一种基于MVB总线的轮轨力测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于MVB总线的轮轨力测量系统，特别涉及一种用于轨道车辆的轮轨力测量系统。

背景技术：

目前，随着轨道交通的迅速发展，不断提升轨道车辆的安全性、稳定性等变的尤为重要，而轨道车辆动力学测试是验证轨道车辆安全、稳定等性能的重要手段，轮轨力测量是轨道车辆动力学测试的重要组成部分，轮轨力测量反映了轨道车辆的脱轨机理。目前，国内对轨道车辆脱轨机理的研究水平还比较落后，因此对轮轨力的测量及变化规律的研究对轨道交通技术的发展具有重要意义。本实用新型提供一种基于MVB总线的轮轨力测量系统，系统主要由从设备节点和主设备节点构成。从设备节点对轮轨力进行对应变片产生的微弱信号进行放大、滤波处理，保证所测数据的准确性，并通过MVB总线传输到MVB主设备节点进行轮轨测试数据实时显示和分析处理，从而提高轨道列车的安全性、稳定性等。

技术实现要素：

本实用新型一种基于MVB总线的轮轨力测量系统的目的是通过从设备节点对测试点应变片电桥产生的微弱信号进行精确放大，并保证测量数据的准确性，然后通过MVB总线将测试数据传送到MVB主设备节点，主设备节点对接收的轮轨力数据实时显示并根据这些数据来对轨道车辆的动力学性能进行分析，从而保证轨道列车的安全性、稳定性以及舒适性。

本实用新型一种基于MVB总线的轮轨力测量系统由MVB主设备节点、轮轨力测量从设备节点1、轮轨力测量从设备节点2、轮轨力测量从设备节点3和MVB总线组成，如图1所示。所述轮轨力测量从设备节点1、2、3结构功能相同，MVB主设备节点、轮轨力测量从设备节点分别通过MVB总线进行连接，MVB主设备节点对轮轨力测量从设备节点采集到的测量数据进行集中显示和分析处理。

MVB主设备节点为MVB总线5类设备，其具有设备状态、过程数据、消息数据、总线管理器及TCN网关等功能，其主控模块U1采用EP4CE6F17C8N芯片，且主控模块U1连接有LM1084IS-3.3稳压芯片U2、电容C1、电容C2和电容C3组成的3.3V电源电路，REG1117-2.5芯片U3、电容C9、电容C10和电容C11组成的2.5V电源电路，晶振U4、电感L1、电容C8和电阻R1组成的振荡电路，电容C5、电容C6和电容C7组成的电源去耦电路，电容C12、电容C13和电容C14组成的电源去耦电路，二极管D1、电阻R2、电阻R3、电容C5和开关S1组成的主控模块复位电路，发光二极管LED1和限流电阻R5及发光二极管LED2和限流电阻R4组成的电路用来指示串口数据收发，其中LM1084IS-3.3稳压芯片U2的引脚2和主控模块U1的引脚8连接，REG1117-2.5芯片U3的引脚2和主控模块U1的引脚38连接，晶振U4的引脚4通过电阻R1和主控模块U1的引脚1连接。

轮轨力测量从设备节点是由主控模块、放大电路模块组成，所述的主控模块与MVB主设备节点的主控模块结构相同并实现MVB总线3类设备功能，即实现消息数据、过程数据及设备状态功能。

放大电路模块是由两级放大电路、防浪涌电路及滤波电路组成，第一级放大电路由AD524仪表放大器U5、电阻R6和电阻R7组成，第二级放大电路由AD624仪表放大器U6、电阻R8和电阻R9组成，二极管D1、电容C16、电容C17和二极管D2、电容C18、电容C19组成防浪涌电路，由电阻R11、电容C20、电容C21、放大器U11A、二极管D3及电阻R12组成的巴特沃斯滤波器，其中AD524仪表放大器U5的9、10引脚相连接，然后与AD624仪表放大器U6的2引脚连接，放大器U11A引脚1和轮轨力测试从设备节点的主控模块U1引脚4连接，防浪涌电路分别与电源的正负极连接。

接口扩展模块主要包括显示模块、应变片传感器模块及MVB总线驱动模块，其中显示模块U7采用LCD液晶显示屏，显示模块U7连接有由HE8050三极管Q1、HE8050三极管Q2、电阻R15、电阻R16组成的开关电路、上拉电阻R13、限流电阻R14、显示模块U7的引脚7、8、9、10、11、12、13、14分别与MVB主设备节点的主控模块EP4CE6F17C8N芯片U1的引脚11、12、13、14、15、16、17、18连接，显示模块U7的引脚4、5、6、15分别与MVB主设备节点的主控模块EP4CE6F17C8N芯片U1的引脚23、21、22、19连接。

应变片传感器模包括78L05型电源电路稳压芯片U10、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26,其中电容C23、电容C24及电容C25、电容C26分别组成电源去耦电路，并分别与78L05型电源电路稳压芯片U10的引脚1、2连接，78L05型电源电路稳压芯片U10的引脚2与应变片传感器U8的引脚3连接，应变片传感器U8的引脚1、2分别与AD524仪表放大器U5的引脚1、2连接。

MVB总线驱动模块包括光耦隔离电路由电阻R17、光电耦合器OPT1，电阻R18、光电耦合器OPT2及电阻R19、光电耦合器OPT3组成，U9的引脚1、2、4分别通过光耦隔离电路与主控模块U1的引脚31、33、32连接，ADM487数据收发器U9的引脚6、7通过CON1与MVB总线连接。

本实用新型一种基于MVB总线的轮轨力测量系统可广泛应用于轨道车辆轮轨力测量领域，通过MVB总线将轮轨力测量从设备节点的测量结果在MVB主设备节点进行集中显示并分析处理，从而提高测量数据处理的实时性，保证了轨道车辆安全性、稳定性及舒适性，与现有技术相比较，本实用新型具有实时、可靠、通用等特点，在轨道车辆轮轨力测量领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1 是本实用新型结构框图；

图2 是本实用新型主控模块电路原理图；

图3 是本实用新型放大电路模块电路原理图；

图4 是本实用新型接口扩展模块电路原理图。

具体实施方式

本实用新型一种基于MVB总线的轮轨力测量系统是由MVB主设备节点、轮轨力测量从设备节点1、轮轨力测量从设备节点2、轮轨力测量从设备节点3和MVB总线组成，如图1所示。所述轮轨力测量从设备节点1、2、3结构功能相同，MVB主设备节点、轮轨力测量从设备节点分别通过MVB总线进行连接，MVB主设备节点对轮轨力测量从设备节点采集到的测量数据进行集中显示及分析处理。

MVB主设备节点为MVB总线5类设备，具有设备状态、过程数据、消息数据、总线管理器及TCN网关等功能，其主控模块U1采用EP4CE6F17C8N芯片，且主控模块U1连接有LM1084IS-3.3稳压芯片U2、电容C1、电容C2和电容C3组成的3.3V电源电路，REG1117-2.5芯片U3、电容C9、电容C10和电容C11组成的2.5V电源电路，晶振U4、电感L1、电容C8和电阻R1组成的振荡电路，电容C5、电容C6和电容C7组成的电源去耦电路，电容C12、电容C13和电容C14组成的电源去耦电路，二极管D1、电阻R2、电阻R3、电容C5和开关S1组成的主控模块复位电路，发光二极管LED1和限流电阻R5及发光二极管LED2和限流电阻R4组成的电路用来指示串口数据收发，其中LM1084IS-3.3稳压芯片U2的引脚2和主控模块U1的引脚8连接，REG1117-2.5芯片U3的引脚2和主控模块U1的引脚38连接，晶振U4的引脚4通过电阻R1和主控模块U1的引脚1连接，如图2所示。

轮轨力测量从设备节点是由主控模块、放大电路模块组成，所述的主控模块与MVB主设备节点的主控模块结构相同并具有MVB总线3类设备功能，即实现消息数据、过程数据及设备状态功能。

放大电路模块是由两级放大电路、防浪涌电路及滤波电路组成，如图3所示。第一级放大电路是由AD524仪表放大器U5、电阻R6和电阻R7组成，第二级放大电路是由AD624仪表放大器U6、电阻R8和电阻R9组成，二极管D1、电容C16、电容C17和二极管D2、电容C18、电容C19组成防浪涌电路，由电阻R11、电容C20、电容C21、放大器U11A、二极管D3及电阻R12组成的巴特沃斯滤波器，其中AD524仪表放大器U5的9、10引脚相连接，然后与AD624仪表放大器U6的2引脚连接，放大器U11A引脚1和轮轨力测试从设备节点的主控模块U1引脚4连接，防浪涌电路分别与电源的正负极连接。

接口扩展模块主要包括显示模块、应变片传感器模块及MVB总线驱动模块，如图4所示。其中显示模块U7采用LCD液晶显示屏，显示模块U7连接有由HE8050三极管Q1、HE8050三极管Q2、电阻R15、电阻R16组成的开关电路、上拉电阻R13、限流电阻R14、显示模块U7的引脚7、8、9、10、11、12、13、14分别与MVB主设备节点的主控模块EP4CE6F17C8N芯片U1的引脚11、12、13、14、15、16、17、18连接，显示模块U7的引脚4、5、6、15分别与MVB主设备节点的主控模块EP4CE6F17C8N芯片U1的引脚23、21、22、19连接；应变片传感器模块包括电源电路稳压芯片78L05 U10、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26,其中电容C23、电容C24及电容C25、电容C26分别组成电源去耦电路，并分别与78L05型电源电路稳压芯片U10的引脚1、2连接；78L05型电源电路稳压芯片U10的引脚2与应变片传感器U8的引脚3连接，应变片传感器U8的引脚1、2分别与AD524仪表放大器U5的引脚1、2连接；MVB总线驱动模块：MVB总线驱动模块包括光耦隔离电路电阻R17、光电耦合器OPT1，电阻R18、光电耦合器OPT2及电阻R19、光电耦合器OPT3组成，ADM487数据收发器U9的引脚1、2、4分别通过光耦隔离电路与主控模块U1的引脚31、33、32连接，ADM487数据收发器U9的引脚6、7通过CON1与MVB总线连接。

以下结合附图对本实用新型进行详细描述：

本实用新型一种基于MVB总线的轮轨力测量系统包括：MVB主设备节点、轮轨力测量从设备节点1、轮轨力测量从设备节点2、轮轨力测量从设备节点3和MVB总线。所述轮轨力测量从设备节点1、2、3结构功能相同，MVB主设备节点、轮轨力测量从设备节点分别通过MVB总线进行连接，MVB主设备节点对轮轨力测量从设备节点采集到的测量数据进行集中显示及分析处理。

MVB主设备节点为MVB总线5类设备，具有设备状态、过程数据、消息数据、总线管理器及TCN网关等性能，通过MVB总线驱动及MVB总线与轮轨力测量从设备节点进行通信，并对轮轨力测量从设备节点测量数据进行实时处理并通过显示模块进行显示；主控模块U1采用EP4CE6F17C8N芯片，且主控模块U1连接有LM1084IS-3.3稳压芯片U2、电容C1、电容C2和电容C3组成的3.3V电源电路和REG1117-2.5芯片U3、电容C9、电容C10和电容C11组成的2.5V电源电路，为主控模块分别提供3.3V和2.5V电源；晶振U4、电感L1、电容C8和电阻R1组成的振荡电路，为主控模块CPU提供时钟；电容C5、电容C6和电容C7组成的电源去耦电路和电容C12、电容C13和电容C14组成的电源去耦电路，主要是了去除主控模块电源的噪声，提高主控模块CPU的抗干扰能力； 二极管D1、电阻R2、电阻R3、电容C5和按键开关S1组成的主控模块复位电路，当按键按下时，主控模块复位；发光二极管LED1和限流电阻R5及发光二极管LED2和限流电阻R4组成的电路用来指示MVB总线驱动串口数据收发，即当接收到数据时发光二极管LED1亮，有数据发送时发光二极管LED2亮，没有数据收发时都不亮，实时接收由轮轨力测试从设备节点模块测得的轮轨力数据进行显示和处理； LM1084IS-3.3稳压芯片U2引脚2和主控模块U1的引脚8连接，REG1117-2.5芯片U3引脚2和U1的引脚38连接，晶振U4的引脚4通过电阻R1和主控模块U1的引脚1连接。

轮轨力测量从设备节点包括主控模块、放大电路模块组成，所述的主控模块与MVB主设备节点的主控模块结构相同并实现MVB总线3类设备功能，即实现消息数据、过程数据及设备状态功能；轮轨力测量从设备节点接收到经过放大电路模块放大的应变片电桥产生的电压信号，通过MVB总线驱动及MVB总线将相应电压数据传输到MVB主设备节点进行实时显示和分析处理。

放大电路模块包括：两级放大电路、防浪涌电路及滤波电路，第一级放大电路是由AD524仪表放大器U5、电阻R6和电阻R7组成，提供10倍、100倍、1000倍的精确放大，第二级放大电路是由AD624仪表放大器U6、电阻R8和电阻R9组成，提供200倍、500倍、1000倍的精确放大，其中电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9实现输入输出调零功能，保证两级放大电路更加精确，通过两级放大电路的任意组合实现多种倍数的放大；二极管D1、电容C16、电容C17和二极管D2、电容C18、电容C19组成防浪涌电路，防止恒压源因静电影响或者供电突变等原因造成的浪涌，实现对两级放大电路的保护；电阻R11、电容C20、电容C21、放大器U11A、二极管D3及电阻R12组成的巴特沃斯滤波器，实现二阶巴特沃斯滤波器200HZ低通滤波功能，将滤波信号发送给轮轨力测量从设备节点的主控模块；AD524仪表放大器U5的9、10引脚相连接，然后与AD624仪表放大器U6的2引脚连接，放大器U11A引脚1和轮轨力测量从设备节点的主控模块U1引脚4连接，防浪涌电路分别与电源的正负极连接。

接口扩展模块主要包括显示模块、应变片传感器模块及MVB总线驱动模块，显示模块主要是对MVB主设备节点接收到的数据进行实时显示，其中显示模块U7采用LCD液晶显示屏，显示模块U7连接有由HE8050三极管Q1、HE8050三极管Q2、电阻R15、电阻R16组成的防止外部电路的干扰的开关电路和上拉电阻R13、限流电阻R14；显示模块U7的引脚7、8、9、10、11、12、13、14分别与MVB主设备节点的主控模块EP4CE6F17C8N芯片U1的引脚11、12、13、14、15、16、17、18连接，显示模块U7的引脚4、5、6、15分别与MVB主设备节点的主控模块EP4CE6F17C8N芯片U1的引脚23、21、22、19连接；应变片传感器模块通过应变片的变化得到轮轨的变化情况，并把测得的结果传送给放大电路模块进行信号放大处理；78L05型电源电路稳压芯片U10、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26,其中电容C23、电容C24及电容C25、电容C26分别组成电源去耦电路，主要是去除电源的噪声，提高应变片传感器模块的抗干扰能力，并分别与78L05型电源电路稳压芯片U10的引脚1、2连接，78L05型电源电路稳压芯片U10的引脚2与应变片传感器U8的引脚3连接，应变片传感器U8的引脚1、2分别与AD524仪表放大器U5的引脚1、2连接；MVB总线驱动模块包括光耦隔离电路，由电阻R17、光电耦合器OPT1，电阻R18、光电耦合器OPT2及电阻R19、光电耦合器OPT3组成，提高抗干扰能力；ADM487数据收发器U9的引脚1、2、4分别通过光耦隔离电路与主控模块U1的引脚31、33、32连接，ADM487数据收发器U9的引脚6、7通过CON1与MVB总线连接。