专利名称：基于pc104体系嵌入式铁路称重设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种称量装置，特别是涉及一种铁路称重设备。
背景技术：
铁路称重设备通常是对传感器输出的信号依次进行信号调理、A/D转换、数据采集、数据分析和数据管理，见图1。现有的铁路称重设备，A/D转换由A/D采集卡实现，数据采集、数据分析及数据管理由工业控制计算机(简称工控机)和上位机来实现，见图2。工控机的主要特点是兼容性好，可扩展性强，通常面向一般的工业应用，但其也存在以下缺点(1)用同一台工控机一边要进行实时的采样，一边要进行数据分析处理，同时要实现人机界面、数据库管理，对于一台工控机的任务量过多，同时数据管理部分要求有良好的人机界面，用同一台工控机实现数据采集与数据管理难以达到良好的效果。
(2)A/D转换、数据采集、数据分析需要测试现场完成，原始数量较大，不便于传输。
(3)体系结构复杂，故障点多，系统中有一个组成部件出故障整个系统就会瘫痪，在以前的使用过程中经常出现硬盘损坏、CPU风扇损坏导致CPU烧坏、内存接触不良等状况。
(4)测试现场环境通常比较复杂，例如测试现场振动大、粉尘多、温度变化范围大、供电电源不稳定等因素，使用工控机故障率较高。
发明内容
为了克服现有铁路称重设备使用工控机的不足，本实用新型提供一种基于PC104体系的嵌入式铁路称重设备。
本实用新型的技术方案是一种基于PC104体系嵌入式铁路称重设备，包括电源、上位机、传感器、信号调理板，还包括PC104嵌入式系统，所述嵌入式系统包括集成有内存、串口、并口、显卡的主板和AD采集卡，所述AD采集卡底座插针嵌入所述主板，所述信号调理板的插接件与AD采集卡相连，所述信号调理板还外接传感器，所述上位机与所述嵌入式系统连接，所述嵌入式系统、电源和信号调理板集成在一个机箱内。
所述信号调理板具有16个通道性能一致的信号调理电路，外接16只传感器。
所述传感器接入信号通道箱的不同通道，信号通道箱接入嵌入式系统主机的信号调理板的对应通道。
所述信号通道箱是用两条各具有80个高低位的接线端子焊接在通道电路板上，固定安装在铝壳内。
本实用新型的有益效果是(一)采用嵌入式系统的优点1)把信号实时采集、处理部分与数据库管理及人机界面部分分开，提高采样、处理部分程序的可靠性，而不增加上位机的负担。
采用PC104这种体系结构，把有实时性要求的工作由嵌入式系统部分独立完成，所有的硬件资源(CPU时间、内存)全部用于数据采集和处理，保证可靠、连续的采样。上位机的所有资源都可用于数据库管理和人机界面，没有实时性要求，即使在称重的同时进行数据库查询等大量使用CPU时间的工作时也不会对称重有任何影响。
2)嵌入式部分独占CPU，可以使用多种高级算法，提高数据处理质量。
采用嵌入式系统来独立处理数据运算工作，整个系统的资源都可以由数据采集、处理程序调度，可以完全控制并充分利用所有的系统资源来完成数据采集、处理工作，提高数据采集、处理过程的能控性，提高系统的可靠性。
3)提高采样、处理部分硬件可靠性，减少底层维护工作量。
采用嵌入式系统结构的铁路衡器，底层核心的数据采集、处理部分由嵌入式系统部分完成，这一部分的软、硬件比工控机更健壮，不会感染病毒，系统不会崩溃，系统软件部分通常是不需要维护的。而上位机部分仅提供界面与数据管理，与底层硬件无关，与普通计算机的功能没有区别，只要有一定的计算机基础的人员都可以做维护。
4)对环境适应能力比工控机更强。
嵌入式系统的设计尽可能减少机械部件，减少插接件，提高机械部分的可靠性。嵌入式系统采用电子盘取代机械式硬盘，一方面对振动的适应能力加强，同时降低系统的功耗。嵌入式的组件，如内存、串口、并口、显卡等全部集成在主板上，尽可能减少插接件，提高了系统对粉尘和振动的适应能力。
嵌入式系统的功耗比工控机小的多，系统散热量小，不需要风扇。另外，嵌入式系统的功耗低，对电源部分的压力小，在电源部分的设计过程中可以更多的考虑对输入电压(市电)的适应能力而不必过多的顾及电源的转换效率，使电源部分对输入电压的适应能力更强。
5)便于安装、调试及维护。
嵌入式系统、电源、信号调理几部分都集成到一个1U机箱内，体积小，重量轻，便于携带、安装、调试。
(二)采用独立通道信号调理板的优点将各个传感器通道的信号分开，每个传感器的信号都可以独立获取，使得信息量更大，便于提取有效特征信息，数据处理过程更灵活，可以达到更好的处理效果，而且接线灵活，方便维护。
图1是计量称重设备结构组成图图2是现有铁路称重设备方框图；图3是本实用新型铁路称重设备方框图；图4是信号调理板一个通道的电路原理图；图5是本实用新型安装和连线结构图。
图中1-传感器 2-信号调理板 3-A/D采集卡 4-工控机 5-嵌入式系统6-上位机 7-5V电源 8-15V电源 9-10V电源 10-显示器接口11-电源插座 12-COM1 13-COM2 14-电源开关 15-键盘接口16-鼠标接口CH00～CH15-16路信号通道L1-显示器线 L2-AC220V电源线 L3-串口1线 L4-串口2线L5-键盘鼠标线 L6-5V电源线 L7-15V电源线 L8-16路信号线具体实施方式
如图1所示，计量称重设备通常是将传感器传输的信号依次进行信号调理、A/D转换、数据采集、数据分析和数据管理。
如图2所示，现有铁路称重设备主要包括传感器1、信号调理板2、A/D采集卡3和工控机4。其中，A/D采集卡3实现A/D转换，工控机4主要实现数据采集、数据分析和数据管理等功能。
如图3所示，本实用新型基于PC104体系嵌入式铁路称重设备主要包括传感器1、信号调理板2、嵌入式系统5和上位机6。其中，嵌入式系统5实现A/D转换、数据采集、数据分析三部分功能，上位机6提供界面与数据管理。
本实用新型采用的嵌入式系统采用PC104体系的产品，主要参数如下CPU板300MHzCPU 128M内存 32-128M电子盘可选ADT800 AD采集卡16通道 精度16位 采样率100KHz(用于轨道衡)ADT650 AD采集卡16通道 精度12位 采样率100KHz(用于超偏载)图4是本实用新型产品中信号调理板一个通道的电路，可以根据一个通道的电路原理图进行制版。本实用新型产品的信号调理部分是与AD采集卡相连的信号调理板，设计为16个通道性能一致的信号调理电路，可外接16只传感器，实现每个通道独立进行信号采集和处理。信号调理电路的滤波和放大电路，选用的是美国AD公司的AD620，共模抑制比高、精度高。滤波器采用有源低通滤波电路加端口元件低通滤波，用于消除称重传感器输出信号包含的高频干扰成分，同时加装有增益调整的电位器，以确保16路性能的一致性。
如图5所示，是本实用新型的安装和连线结构图。在-个1U机箱18内集成有嵌入式系统5、信号调理板2和三个电源7、8、9。1U机箱上分设有显示器10、COM1、COM2、键盘15、鼠标16接口及电源插座11和电源开关14，还设有CH00～CH15共16路信号通道。其中，嵌入式系统采用的是SCM7020主板和ADT650采集卡。1U机箱内各部件用L1显示器线，L2AC220V电源线，L3串口1线，L4串口2线，L5键盘鼠标线，L65V电源线，L715V电源线，L816路信号线进行连接。
J1线号表1Vin002Vin083Vin014Vin095Vin026Vin10
7Vin03 8Vin119Vin04 10Vin1211Vin0512Vin1313Vin0614Vin1415Vin0716Vin1517AGND 18AGND19Ref+ 20Ref-21Vout022Vout123Vout224Vout325AGND 26AGNDKBMS1线号表1音频输出 2音频- 3复位控制 4鼠标数据 5键盘数据 6键盘时钟 7地 8+5V 9NC 10鼠标时钟JOUT线号表1CH0020CH012CH0221CH033CH0422CH054CH0623CH075CH0824CH096CH1025CH117CH1226CH138CH1427CH159AGND28AGND10AGND 29AGND当室外传感器的引线长度不够时，可使用与本实用新型配套的信号通道箱，将传感器的引线先接入信号通道箱的不同通道，再由通道箱接入嵌入式系统主机的信号调理板的对应通道。信号通道箱用两条各具有80个高低位的接线端子焊接在通道电路板上，固定安装在铝壳内。信号通道箱的线号表如下
CHXXE+激励正CHXXE-激励负CHXXS+信号正CHXXS-信号负。
权利要求1.一种基于PC104体系嵌入式铁路称重设备，包括电源、上位机、传感器、信号调理板，其特征在于，还包括PC104嵌入式系统，所述嵌入式系统包括集成有内存、串口、并口、显卡的主板和AD采集卡，所述AD采集卡底座插针嵌入所述主板，所述信号调理板的插接件与AD采集卡相连，所述信号调理板还外接传感器，所述上位机与所述嵌入式系统连接，所述嵌入式系统、电源和信号调理板集成在一个机箱内。
2.根据权利要求1所述的嵌入式铁路称重设备，其特征在于，所述信号调理板具有16个通道性能一致的信号调理电路，外接16只传感器。
3.根据权利要求1所述的嵌入式铁路称重设备，其特征在于，所述传感器接入信号通道箱的不同通道，信号通道箱接入嵌入式系统主机的信号调理板的对应通道。
4.根据权利要求3所述的嵌入式铁路称重设备，其特征在于，所述信号通道箱是用两条各具有80个高低位的接线端子焊接在通道电路板上，固定安装在铝壳内。
专利摘要本实用新型公开了一种基于PC104体系嵌入式铁路称重设备，包括电源、上位机、传感器、信号调理板，还包括PC104嵌入式系统，所述嵌入式系统包括集成有内存、串口、并口、显卡的主板和AD采集卡，所述AD采集卡底座插针嵌入所述主板，所述信号调理板的插接件与AD采集卡相连，所述信号调理板还外接传感器，所述上位机与所述嵌入式系统连接，所述嵌入式系统、电源和信号调理板集成在一个机箱内。本实用新型采用嵌入式系统，把信号实时采集、处理部分与数据库管理及人机界面部分分开，提高了采样、处理部分程序的可靠性，而不增加上位机的负担，减少了底层维护工作量，对环境适应能力比工控机更强，便于安装、调试及维护。
文档编号G01G19/02GK2804817SQ20052001572
公开日2006年8月9日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者佟祥国 申请人:北京东方瑞威科技发展有限公司