置，对检测出的超过桥梁设计或者其它需要保护道路上承载力的车辆进行拦截或者警告提示，并禁止其通过，可以极大的缓解超载检测站的工作压力，由于是在不超过16km\/h的低速下进行，因此可以避免交通堵塞，从而达到保护公路和桥梁的目的；同时该装置在夜间检测时也能对工作人员带来方便，节约了人力资源，有效地提高了工作人员的工作效率。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920114969.X
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:CN209280113U
授权时间:20190820
主分类号:G01G 19/02
专利分类号:G01G19/02;G01G3/13
范畴分类:31H;
申请人:长安大学
第一申请人:长安大学
申请人地址:710064 陕西省西安市碑林区南二环路中段
发明人:张孟珂;陈富翔;宋宗昌;程灿灿;孙铭林;刘洋;李松皓;梁盟
第一发明人:张孟珂
当前权利人:长安大学
代理人:徐文权
代理机构:61200
代理机构编号:西安通大专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计