本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種uCOSII操作系統(tǒng)下橋式起重機(jī)軌距偏差檢測裝置。

背景技術(shù)：

橋式起重機(jī)的軌道因長時間承載會出現(xiàn)變形引起軌距變化，因而影響橋式起重機(jī)的正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)事故。因此對這類特種設(shè)備，國家依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對其要做定期的安全檢測，其中軌距偏差檢測是重要的檢測項目之一。目前，對橋式起重機(jī)的軌距的測量方式仍普遍采用鋼直尺、鋼卷尺、手持激光測距儀設(shè)備等手工方法進(jìn)行測量，這種方法不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且誤差大、效率低、危險性高，開發(fā)橋式起重機(jī)軌距偏差檢測自動化裝置， 實現(xiàn)軌距在線自動檢測具有重要意義。

目前，國內(nèi)一些科研院所、檢驗機(jī)構(gòu)就軌道測量工作也做了一些研究工作。上海交通大學(xué)楊曉沸等人提出利用全站儀并設(shè)計了帶云臺的小車實現(xiàn)軌道自動檢測。這種測量方法雖然檢測精度很高，但是由于自動檢測小車的質(zhì)量偏重，用于高空軌道檢測顯得不夠輕便。程維明等人利用準(zhǔn)直激光作為直線基準(zhǔn)進(jìn)行測量，解決了大跨度軌道測量的難點(diǎn)，但難以克服軌道在水平面內(nèi)的彎曲引起的PSD 傾斜所產(chǎn)生的軌距測量誤差。車桂林等人提出采用自由設(shè)站法測定軌道中心點(diǎn)的坐標(biāo)，通過坐標(biāo)變換求出中心點(diǎn)到擬合直線的距離，直觀地評定軌道的質(zhì)量及變化情況，但這種方法適用于視野沒有障礙的地方測量，限制性較高，并且對起重機(jī)軌道測量的環(huán)境要求高，通用性不好。為了能夠精確的檢測出軌道的偏差狀況，還要需要檢測設(shè)備能夠具有一定的通用性，攜帶、安裝方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對橋式起重機(jī)軌距測量費(fèi)時費(fèi)力，測量自動化程度低的問題，設(shè)計了一種μcosⅡ操作系統(tǒng)下橋式起重機(jī)軌距偏差檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：uCOSⅡ操作系統(tǒng)下橋式起重機(jī)軌距偏差檢測裝置由飛思卡爾單片機(jī)、電源模塊，LCD 顯示模塊，4×4矩陣鍵盤，TF卡數(shù)據(jù)存儲模塊， 實時時鐘模塊，測距傳感器等部分構(gòu)成。該裝置通過單片機(jī)作為控制核心，在測量的同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲。存儲卡中的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入電腦， 實現(xiàn)軌距測量的信息化管理。由于裝置要實現(xiàn)的功能復(fù)雜，在這里引入了uCOSⅡ操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的實時性與穩(wěn)定性。

所述的高精度微距激光測距傳感器安裝在行車端梁兩外側(cè)端面，當(dāng)軌距發(fā)生變化，測得的相對偏差數(shù)據(jù)隨之變化。

所述的uCOSⅡ是一種給予優(yōu)先級的搶占式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)。包含了實時內(nèi)核，任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)通信同步等功能。uCOSⅡ內(nèi)核源碼公開，短小精干，移植性較強(qiáng)，非常適用與一些小型系統(tǒng)開發(fā)。

所述的4×4矩陣鍵盤工作時用的是基于狀態(tài)機(jī)的鍵盤掃描方法來提高單片機(jī)的利用率。

所述的LCD顯示中，設(shè)計多級LCD菜單以方便調(diào)度和操作。菜單的調(diào)度方式采用循環(huán)調(diào)度。

所述的uCOSⅡ系統(tǒng)劃分的任務(wù)優(yōu)先級由低到高依次為：LCD顯示任務(wù)、矩陣鍵盤按鍵掃描任務(wù)、參數(shù)輸入任務(wù)、數(shù)據(jù)讀取任務(wù)、數(shù)據(jù)存儲任務(wù)、串口任務(wù)以及AD 采集偏差數(shù)據(jù)任務(wù)等。

本發(fā)明的有益效果是：應(yīng)用MC9S12XS128單片機(jī)設(shè)計了對橋式起重機(jī)軌距偏差的檢測裝置，并完成了現(xiàn)場便攜式裝置的開發(fā)。采用多任務(wù)實時操作系統(tǒng)可簡化復(fù)雜系統(tǒng)的程序設(shè)計，增強(qiáng)了模塊化程度。該裝置通過高精度的激光傳感器進(jìn)行軌距測量，實現(xiàn)了對行車軌距的精準(zhǔn)檢測，其檢測數(shù)據(jù)存儲在TF 卡當(dāng)中，不易丟失。借助實時時鐘芯片，可以知道測量數(shù)據(jù)的具體時間。經(jīng)試運(yùn)行表明，該便攜式檢測裝置具有體積小、重量輕、使用方便等特點(diǎn)，檢測速度為0.1~0.5 m/s，測量精度達(dá)到0.1 mm，完全滿足對橋式起重機(jī)軌距偏差的檢測，同時具有一定的通用性和實用推廣性。檢測精度滿足國家特種設(shè)備檢驗標(biāo)準(zhǔn)的同時，實現(xiàn)了軌距偏差的自動測量，縮短了測量時間，提高了檢測效率。在目前的系統(tǒng)當(dāng)中，傳感器與裝置通過電纜線連接，在行車跨度較大的情況下所需的電纜線較長，同時也帶來了傳感器在行車上安裝的不便利的問題。今后將考慮采用傳感器+單片機(jī)+無線通訊設(shè)備的方式將傳感器數(shù)據(jù)通過無線設(shè)備發(fā)送到檢測裝置中，為檢測裝置的安裝提供更加便利的條件。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是軌距偏差檢測裝置原理圖。

圖2是傳感器安裝示意圖。

圖3是系統(tǒng)初始化流程圖。

圖4是LCD任務(wù)流程圖。

圖5是鍵盤處理任務(wù)流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，uCOSⅡ操作系統(tǒng)下橋式起重機(jī)軌距偏差檢測裝置由飛思卡爾單片機(jī)、電源模塊、LCD顯示模塊、4×4矩陣鍵盤、TF卡數(shù)據(jù)存儲模塊、實時時鐘模塊、測距傳感器等部分構(gòu)成。該裝置通過單片機(jī)作為控制核心，在測量的同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲。存儲卡中的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入電腦，實現(xiàn)軌距測量的信息化管理。由于裝置要實現(xiàn)的功能復(fù)雜，在這里引入了μcosⅡ操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的實時性與穩(wěn)定性。

如圖2所示，測距傳感器安裝示意圖，根據(jù)《橋式和門式起重機(jī)制造及軌道安裝公差》，起重機(jī)跨度S≤10m 時， 標(biāo)稱跨度S 的極限偏差ΔS不得超過±2mm，跨度S≥10m 時，ΔS不得超過±[2+0.1（S-10）)] mm。行車車身是剛性的， 在行駛的過程中不會受到軌距的變化的影響。在本設(shè)計中，在行車端梁兩外側(cè)端面各固定一個高精度微距激光測距傳感器， 同時測量同一截面上的相對偏差數(shù)據(jù)，在行車的行駛過程中，由于傳感器在行車車身上的位置是固定的，當(dāng)軌距發(fā)生變化，測得的相對偏差數(shù)據(jù)隨之變化。測量時，由兩個微距激光傳感器分別測得固定位置到軌道的相對偏差S1，S2，當(dāng)相對偏差發(fā)生變化ΔS1，ΔS2，由此就可以計算出軌距變化的極限偏差為：ΔS=ΔS1+ΔS2。

如圖3所示，MC9S12XS128是一款16位單片機(jī)。其程序一般采用前后臺方式編寫。后臺設(shè)定為無線循環(huán)，前臺響應(yīng)中斷任務(wù)。然而這種方式在程序規(guī)模較大、系統(tǒng)功能較為復(fù)雜，尤其是在系統(tǒng)中的并發(fā)模塊較多時顯的力不從心，很難保證系統(tǒng)的實時性，而且編寫困難，不便于功能擴(kuò)展。故采用uCOSⅡ系統(tǒng)，uCOSⅡ是一種給予優(yōu)先級的搶占式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)。包含了實時內(nèi)核，任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)通信同步等功能。uCOSⅡ內(nèi)核源碼公開，短小精干，移植性較強(qiáng)，非常適用與一些小型系統(tǒng)開發(fā)。在實時操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 編寫用戶任務(wù)顯得十分方便。軌距偏差檢測裝置主要任務(wù)是實現(xiàn)行車軌距超差點(diǎn)的定位，軌距偏差數(shù)據(jù)的采集與存儲。同時還可以錄入行車的跨度以及標(biāo)準(zhǔn)偏差，查看測量結(jié)果報告等。系統(tǒng)還要能夠控制LCD的背光以及自動關(guān)機(jī)。系統(tǒng)劃分的任務(wù)優(yōu)先級由低到高依次為：LCD顯示任務(wù)、矩陣鍵盤按鍵掃描任務(wù)、參數(shù)輸入任務(wù)、數(shù)據(jù)讀取任務(wù)、數(shù)據(jù)存儲任務(wù)、串口任務(wù)以及AD 采集偏差數(shù)據(jù)任務(wù)等。在系統(tǒng)初始化完畢之后，再創(chuàng)建LCD 顯示任務(wù)以及矩陣鍵盤按鍵處理任務(wù)。其余的任務(wù)通過LCD任務(wù)判斷是否需要創(chuàng)建或刪除。

如圖4所示，整個系統(tǒng)的信息需要通過LCD屏幕向操作人員展示。由于選用的LCD屏幕能夠顯示的內(nèi)容有限，有必要將需要顯示的內(nèi)容分類，方便用戶查看使用。在整個系統(tǒng)的LCD顯示中，設(shè)計多級LCD菜單以方便調(diào)度和操作。菜單的調(diào)度方式采用循環(huán)調(diào)度。循環(huán)方式的整體思路為：預(yù)先定義8個結(jié)構(gòu)元素的結(jié)構(gòu)體，7個字符型和一個指針型。一個字符變量存放當(dāng)前界面的索引號，其余6個字符變量分別存放按下4個方向鍵和兩個功能鍵時所需要跳轉(zhuǎn)的索引號，最后一個指針型變量用于存放指向當(dāng)前索引時需要執(zhí)行的函數(shù)入口地址。圖4展示了LCD任務(wù)的控制流程，在LCD顯示任務(wù)中，通過消息郵箱與按鍵任務(wù)進(jìn)行任務(wù)間的通信，若按鍵任務(wù)檢測到有按鍵輸入，則通過消息郵箱將按鍵內(nèi)容發(fā)送給LCD顯示任務(wù)，LCD顯示任務(wù)通過判斷當(dāng)前的索引與鍵值搜索菜單調(diào)度表獲取最新的菜單索引并顯示，若等待按鍵發(fā)送的消息郵箱超時，則刷新當(dāng)前菜單索引所對應(yīng)的顯示，完成屏幕中數(shù)據(jù)的刷新。通過記錄當(dāng)前菜單索引號與前一時刻菜單索引號判斷是否需要創(chuàng)建或刪除串口任務(wù)，AD任務(wù)，參數(shù)輸入任務(wù)、數(shù)據(jù)存儲以及讀取任務(wù)。

如圖5所示，一般的按鍵輸入軟件接口程序相對簡單：在程序中一旦檢測到按鍵輸入口電平，便采用軟件延時的方法來進(jìn)行消抖。但是在復(fù)雜系統(tǒng)對實時性要求較高時，這種方法會造成CPU 資源的浪費(fèi)，利用率降低。本系統(tǒng)中，在測試和按鍵處理的同時，MCU還要同時處理其他的任務(wù)，如測量數(shù)據(jù)實時采集、計算、計時、顯示等。由于系統(tǒng)要求的實時性較高，為了提高單片機(jī)的利用率，防止鍵盤任務(wù)占用過多任務(wù)時間，在本裝置中采用的是基于狀態(tài)機(jī)的鍵盤掃描方法來提高單片機(jī)的利用率。獲得按鍵的狀態(tài)信息后，能夠方便用戶操作。從按鍵的按下到松開可以將這個過程抽象為4個狀態(tài)：未按下、確認(rèn)有鍵按下、按鍵穩(wěn)定按下狀態(tài)以及鍵釋放狀態(tài)。按鍵按下時中斷端口輸出電平為0，反之為1。具體的按鍵掃描流程如圖5所示。從流程圖中可看出，每次鍵盤任務(wù)執(zhí)行需要判斷鍵盤中斷信號，在中斷信號為高時掃描矩陣鍵盤。這樣通過判斷按鍵不同狀態(tài)，來有效的去除鍵盤按下的抖動，能大幅提高CPU的利用率，提高按鍵判斷準(zhǔn)確度，同時可以區(qū)分按鍵長按與短按狀態(tài)，方便數(shù)據(jù)的輸入。