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基于單片機(jī)的軌道壓力測試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2010-01-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  軌道電路是信號聯(lián)鎖的室外重要設(shè)備,起著保證行車和調(diào)車作業(yè)安全的作用。它能監(jiān)督檢查某一固定區(qū)段內(nèi)的線路(包括站線)是否有列車運(yùn)行、調(diào)車作業(yè)或車輛占用的情況,并能顯示該區(qū)段內(nèi)的鋼軌是否完整。它是以鋼軌為導(dǎo)線,軌縫間用接續(xù)線連續(xù)起來,一端接電源,另一端連接受電器,通過軌道電流來工作。

  軌道電路能否正常工作直接影響到列車的安全行駛,因此,對軌道電路的檢測尤為重要,目前市場上的檢測設(shè)備還很少,而且普遍存在功耗大,價(jià)格昂貴,體積大等不足。為此,本文通過對軌道電路分析研究,設(shè)計(jì)一種高精度的壓力測試儀器來模擬火車對軌道的壓力,從而驗(yàn)證軌道電路的性能。

  系統(tǒng)的組成及其工作原理

  本系統(tǒng)以PIC16F876A為核心,通過軟件編程實(shí)現(xiàn)其對數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示,由主控MCU模塊、A/D采樣模塊、電源管理模塊、顯示模塊和傳感器組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

  本系統(tǒng)各部分的主要功能是:電源管理主要負(fù)責(zé)對電池電壓進(jìn)行檢測和升壓穩(wěn)壓,當(dāng)電壓低于3V,系統(tǒng)停止工作,并進(jìn)行欠壓報(bào)警。主控MCU負(fù)責(zé)對采集來的壓力信號進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算,將電壓信號轉(zhuǎn)換為壓力值,在數(shù)碼管上顯示,并可以進(jìn)行手動(dòng)調(diào)零及滿量程調(diào)整。系統(tǒng)精度要求是±0.1kN;可以進(jìn)行超量程報(bào)警和未接傳感器報(bào)警。為了達(dá)到低功耗的目的,在軟件中做了休眠和關(guān)機(jī)的功能。

  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  1電源管理電路設(shè)計(jì)

  電源管理主要是對電池電壓進(jìn)行升壓和穩(wěn)壓,同時(shí)還能夠進(jìn)行過壓保護(hù)和低壓報(bào)警功能。采用TPS60230芯片組成升壓電路,TPS60230是TI公司生產(chǎn)的一種新型電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器。其應(yīng)用原理如圖2所示。電池的電壓2~5.4V接入TPS60230輸入腳IN,圖中C1、C2為電荷泵電容,采用等效電阻小的電容。R1、R2分壓來確定低電壓報(bào)警門限,當(dāng)?shù)陀赗1、R2的分壓值時(shí),LBO輸出低電平,查詢到有低電平后就控制模擬開關(guān)切斷后續(xù)電路電源;輸出5V接后面的模擬開關(guān)和。

電源管理電路

圖2電源管理電路

  2單片機(jī)與采樣電路設(shè)計(jì)

  根據(jù)精度要求,本系統(tǒng)采用ADI公司的16位A/D芯片AD7705,AD7705芯片將放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換單元集于一體,是一種低成本、寬動(dòng)態(tài)范圍、高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片。AD7705與單片機(jī)通過SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,連接如圖3所示,其中,CH1和CH2為差模輸入通道,REF為滿量程電平,通過調(diào)節(jié)RP1來設(shè)置滿量程電平。單片機(jī)作為主機(jī),通過四線(CS、SCLK、DI、DO)SPI與AD7705相連,DRDY為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成信號,低電平有效,與單片機(jī)RC2口相連,單片機(jī)查詢到RC2口有低電平時(shí),就開始向AD7705發(fā)讀寄存器指令來獲取AD值。CH1+和CH1-為來自壓力傳感器的壓力信號,CH2+和CH2-為調(diào)零電位器送來的信號。

采樣電路

圖3采樣電路

  3顯示與報(bào)警電路設(shè)計(jì)

  顯示與報(bào)警電路如圖4所示,顯示部分采用7段4位數(shù)碼管顯示,PORTB口連接數(shù)碼管的段碼,RC0、RC1、RC6、RC7口經(jīng)過三極管驅(qū)動(dòng)放大控制數(shù)碼管的選擇端。當(dāng)單片機(jī)檢測到RA1口有低電平信號后,控制模擬開關(guān)切斷后續(xù)電路的電源,與此同時(shí),D1和蜂鳴器B發(fā)出報(bào)警信號。當(dāng)壓力超過系統(tǒng)量程時(shí),D2和蜂鳴器報(bào)警。為了區(qū)分低壓報(bào)警和超量程報(bào)警,D1和D2采用不同的顏色,蜂鳴器在等間隔內(nèi)響的次數(shù)不同。

顯示與報(bào)警電路

圖4顯示與報(bào)警電路


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