專利名稱：駝峰檢重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于信號(hào)變量的測量與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于 火車駝峰編組站場車輛編組控制系統(tǒng)的駝峰檢重裝置。
技術(shù)背景駝峰檢重裝置是駝峰溜放自動(dòng)化、半自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的重要基 礎(chǔ)設(shè)備。在當(dāng)今各現(xiàn)代化駝峰編組站場，車輛的溜放速度均是依靠減 速器來調(diào)整的，判斷車組重量等級(jí)則是調(diào)整速度的重要依據(jù)。在使用 非重力式減速器的站場，減速器的制動(dòng)等級(jí)要根據(jù)車輛平均重量等級(jí) 來選定，如果制動(dòng)等級(jí)選低了，減速器制動(dòng)力太小，不能有效地將車 速降下來，可能造成追鉤，使道岔不能及時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)入異線，反之， 如果制動(dòng)等級(jí)選得過高，就有可能將車輪擠出，造成脫軌事故，因此, 作為判斷車組重量等級(jí)重要設(shè)備的駝峰檢重裝置也是現(xiàn)代化駝峰編 組場站用于測定溜放車輛重量等級(jí)的重要的計(jì)量裝置。目前，國內(nèi)公 知的用于鴕峰編組站場與駝峰控制系統(tǒng)配套使用的檢重裝置均為由 鐵科院通號(hào)所研制的塞釘式壓磁測重機(jī),這種塞釘式壓磁測重機(jī)結(jié)構(gòu) 在實(shí)際應(yīng)用過程中相應(yīng)存在有設(shè)備集成度低、供電系統(tǒng)復(fù)雜、易受軌 道信號(hào)干擾等不足，測重的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和可靠性較差，并且有較 大系統(tǒng)非線性。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,進(jìn)而提供一種 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、使用性能可靠、測量效果好的駝峰檢重裝置。用于實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的駝峰 檢重裝置由稱重傳感器、變送器、信號(hào)放大調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、 微處理器電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、232接口電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電 路以及DC/DC電源電路組成,稱重傳感器由兩只安裝在鐵路軌道兩個(gè) 枕木之間的軌道銷軸式應(yīng)變傳感器構(gòu)成，其信號(hào)輸出端依次經(jīng)變送器、信號(hào)放大調(diào)理電路后通至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 的輸出/輸入端與微處理器電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入/輸出端聯(lián)接，微處理器電路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸出/輸入端、232接口輸出/輸入端和CAN總線輸 出/輸入端分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、232接口電路和CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口 電路的輸入/輸出端對(duì)應(yīng)聯(lián)接，DC/DC電源電路為傳感器、變送器和 各電路提供必需的電源。根據(jù)上述技術(shù)解決方案設(shè)計(jì)的駝峰檢重裝置在實(shí)際使用時(shí)能夠 方便可靠地稱量出一列行進(jìn)中的火車貨車的每一個(gè)車軸的載重值,進(jìn) 而進(jìn)行整車合成，計(jì)算出每節(jié)車皮的總重(車皮自重與載重貨物重量 之和)。具體實(shí)施中，將軸銷式稱重傳感器裝入檢測區(qū)內(nèi)兩個(gè)枕木之 間事先打好安裝孔的鐵軌中，并緊密配合，裝置中除傳感器和變送器 外的其它部分組成駝峰檢重儀，設(shè)置在控制室內(nèi)。平常狀態(tài)下，駝峰 檢重儀處于在線待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)列車將要經(jīng)過該稱量路段時(shí)，車輛編組 控制系統(tǒng)測量到前端踏板信號(hào)，并將該信號(hào)通過CAN通訊總線傳達(dá)給 駝峰檢重儀，駝峰檢重儀進(jìn)入稱量狀態(tài)當(dāng)列車的車輪(車軸)經(jīng)過裝 有稱重傳感器的鐵軌時(shí)，由于重力作用，該段鐵軌將發(fā)生一定的微小 變形，軸銷式稱重傳感器感受到改變信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào) 輸出給信號(hào)變送器;信號(hào)變送器將微電壓變換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)進(jìn)行 長線傳輸，傳送給控制室中的駝峰檢重儀；駝峰檢重儀將該信號(hào)進(jìn)行 數(shù)字離散化(模/數(shù)轉(zhuǎn)換)后，運(yùn)用動(dòng)態(tài)稱量算法，快速的計(jì)算出本次 車軸的重量,并將經(jīng)保存后的該重量信息立即通過CAN通訊總線發(fā)送 給車輛編組控制系統(tǒng);駝峰檢重儀的微處理齊同時(shí)還將按照四次車軸 一節(jié)車皮(車頭除外)的規(guī)則計(jì)算出一節(jié)車皮的總重量信息也通過CAN通訊總線實(shí)時(shí)發(fā)送給車輛編組控制系統(tǒng)，用以進(jìn)行整車車重校 驗(yàn)，同時(shí)由車輛編組控制系統(tǒng)依據(jù)車重以及其它如車速、編組車皮數(shù) 等信息實(shí)現(xiàn)車輛編組和編組后的減速控制。列車行駛完畢后，車輛編 組控制系統(tǒng)向駝峰檢重儀發(fā)送稱量結(jié)束信號(hào)，該檢重裝置完成本次稱 量，再次進(jìn)入在線待機(jī)狀態(tài)。與現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型具有以下所述的技術(shù)特點(diǎn)。A、 本實(shí)用新型在測量方式上采用軸銷式應(yīng)變稱重傳感器安裝在 鐵軌上進(jìn)行稱重測量，設(shè)備集成度高，可提高測量信息的線性度和穩(wěn) 定性，由于采用先進(jìn)的傳感器稱重技術(shù)，敏感并協(xié)調(diào)各類鋼軌在輪對(duì) 作用下的微變形，用以進(jìn)行機(jī)車車輛稱重、檢偏和各種機(jī)車稱重控制, 用戶可選用不同的系統(tǒng)配置和信號(hào)處理單元模塊，方便構(gòu)成靜態(tài)、動(dòng) 態(tài)軌道稱重系統(tǒng)。同現(xiàn)有技術(shù)相比，該駝峰檢重裝置的成本低廉、安 裝維護(hù)方便，檢重儀輸出的稱重電信號(hào)波形規(guī)則，毛剌少，信噪比有 很大的提高，有效保證了動(dòng)態(tài)稱重的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和可靠性。B、 為滿足動(dòng)態(tài)測量的實(shí)時(shí)性，本實(shí)用新型采用了獨(dú)特的動(dòng)態(tài)稱 量算法。考慮到產(chǎn)品成本等原因，該檢重裝置的駝峰檢重儀被設(shè)計(jì)成 一個(gè)獨(dú)立的51單片機(jī)系統(tǒng)。由于單片機(jī)系統(tǒng)自身的運(yùn)算速度并不高, 為了滿足動(dòng)態(tài)測量的實(shí)時(shí)性要求，特設(shè)計(jì)了一個(gè)比較獨(dú)特的表格式動(dòng) 態(tài)稱量算法，即利用單片機(jī)對(duì)硬件設(shè)備很強(qiáng)的支配能力，擴(kuò)展了一個(gè) 非易失性外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(28C64),數(shù)據(jù)尋址地址為0000H至1FFI H， 又由于本裝置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器，其對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換值 為0000H至0FFra,因此，將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)尋址地址0000H 至0FFra，與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換值范圍0000H至0FFra相對(duì)應(yīng)，在外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址單元存入該地址單元對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換 值所對(duì)應(yīng)的稱量值。當(dāng)進(jìn)行稱量時(shí)，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換值作為稱量 數(shù)據(jù)的尋址地址，直接就可獲得對(duì)應(yīng)的稱量值，無需進(jìn)行復(fù)雜的算術(shù) 運(yùn)算，提高了測量速度，滿足了動(dòng)態(tài)測量的實(shí)時(shí)性需求。C、 采用門限比較的方法獲得有效的稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)。其具體方法 為首先進(jìn)行單軸稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)的采集，通過設(shè)定上升和下降兩個(gè)比 較門限值，用以進(jìn)行車軸進(jìn)入和開出稱重區(qū)域的條件，當(dāng)測量信號(hào)首 先大于上升門限時(shí)，開始稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)的周期采集(周期的模數(shù)轉(zhuǎn)換) 和順序保存，之后當(dāng)測量信號(hào)小于下降門限時(shí)，結(jié)束稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)的 采集；其次按照二分法進(jìn)行有效稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)的提取，并轉(zhuǎn)換為稱量 值，由于稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)的周期采集是周期性的，因此內(nèi)碼數(shù)據(jù)采集的 數(shù)量可以通過計(jì)數(shù)獲得，然后再按照二分法獲得中間采集數(shù)據(jù)的保存位置，從中間位置開始，提取一定數(shù)量的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行平均獲得一個(gè) 有效的稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)，最后按照存儲(chǔ)在駝峰檢重儀上的標(biāo)定數(shù)據(jù)，以 有效的稱量內(nèi)碼數(shù)據(jù)為條件檢索到對(duì)應(yīng)的稱量數(shù)據(jù)。D、本實(shí)用新型集成了信號(hào)傳輸與采集(傳感器+變送器+模數(shù)轉(zhuǎn)換 器)、數(shù)據(jù)處理(動(dòng)態(tài)稱重算法)、高速通訊(CAN總線通訊)等技術(shù)， 并進(jìn)行了電源以及雷電防護(hù)設(shè)計(jì)，性能可靠穩(wěn)定、測量準(zhǔn)確可信，可 極強(qiáng)地適應(yīng)野外現(xiàn)場環(huán)境。


圖1是本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理框圖。圖2 圖12是本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖， 其中圖2為信號(hào)放大調(diào)理電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為微處理器電路中的微處理器(CPU)部分 的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為微處理器電路中的地址/數(shù)據(jù)鎖存器部分 的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為微處理器電路中的地址譯碼器部分的電路 結(jié)構(gòu)示意圖，圖7為微處理器電路中的看門狗及復(fù)位電路部分的電路 結(jié)構(gòu)示意圖，圖8和圖9分別為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路中的兩個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器部分的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖io為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路中的電可擦除非易失性FLASH存儲(chǔ)器部分的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖11為232接口電路的 電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖12為CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本 實(shí)用新型的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。參見附圖，本實(shí)用新型所述的駝峰檢重裝置由稱重傳感器、變送 器3、信號(hào)放大調(diào)理電路5、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6、微處理器電路8、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)電路7、 232接口電路9、 CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路10等主要工作 設(shè)備以及DC/DC電源電路4、防雷電路等輔助設(shè)備組成，其中信號(hào)放 大調(diào)理電路5、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6、微處理器電路8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7、 232接口電路9、 CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路10等構(gòu)成裝置的駝峰檢重 儀。稱重傳感器采用型號(hào)為GKCT15-6A的軌道銷軸式應(yīng)變傳感器1、2,安裝在測量區(qū)鐵路軌道的兩個(gè)枕木之間，變送器3采用BS-1型變 送器。在設(shè)備的結(jié)合方式上，傳感器1、 2的信號(hào)輸出端依次經(jīng)變送 器3、信號(hào)放大調(diào)理電路5后通至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn) 換電路6的輸出/輸入端與微處理器電路8的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入/輸出端聯(lián) 接，微處理器電路8的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸出/輸入端、232接口輸出/輸入端 和CAN總線輸出/輸入端分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7、 232接口電路9和 CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路10的輸入/輸出端對(duì)應(yīng)聯(lián)接，232接口電路9 的輸出/輸入端經(jīng)232協(xié)議轉(zhuǎn)換器至上位調(diào)試用計(jì)算機(jī)，CAN總線驅(qū) 動(dòng)/接口電路10的輸出/輸入端依次經(jīng)CAN控制器和CAN收發(fā)器至車 輛編組控制系統(tǒng)，DC/DC電源電路4則為傳感器、變送器和各電路提 供必需的工作電源。附圖1中標(biāo)號(hào)11為避雷器。本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)可參見圖2 圖12,其各 部分組成及工作性能分別依下所述。信號(hào)放大調(diào)理電路5如圖2所示， 它是以器件IS0124為核心的光隔離信號(hào)放大、信號(hào)濾波電路，該電 路將變送器通過接口由IVI+和IVI-端輸入的傳感器變送后的電流信 號(hào)，變換為電壓信號(hào)并進(jìn)行1:1的光隔離信號(hào)放大，用以保證本系統(tǒng) 不受外部電氣系統(tǒng)的串?dāng)_和影響；同時(shí)用電阻R3和電容C18組成的 RC信號(hào)濾波電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行了信號(hào)濾波。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6的結(jié)構(gòu)如 圖3所示，它由U6(AD1674)為核心構(gòu)成，U6是一個(gè)12BIT的高速模 數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200K,通過該電路將隔離濾波后的信號(hào) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，變換為數(shù)字量。微處理器電路8是整個(gè)駝峰檢重裝置 的核心，由圖4所示的CPU微處理器U3(AT89C52)、圖5所示的地址 /數(shù)據(jù)鎖存器U4 (74HC373)、圖6所示的地址譯碼器U5 (74HC138)和圖 7所示的看門狗及復(fù)位電路D2(MAX813L)四部分組成。U3內(nèi)部集成了 程序存儲(chǔ)器和MCS-51核，裝置上電后由D2對(duì)U3進(jìn)行可靠復(fù)位控制 后，U3開始運(yùn)行存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序，通過對(duì)U4和U5的控 制完成數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算以及數(shù)據(jù)傳送；D2則利用其 硬件看門狗的功能對(duì)U3的程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，如果程序停滯或 跑飛，則由D2對(duì)U3進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位，使裝置能夠恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7分為兩部分，第一部分為如圖8、圖9所示的 RAM(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)電路，由U10(6264)、 U2(6264)構(gòu)成，主要完 成臨時(shí)存放動(dòng)態(tài)的信號(hào)采集轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，為進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)分析、計(jì) 算提供臨時(shí)寄存器空間；另一部分為如圖10所示的EE卞R0M(電可擦 除非易失性FLASH存儲(chǔ)器)電路，由D1(AT28C64)構(gòu)成，主要存儲(chǔ)標(biāo)定數(shù)據(jù)表格以及計(jì)算需要的參數(shù)數(shù)據(jù)等；當(dāng)系統(tǒng)斷電，重新上電后， RAM中的數(shù)據(jù)將不一定保留，而EE2PR0M中的數(shù)據(jù)肯定還保留。232 接口電路9的結(jié)構(gòu)如圖ll所示，由U8(MAX232)構(gòu)成，該電路通過接 口可與上位計(jì)算機(jī)連接，通過運(yùn)行專用的應(yīng)用軟件，可以對(duì)該裝置進(jìn) 行調(diào)試、標(biāo)定、參數(shù)下載設(shè)定等操作。CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路IO(圖 12)則由以D3(SJA1000)構(gòu)成的控制電路和以U13(6N137)、 U14(6N137)、 D6(82C250)構(gòu)成的隔離驅(qū)動(dòng)電路兩部分構(gòu)成，進(jìn)行隔離 設(shè)計(jì)也是出于解決和避免電氣系統(tǒng)間的串?dāng)_和干擾問題。DC/DC電源 電路4由交流/直流變換電源模塊和直流/直流電源變換模塊及穩(wěn)壓 電路構(gòu)成，交流/直流變換電源模塊將通過接口接入的外部交流供電 電源220VAC變換為直流5VDC和24VDC，24DC通過接口作為供電電源 提供給傳感器和變送器，5VDC則作為系統(tǒng)的工作的主工作電源。直 流/直流電源變換模塊及穩(wěn)壓電路則分別為信號(hào)放大調(diào)理、信號(hào)模數(shù) 轉(zhuǎn)換以及CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路提供必需的士12VDC、土15VDC和+5VDC
權(quán)利要求1. 一種駝峰檢重裝置，其特征在于它由稱重傳感器、變送器(3)、信號(hào)放大調(diào)理電路(5)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)、微處理器電路(8)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(7)、232接口電路(9)、CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路(10)以及DC/DC電源電路(4)組成，稱重傳感器由兩只安裝在鐵路軌道兩個(gè)枕木之間的軌道銷軸式應(yīng)變傳感器(1、2)構(gòu)成，其信號(hào)輸出端依次經(jīng)變送器(3)、信號(hào)放大調(diào)理電路(5)后通至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)的輸出/輸入端與微處理器電路(8)的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入/輸出端聯(lián)接，微處理器電路(8)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸出/輸入端、232接口輸出/輸入端和CAN總線輸出/輸入端分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(7)、232接口電路(9)和CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路(10)的輸入/輸出端對(duì)應(yīng)聯(lián)接，DC/DC電源電路(4)為傳感器、變送器(3)和各電路提供電源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于火車駝峰編組站場車輛編組控制系統(tǒng)的駝峰檢重裝置，由稱重傳感器、變送器、信號(hào)放大調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、232接口電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路和DC/DC電源電路組成，稱重傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)變送器、信號(hào)放大調(diào)理電路后通至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與微處理器電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入/輸出端聯(lián)接，微處理器電路的對(duì)應(yīng)輸出/輸入端同時(shí)還分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、232接口電路和CAN總線驅(qū)動(dòng)/接口電路的輸入/輸出端聯(lián)接。產(chǎn)品具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、使用方便、測重的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01G19/06GK201094083SQ20072003236
公開日2008年7月30日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者袁玉華, 許晨光 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第四研究院第四十四研究所