基于VC的汽車動態稱重系統軟件設計與實現

隨著我國經濟的發展，作為國家經濟命脈的公路運輸量也急劇增加，而超重車輛所占的比例也與日俱增，這已對交通安全和公路壽命造成了嚴重威脅。在此情況下，由于傳統的靜態稱重存在效率低，占地面積大，移動不方便等缺點，已不能滿足發展的需要。于是車輛行駛稱重技術(Weigh in Motion，WIM)作為一種智能稱重技術已得到了廣泛研究和迅速發展。動態稱重系統研發面臨的主要問題是怎樣在保持高精度的情況下，提高車輛通過的速度并降低成本。解決方法有兩個，一是引進國外成套設備；二是自主研發。其中，引進國外設備，因價格昂貴，維護不便等諸多因素，不能廣泛應用；國內對于動態稱重系統的研究和生產較國外稍晚，但發展迅速并日趨成熟。目前，國內較為流行的是軸重測量，即分別測出車輛各軸的軸重，再由稱重系統計算出整車重量。整個系統由傳感器、數據采集卡、應用軟件、數據庫系統以及微處理器、LCD和打印機等組成。本文針對動態稱重系統中數據采集、分析、處理、顯示、保存等環節的特點，采用面向對象的設計思想，在VC++平臺下研發動態稱重系統應用軟件，該軟件具有實用性、可復用性、易擴充及易維護等特點。

1 誤差分析及處理
??? 動態稱重系統的誤差來源包括動態因素和靜態因素。動態因素主要有汽車自身的振動、稱重區路面的不平整，汽車經過此區的速度及加速度。靜態因素主要體現在客觀環境的變化和硬件自身問題，如：當時系統所處溫度、傳感器是否運行良好，模／數轉換的分辨率等。誤差的來源決定誤差的處理方式。一方面通過對檢測硬件條件和檢測方式的設定避免產生不必要的誤差，另一方面通過良好的數據處理方法提高軟件處理數據的精度，目前主要有以下幾種方法：ADV法、DV法、V法、位移積分法、補償法、專家系統、參數估計法、神經網絡。在動態稱重系統中濾波方法主要有：有限幅濾波、中值濾波、算術平均值、滑動平均、加權平均濾波、復合濾波等方法。本軟件采用滑動加權平均濾波，即設一個數據緩沖區依順序存放N次采樣數據，每采進一個新數據，就將最先采集的數據丟掉，而后求包括新數據在內的N個數據的加權平均值，便得到該次采樣的有效數據。

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其中：

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式中：Xn為第n次采樣經濾波后的輸出；Xn-i為未經濾波的第n-i次采樣值；N為滑動平均項數；Ci為加權。

2 應用軟件的整體設計
2．1 系統結構與主要模塊
??? 本系統基于C／S三層架構，用戶接口層采用友好的GUI界面，主要是用戶相關操作的實現以及數據顯示；業務邏輯層進行模塊化的設計，包括參數設置、數據采集、傳輸和處理；數據庫服務器層對數據庫的操作進行封裝，主要完成數據的保存與維護。整個軟件功能模塊圖如圖1所示，包含了數據傳輸、數據處理、輸入／輸出、數據顯示等四大模塊。以信號的處理與顯示為核心，信號的流向如圖2所示，首先在稱重區不斷得到重力傳感器所采集的電壓信號，進行濾波、放大、A／D轉換，并將所采集的數據根據上位機系統初始化形式，以串口或者網絡通信的方式傳輸，上位機對所接收的數據進行判斷后，予以濾波、運算、存儲、顯示，并將所得出的結果以委決書或發票回饋于車主。

2．2 類圖
??? 通過此類圖完整顯示本汽車動態稱重系統軟件的內部靜態結構，如圖3所示。其中，CDatabase，CDis-pose，CDisplay，CTransport，CPrint，CQuery，CMotion-Line，CStaticLine分別表示數據庫連接類、數據處理類、數據顯示類、通信類、報表打印類、查詢類、動態曲線和靜態曲線類。數據處理類對數據傳輸類具有依賴性。

3 軟件實現
3．1 傳輸實現
??? 工控系統的數據通信一般以串口為主，但由于串口通信只能用于短距離通信，網絡通信也得到了一定的應用。本系統在通用性的前提下實現串口和網絡通信兩種方式。考慮到汽車動態稱重系統對數據的實時性、可靠性要求，通過對通信類采用多線程封裝，實現主動發送串口和網絡監聽的實時數據采集，提高實時數據傳輸效率。用到的線程函數有兩個，一個是監聽線程函數UINT ListenThread(LPVOID pParam)，另一個是讀數據線程UINT ReadTread(LPVOID pParam)。由于本系統對同一串口的不同時讀寫，所以不存在同步操作，監聽線程在后臺通過對WaitCommEvent事件的監聽調用，讀取線程完成下位機數據的接收。

3．2 數據處理實現
??? 由于動態稱重過程中存在大量的動態干擾因素，易造成傳輸模塊所傳數據存在較大誤差，所以首先選擇算法對接收數據濾波進行預處理，然后進行標度轉換。數值計算求出軸重，而濾波是這部分的核心，下面給出加權滑動平均濾波的主要實現代碼：

3．3 數據顯示
??? 顯示模塊主要完成三方面內容：采集所得實時數據的動態曲線顯示，經過處理后數據的靜態曲線顯示及整個軟件的界面顯示。動態曲線和靜態曲線分別繼承類CDisplay，該類以虛函數的形式只提供接口，并未具體實現；子類在繼承后根據自己的實際情況分別實現。顯示類的設計如下：

???

??? 通過對CDrawItem類的封裝使軟件界面的顯示以Windows系統為標準，堅持置用戶與控制之下，減少用戶記憶負擔，保持界面一致的原則。
3．4 數據庫類的設計
??? 完成數據傳輸、處理以后，要對所得數據進行存儲，以便查詢、統計。通過對數據庫訪問技術的比較發現，ADO數據庫訪問技術具有易于使用，速度快，內存支出少等優點。本系統選擇以MFC為基礎，對其三個主要對象Connection，Command，Recordset的屬性和方法進行封裝，并命名為CWimDataBase類。在任何要用到數據庫操作之處只需加入其頭文件“CWimData-Base．h”并聲明對象，則調用其公共屬性和方法即可進行數據庫操作。
??? 如：利用m_WimDb對象調用函數ConnectDb連接數據庫。

4 結 語
??? 針對目前主流動態稱重系統硬件結構以及數據處理過程的特征，本應用軟件采用面向對象的程序設計方法進行設計并予以實現，充分利用了面向對象中的繼承、封裝及多態等特點，實現了軟件的模塊化，達到了模塊之間高內聚、低耦合。應用測試表明，該軟件具有實用性、可復用性、易擴充、易維護且界面友好，符合實際的應用需要。