汽车超载监控系统信号传输模块的设计

刘美灵



摘 要: 当前的汽车超载监测系统无法处理汽车行驶状态的随机性问题,使得系统中的信号传输模块存在信号传输稳定性差和准确率低的弊端。因此,塑造汽车超载监控系统信号传输模块,模块中供电电路、信号传输芯片、定位天线、传输天线和信号传输接口电路共同协作。供电电路为模块提供其正常工作电量。信号传输芯片进行汽车超载监控信号的收发和整流工作,经其整流后的监控信号将传输到定位天线、传输天线和信号传输接口电路。模块通过定位天线和传输天线获取汽车超载监控信号的位置,并将监控信号通过无线网络传输到使用者的特定设备中。使用者利用信号传输接口电路修改错误监控信号,完成对汽车超载情况的有效管理。软件给出监控信号传输流程图和模块的初始化语言。实验结果表明所设计的模块拥有较高的传输稳定性和傳输准确率。
关键词: 汽车超载监控系统; 信号传输模块; 无线网络传输; GE864?AUTO
中图分类号: TN948.64?34; U49 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2017)04?0136?04
Design of signal transmission module for auto overload monitoring system
LIU Meiling
(Automobile School, Zhejiang Institute of Communications, Hangzhou 311112, China)
Abstract: Since the current auto overload monitoring system is unable to deal with the randomness problem of the auto driving state, and makes the signal transmission module in the system exist the disadvantages of poor signal transmission stability and low accuracy, the signal transmission module for the overload monitoring system was constructed. The power supply circuit, signal transmission chip, positioning antenna, transmission antenna and signal transmission interface circuit are cooperated with each other in the module. The power supply circuit supplies the module with electric energy for normal operation. The signal transmission chip receives, sends and rectifies the auto overload monitoring signal, and then transmits the rectified signal to the positioning antenna, transmission antenna and signal transmission interface circuit. The module acquires the location of the auto overload monitoring signal by means of the positioning antenna and transmission antenna, and transmit the monitoring signal to the user's specific device through the wireless network transmission. The signal transmission interface circuit is adopted by the user to modify the wrong monitoring signal to manage the auto overload condition effectively. The transmission flow chart of the monitoring signal and initialization language of the module are given in the third paragraph. The experimental result shows that the module has high transmission stability and accuracy.
Keywords: auto overload monitoring system; signal transmission module; wireless network transmission; GE864?AUTO
0 引 言
随着交通运输业的不断壮大,我国政府对汽车超载监控系统的信号传输水平也越来越重视[1?4]。由于汽车行驶状态的随机性较强,导致以往研究的汽车超载监控系统信号传输模块的传输水平无法满足使用者需求,其传输稳定性和传输准确率均较低[5?6]。因此,如何实现汽车超载监控信号的稳定、准确传输,进而为使用者提供高水准的传输服务,是近年来交通运输业的重点关注项目。以往研究的汽车超载监控系统信号传输模块均存在一定的问题,如文献[7]提出基于OpenCV的汽车超载监控系统信号传输模块,其信号传输过程为:将通过汽车超载监控系统的汽车拍照并上传至信号传输模块,利用OpenCV数据库分析出汽车是否超载。该模块的传输准确率高,传输稳定性却有待增强。文献[8]提出远程控制汽车超载监控系统信号传输模块,该模块基于CDMA传输技术,将整个系统的汽车超载监控信号传输到主机的CPU中进行统一处理和传输,其能够准确识别出各类汽车型号,传输准确率较高且抗干扰能力极强。但CDMA的传输会占用较多的信道,导致整个模块的传输稳定性欠佳。
为了解决以上问题,塑造高稳定性的汽车超载监控系统信号传输模块。实验结果表明,该模块能够实现汽车超载监控信号的稳定、准确传输,进而为使用者提供更高水准的传输服务。
1 汽车超载监控系统信号传输模块设计
汽车超载监控系统信号传输模块选用无线网络传输的方式,实现信号传输模块对汽车超载的有效传输。该模块由供电电路、信号传输芯片、定位天线、传输天线和信号传输接口电路组成。当系统与无线网络成功连接后,信号传输芯片便开始进行汽车超载监控信号的收发工作,以及电路的整流工作。信号传输模块利用定位天线和传输天线,为使用者传输汽车超载的监控信号,同时,使用者可以通过信号传输接口电路修改错误监控信号,实现汽车超载的及时监控。
1.1 供电电路设计
供电电路采用10 V和3 V两种电源为汽车超载监控系统信号传输模块供电。当信号传输模块中有超出60%的电路元件同时工作时,汽车超载监控系统选用10 V电源为信号传输模块供电;反之,则选择3 V电源。图1为供电电路示意图。
由图1可知,10 V电源与3 V电源的转换工作经由跳线完成,跳线同时具有保护电路的作用。由于汽车超载监控系统信号传输模块的传输方式是无线网络传输,而无线网络传输中的信号是不连续的,导致系统监控信号进入到系统电路所产生的电流值波动较大。为此,系统在供电电路中加入了二极管以及不同规格的电容,以避免电流波动造成电源两级掉换损伤电路元件。
1.2 信号传输芯片设计
信号传输芯片是汽车超载监控系统信号传输模块的核心,其管理着信号传输模块的信号收发和整个模块电路的整流工作,是信号传输模块同汽车超载监控系统中其他模块的连接“纽带”。信号传输芯片的选取应首要考虑其安全性和传输性能,并兼顾其稳定性。根据以上条件,选择GE864?AUTO车载芯片作为汽车超载监控系统信号传输模块的信号传输芯片。GE864?AUTO车载芯片拥有较高的安全性和传输效率,可进行监控信号的自动读取和管理,且其稳定性和灵敏度均符合汽车超载监控系统信号传输模块的需求。图2是GE864?AUTO车载芯片内部电路示意图。
图2中,GE864?AUTO车载芯片的核心是单量子阱晶体管。单量子阱晶体管是基于量子阱结构的固态半导体元件,该元件能够进行信号波长的合理调控,并增强汽车超载监控系统信号传输模块对监控信号的感应能力。单量子阱晶体管的开关对电流信号异常敏感,一旦GE864?AUTO车载芯片中有电流流入,单量子阱晶体管便立刻开始进行监控信号的整流工作。待整流工作结束后,GE864?AUTO车载芯片将整流后的监控信号传输到天线和信号传输接口电路。
1.3 定位天线和传输天线设计
天线是汽车超载监控系统信号传输模块不可获取的元件,其能够感应到信号传输芯片传出的所有无线信号。为方便汽车超载监控系统的后期优化工作,信号传输模块采用双天线设计,即定位天线和传输天线。
定位天线能够获取其感应到的监控信号的具体位置,这对汽车超载监控系统信号传输模块有着重要意义,可以帮助排除汽车超载监控系统信号传输模块的错误信号,改善系统和模块的性能。所选取的定位天线的频率为1 600 MHz,其信号放大范围为[25 dB,30 dB],供电电压范围为DC[3 V,5 V];传输天线能够将经信号传输芯片整流后的监控信号以无线网络的方式发送到使用者的特定设备中。所选取的传输天线能够承受高于2 A的输入电流,其电压驻波率不高于10%,阻抗为50 Ω。图3是定位天线和传输天线的内部电路图。
由图3可知,为防止汽车超载监控系统信号传输模块在传输工作中信号被篡改的情况,系统为传输天线设置了pin码,pin码相当于传输密码,只有拥有该密码,使用者才能调用汽车超载的监控信号。在定位天线和传输天线的安装中,应保证其线路连接笔直且短小,且电源接地端不能够有任何损坏。同时,由于定位天线和传输天线的传输制式相近,故两者的位置不可以相距过近且不能安装在彼此的正前方。安装完毕后,应利用金属物品分别遮蔽定位天线和传输天线,以排除汽车超载监控系统中其他电路元件对天线信号造成干扰。使用者也应尽量避免靠近工作状态下的天线。
1.4 信号传输接口电路设计
如果使用者需要进行汽车超载监控系统中监控信号的修改,则需要先通过信号传输接口获取整个汽车超载监控系统信号传输模块的工作信号,并获取到传输天线的pin码,才可以修改监控信號。图4是信号传输接口电路工作原理图。
由图4可知,信号传输接口电路与GE864?AUTO车载芯片直接相连,以方便接收整流后的监控信号。信号输入到信号传输接口电路后,会进行电平转换操作。电平转换操作将输入信号的电压值转换成使用者设备能够利用的电压值,该转换过程需要提前设置外围设备的额定电压参数。经电平转换后的电压会输出到接口并传输到使用者的外围设备中。使用者也可以在信号传输接口电路中添加指令,以根据自身需求更改汽车超载监控系统信号传输模块的信号传输方式。
2 汽车超载监控系统信号传输模块软件设计
汽车超载监控系统信号传输模块选用无线网络传输的方式,实现信号传输模块对汽车超载的有效传输,其信号传输流程图如图5所示。由图5可知,汽车超载监控系统信号传输模块的信号传输流程为:当信号传输模块接收到汽车超载监控系统其他模块传输来的监控信号后,会先建立传输任务。传输任务中包含监控信号的接收单位、接收方式、接收格式等。使用者自行设计传输指令,当传输任务接收到的传输指令为“发送”时,软件开始进行汽车超载监控系统信号传输模块的初始化;否则,重新建立传输任务,等待指令。信号传输模块初始化后,进入监控信号的处理工作,即利用信号传输芯片对其进行整流,排除干扰信号。确认干扰信号已排除,便可开始为使用者传输监控信号;否则,重新进行整流工作。
图5中,软件给出的汽车超载监控系统信号传输模块初始化语言为:
if(signal!=0xFC)
{
Set GE864?AUTO(0x12,all_OCTET,0x20,0xfc);
%在地址为0x12的信号中写入地址为0x20的参数,并给定 GE864?AUTO芯片工作时间参数
transmission GE864?AUTO(0x33,0x28);
%将需要初始化的模块地址传输,便于进行信号处理工作
fetch GE864?AUTO(0x33,signal);
%读取信号内容,并将该内容纳入到原始信号中
}
signal=0x00;
在进行汽车超载监控系统信号传输模块的初始化操作中,软件给出的读取和写入地址是不同的,在实际应用中应重点加以区分。
3 实 验
本文设计汽车超载监控系统信号传输模块的初衷是:实现汽车超载监控信号的稳定、准确传输,进而为使用者提供高水准的传输服务。为了验证本文所设计的信号传输模块能否满足设计初衷,进行实验。
3.1 传输稳定性验证
为验证本文设计的汽车超载监控系统信号传输模块拥有较高的传输稳定性,实验在相同的道路状况和天气下,使用同一辆汽车分别以低速和高速通过汽车超载监控系统的称重端,并记录下本文模块的输出信号。图6是汽车低速通过称重端的输出信号曲线,图7是汽车高速通过称重端的输出信号曲线。
由图6和图7可知,汽车行驶速度不同,单位时间内通过汽车超载监控系统称重端的采样点数量就不同,图6和图7中输出信号的波动周期不同。为此,利用求取多采样点输出信号平均值的方式获取汽车是否超载的最终信号,则图6和图7中曲线平均值的差值越小,证明本文模块的稳定性越高。图6中输出信号曲线的平均值为2.346 t,图7中输出信号曲线的平均值为2.341 t,两者相差0.005 t,验证了本文模块拥有较高的传输稳定性。
3.2 传输准确率验证
为验证本文设计的汽车超载监控系统信号传输模块拥有较高的传输准确率,实验在相同的道路状况和天气下,选取5辆实际净重分别为1.0 t,1.5 t,2.0 t,2.5 t和3.0 t的汽车,以随机的车速依次通过汽车超载监控系统的称重端,记录下每辆车输出重量的平均值。用每辆车的实际净重和输出重量的平均值中的较大数值除以较小数值,即可得出本文模块的传输误差。其传输误差越小,模块的传输准确率就越高。表1是本文模块传输误差统计表。规定汽车超载监控系统信号传输模块的传输误差率应不高于2%。由表1可知,本文模块传输误差率的平均值为0.98%,远低于所规定的标准,验证了本文模块拥有较高的传输准确率。
4 结 论
本文设计汽车超载监控系统信号传输模块,模块中供电电路、信号传输芯片、定位天线、传输天线和信号传输接口电路共同协作。供电电路为模块提供其正常工作电量。信号传输芯片进行汽车超载监控信号的收发和整流工作,经其整流后的监控信号将传输到定位天线、传输天线和信号传输接口电路。模块通过定位天线和传输天线获取汽车超载监控信号的位置,并将监控信号通过无线网络传输到使用者的特定设备中。使用者利用信号传输接口电路修改错误监控信号,完成对汽车超载情况的有效管理。软件给出监控信号传输流程图和模块的初始化语言。实验结果表明,所设计的模块拥有较高的传输稳定性和传输准确率。
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