作者：趙永紅

    用電容稱重裝置測量載荷,，由于工作環(huán)境惡劣，會(huì)使電容稱重傳感器的輸出結(jié)果存在很多干擾,，而電容稱重傳感器的真實(shí)載荷信號(hào)非常微弱,，這樣會(huì)使真實(shí)的載荷信號(hào)淹沒在于擾信號(hào)中，如果不進(jìn)行有效的濾波處理,，就會(huì)導(dǎo)致稱重結(jié)果的不準(zhǔn)確,。因此，濾波器設(shè)計(jì)是車輛電容稱重裝置中的關(guān)鍵技術(shù)之一,，它直接關(guān)系到測量的精度,。通過數(shù)據(jù)采集卡將信號(hào)調(diào)理電路的模擬電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，利用MATLAB仿真軟件對濾波算法的性能進(jìn)行分析,，并將數(shù)字濾波算法程序下載到DSP芯片TMS320VC5416中,，配合整個(gè)電容稱重裝置對車輛載荷稱重的分析。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

    文中采用了以DSP芯片TMS320VC5416為核心的系統(tǒng)方案,。測試系統(tǒng)如圖1所示,。從結(jié)構(gòu)上說系統(tǒng)包括4部分：電容稱重傳感器、信號(hào)調(diào)理電路,、USB數(shù)據(jù)采集卡,、數(shù)據(jù)處理電路。



    電容稱重傳感器可以將車輛前后軸重量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?。信?hào)調(diào)理電路選用了具有消除雜散電容影響能力的四相檢測電荷轉(zhuǎn)移式微電容測量線路,。通過數(shù)據(jù)采集卡可以把信號(hào)凋理電路的模擬電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，通過USB數(shù)據(jù)總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,，將采集到的含有電壓信息的數(shù)字量信息存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中,，借助于計(jì)算機(jī)中面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)采集軟件和文中的數(shù)字濾波器，可以將結(jié)果進(jìn)行分析,、計(jì)算,、曲線擬合和繪圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)以DSP為核心,，組成一個(gè)集信號(hào)采集,、處理為一身的電容稱重系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路,、復(fù)位電路,、電源電路等組成。如圖2所示,。



    模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路將采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以供濾波器進(jìn)行處理,。電源模塊提供系統(tǒng)工作所需的各種電壓，如I／O電壓,、內(nèi)核電壓等等,。本系統(tǒng)中采用了較低工作頻率的DSP復(fù)位時(shí)鐘模式。JTAG接口供數(shù)字信號(hào)處理芯片下載程序以進(jìn)行調(diào)試,。

2．1 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

    為了對系統(tǒng)進(jìn)行上電復(fù)位,，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，以及在系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致程序指針跑飛的情況下能夠可靠的復(fù)位,，采用MAX706芯片作為看門狗電路的主芯片,。其中，WDWDI為來自系統(tǒng)的輸入信號(hào),，它可以清除看門狗的內(nèi)部計(jì)數(shù)器,，在系統(tǒng)正常工作過程中，系統(tǒng)必須在看門狗的定時(shí)時(shí)間內(nèi)給出該信號(hào)以便清除看門狗的內(nèi)部計(jì)數(shù)器,，防止計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出而導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)位：WDREST為看門狗的輸出信號(hào),，在WDWDI沒有輸入而計(jì)數(shù)器溢出的情況下，看門狗輸出該信號(hào),，作為系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào),。如圖3所示。



2．2 電源模塊的設(shè)計(jì)

    在本系統(tǒng)中,，由于所需的器件數(shù)目和種類比較多,，而所需的供電電壓也有很多不同之處，為了滿足這些不同的電壓需求,，電源模塊的設(shè)計(jì)分成3個(gè)部分：

    第1部分完成220 V市電到9 V交流電壓的轉(zhuǎn)換,，采用交流降壓變壓器來完成。

    第2部分完成9 V交流電壓到+6 V和+5 V電壓的轉(zhuǎn)換,，9 V交流電壓先由整流模塊轉(zhuǎn)換為直流電壓,，然后再經(jīng)由三端穩(wěn)壓模塊得到所需的直流電壓。

    第3部分完成直流+5 V到直流+3．3 V和+1．6 V的轉(zhuǎn)化,，采用TPS767D301芯片完成該部分的轉(zhuǎn)換,。該部分的電路如圖4所示。



3 MATLAB軟件仿真結(jié)果

    根據(jù)濾波器的性能和指標(biāo),，首先對設(shè)計(jì)性能指標(biāo)中的頻率,，如邊界頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的頻率指標(biāo)作為模擬濾波器原型設(shè)計(jì)指標(biāo),。利用MATLAB對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波仿真,，其程序如下：


  由上面程序得到仿真結(jié)果如圖5所示。





4 結(jié)論

    通過用MATLAB軟件進(jìn)行調(diào)試仿真,，設(shè)計(jì)合適的濾波器參數(shù),，并對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真輸出，再次調(diào)式濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)到仿真輸出滿意的濾波效果,，并根據(jù)MATLAB調(diào)式好的濾波器參數(shù)編寫程序,，最終輸出的濾波結(jié)果證明文中所提出的對車輛電容稱重裝置的采集信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理的方案是切實(shí)可行的，系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)也達(dá)到了預(yù)期的要求,。