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公路超限检测系统设计

作　者: 师永立
导　师: 师卫
学　校: 太原理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 超限防雷击模块化结构小波变换
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着公路网的飞速发展,车辆超载现象也变得越来越普遍。公路超限管理系统作为超限治理的主要环节,在公路超限治理方面发挥着巨大的作用。据有关调查,目前国内许多超限检测站依然使用原始的静态地磅对车辆进行超限检测,车辆测超时需要停车进行检测,检测的效率比较低,给公路交通带来了很大的影响。本论文就是基于此背景下产生的,为了适应公路系统的发展和满足国家对超限治理的要求,对现有的超限检测系统进行改造升级。论文首先对超限检测系统的现有硬件设施进行了调查,并测试了现有硬件系统的性能。在获得现有硬件设备详细参数的基础上,提出了超限检测系统的改造方案,并就方案的可行性进行了论证。接下来在确定了改造方案之后,设计了应用于超限检测系统的称重仪表硬件及软件部分。仪表的硬件部分主要包括微处理器最小系统电路、传感器信号采集电路、开关量处理电路、通讯接口电路、键盘电路、显示电路、报警电路和电源电路。另外对于电源电路及传感器信号采集电路,在分析了超限检测系统周围存在的雷击干扰及其他可能对仪表造成干扰的因素之后,专门设计了仪表抗干扰电路,确保仪表安全稳定的运行。软件部分引入了模块化的编程思想,提高了软件的可读性。实际对软件进行编写时,全部使用接口函数对具体的硬件操作进行封装,使得模块与模块之间、系统与模块之间的逻辑关系变得非常清晰、易于理解,给整体程序的编写带来了很大的便利。最后引入了小波分析算法对称重数据进行处理,在处理非平稳信号方面,作为传统傅里叶变换的改进算法,小波算法在去除信号干扰的同时有效的保留了信号自身包含的高频成分。在运用小波对数据处理以后,提出了基于可变阈值的斜率法来进行车辆轴数的判定,提高了车辆轴数判定的准确度。在对系统进行了大量可靠性实验以后,检测系统设计的最终结果完全符合要求,达到了预期的目标,该检测系统目前已经应用于很多超限检测站中。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 公路超限的危害  10-11
  1.2 超限检测系统的意义  11
  1.3 超限检测系统的发展  11-13
  1.4 本文的主要工作  13
  1.5 小结  13-14
第二章超限检测系统整体设计  14-22
  2.1 超限检测系统现有硬件状况  14-15
  2.2 超限检测系统改造方案  15-17
    2.2.1 超限检测系统改造方案介绍  15-17
    2.2.2 三种方案对比分析  17
  2.3 超限检测系统的整体设计  17-20
  2.4 小结  20-22
第三章称重仪表硬件系统设计  22-44
  3.1 称重仪表功能电路设计  22-37
    3.1.1 核心处理器选型  23-24
    3.1.2 微处理器最小系统电路  24-25
    3.1.3 传感器信号采集电路  25-31
    3.1.4 开关量处理电路  31
    3.1.5 通讯接口电路  31-33
    3.1.6 键盘电路  33-34
    3.1.7 显示电路  34-35
    3.1.8 报警电路  35
    3.1.9 系统电源电路  35-37
  3.2 称重仪表保护电路设计  37-39
    3.2.1 电源模块保护电路  37-38
    3.2.2 通讯模块保护电路  38-39
  3.3 称重仪表PCB的抗干扰设计  39-42
    3.3.1 PCB设计的一般原则  39-40
    3.3.2 PCB设计中的旁路问题  40-41
    3.3.3 PCB设计中的串扰问题  41
    3.3.4 PCB设计中的接地问题  41-42
  3.4 小结  42-44
第四章称重仪表软件系统设计  44-54
  4.1 称重仪表的软件设计思想  44
  4.2 称重仪表软件模块设计  44-52
    4.2.1 系统主程序模块  45-47
    4.2.2 显示模块  47-48
    4.2.3 数据采集模块  48-51
    4.2.5 零点跟踪模块  51-52
    4.2.6 数据通讯模块  52
  4.3 小结  52-54
第五章称重数据分析与处理  54-68
  5.1 称重数据干扰分析  54-56
  5.2 称重数据小波预处理  56-62
    5.2.1 小波分析概述  56-58
    5.2.2 利用小波变换对称重数据进行预处理  58-62
  5.3 使用斜率法处理称重数据  62-64
  5.4 使用可变阈值对数据进行处理  64-65
  5.5 称重数据处理准确度实验  65-66
  5.6 小结  66-68
第六章系统测试  68-74
  6.1 测试指标分析  68-69
    6.1.1 系统准确性  68
    6.1.2 系统适应性  68-69
    6.1.3 系统检测速度  69
    6.1.4 系统稳定性  69
  6.2 具体测试方法  69-72
  6.3 测试结果分析  72
  6.4 小结  72-74
第七章总结和展望  74-76
  7.1 本文所做的主要工作总结  74
  7.2 系统的发展方向  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
攻读硕士学位期间已发表和录用的学术论文  82

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