摘要：利用電容稱重傳感器測量載荷時，真實載荷信號非常微弱，如果不進行有效的濾波處理，會導致稱重結果的不準確。文章對傳感器輸出電壓進行了分析研究，用MATLAB仿真軟件分析了濾波算法的性能，提出了基于數字處理芯片TMS320VC5416的濾波方案。試驗結果表明：系統(tǒng)設計達到了預期的要求。
關鍵詞：電容傳感器；車輛；稱重；濾波器；DSP
用電容稱重裝置測量載荷，由于工作環(huán)境惡劣，會使電容稱重傳感器的輸出結果存在很多干擾，而電容稱重傳感器的真實載荷信號非常微弱，這樣會使真實的載荷信號淹沒在于擾信號中，如果不進行有效的濾波處理，就會導致稱重結果的不準確。因此，濾波器設計是車輛電容稱重裝置中的關鍵技術之一，它直接關系到測量的精度。通過數據采集卡將信號調理電路的模擬電壓值轉變?yōu)閿底至浚鎯Φ接嬎銠C中，利用MATLAB仿真軟件對濾波算法的性能進行分析，并將數字濾波算法程序下載到DSP芯片TMS320VC5416中，配合整個電容稱重裝置對車輛載荷稱重的分析。
1 系統(tǒng)總體方案設計
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。從結構上說系統(tǒng)包括4部分：電容稱重傳感器、信號調理電路、USB數據采集卡、數據處理電路。
電容稱重傳感器可以將車輛前后軸重量的變化轉變?yōu)殡娙萘康淖兓Ｐ盘栒{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移式微電容測量線路。通過數據采集卡可以把信號凋理電路的模擬電壓值轉變?yōu)閿底至浚ㄟ^USB數據總線與計算機進行通信，將采集到的含有電壓信息的數字量信息存儲到計算機中，借助于計算機中面向對象的數據采集軟件和文中的數字濾波器，可以將結果進行分析、計算、曲線擬合和繪圖。
2 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)以DSP為核心，組成一個集信號采集、處理為一身的電容稱重系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由模／數轉換電路、復位電路、電源電路等組成。如圖2所示。
模／數轉換電路將采集到的實時信號變?yōu)閿底中盘栆怨V波器進行處理。電源模塊提供系統(tǒng)工作所需的各種電壓，如I／O電壓、內核電壓等等。本系統(tǒng)中采用了較低工作頻率的DSP復位時鐘模式。JTAG接口供數字信號處理芯片下載程序以進行調試。[!--empirenews.page--]
2．1 復位電路的設計
為了對系統(tǒng)進行上電復位，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行，以及在系統(tǒng)出現故障導致程序指針跑飛的情況下能夠可靠的復位，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，它可以清除看門狗的內部計數器，在系統(tǒng)正常工作過程中，系統(tǒng)必須在看門狗的定時時間內給出該信號以便清除看門狗的內部計數器，防止計數器產生溢出而導致系統(tǒng)的復位：WDREST為看門狗的輸出信號，在WDWDI沒有輸入而計數器溢出的情況下，看門狗輸出該信號，作為系統(tǒng)的復位信號。如圖3所示。
2．2 電源模塊的設計
在本系統(tǒng)中，由于所需的器件數目和種類比較多，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，電源模塊的設計分成3個部分：
第1部分完成220 V市電到9 V交流電壓的轉換，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電壓的轉換，9 V交流電壓先由整流模塊轉換為直流電壓，然后再經由三端穩(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的轉化，采用TPS767D301芯片完成該部分的轉換。該部分的電路如圖4所示。
3 MATLAB軟件仿真結果
根據濾波器的性能和指標，首先對設計性能指標中的頻率，如邊界頻率進行轉換，轉換后的頻率指標作為模擬濾波器原型設計指標。利用MATLAB對采集數據進行濾波仿真，其程序如下：
[!--empirenews.page--]
由上面程序得到仿真結果如圖5所示。
4 結論
通過用MATLAB軟件進行調試仿真，設計合適的濾波器參數，并對采樣數據進行仿真輸出，再次調式濾波器設計參數到仿真輸出滿意的濾波效果，并根據MATLAB調式好的濾波器參數編寫程序，最終輸出的濾波結果證明文中所提出的對車輛電容稱重裝置的采集信號進行數字濾波處理的方案是切實可行的，系統(tǒng)的軟硬件設計也達到了預期的要求。
下載文檔
