专利名称：驼峰检重装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于信号变量的测量与控制技术领域，涉及一种用于 火车驼峰编组站场车辆编组控制系统的驼峰检重装置。
技术背景驼峰检重装置是驼峰溜放自动化、半自动化控制系统中的重要基 础设备。在当今各现代化驼峰编组站场，车辆的溜放速度均是依靠减 速器来调整的，判断车组重量等级则是调整速度的重要依据。在使用 非重力式减速器的站场，减速器的制动等级要根据车辆平均重量等级 来选定，如果制动等级选低了，减速器制动力太小，不能有效地将车 速降下来，可能造成追钩，使道岔不能及时转动而进入异线，反之， 如果制动等级选得过高，就有可能将车轮挤出，造成脱轨事故，因此, 作为判断车组重量等级重要设备的驼峰检重装置也是现代化驼峰编 组场站用于测定溜放车辆重量等级的重要的计量装置。目前，国内公 知的用于鸵峰编组站场与驼峰控制系统配套使用的检重装置均为由 铁科院通号所研制的塞钉式压磁测重机,这种塞钉式压磁测重机结构 在实际应用过程中相应存在有设备集成度低、供电系统复杂、易受轨 道信号干扰等不足，测重的准确性、实时性和可靠性较差，并且有较 大系统非线性。实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足,进而提供一种 设计结构合理、使用性能可靠、测量效果好的驼峰检重装置。用于实现上述发明目的的技术解决方案是这样的所提供的驼峰 检重装置由称重传感器、变送器、信号放大调理电路、模数转换电路、 微处理器电路、数据存储电路、232接口电路、CAN总线驱动/接口电 路以及DC/DC电源电路组成,称重传感器由两只安装在铁路轨道两个 枕木之间的轨道销轴式应变传感器构成，其信号输出端依次经变送器、信号放大调理电路后通至模数转换电路的输入端，模数转换电路 的输出/输入端与微处理器电路的模数转换输入/输出端联接，微处理器电路的数据存储输出/输入端、232接口输出/输入端和CAN总线输 出/输入端分别与数据存储电路、232接口电路和CAN总线驱动/接口 电路的输入/输出端对应联接，DC/DC电源电路为传感器、变送器和 各电路提供必需的电源。根据上述技术解决方案设计的驼峰检重装置在实际使用时能够 方便可靠地称量出一列行进中的火车货车的每一个车轴的载重值,进 而进行整车合成，计算出每节车皮的总重(车皮自重与载重货物重量 之和)。具体实施中，将轴销式称重传感器装入检测区内两个枕木之 间事先打好安装孔的铁轨中，并紧密配合，装置中除传感器和变送器 外的其它部分组成驼峰检重仪，设置在控制室内。平常状态下，驼峰 检重仪处于在线待机状态；当列车将要经过该称量路段时，车辆编组 控制系统测量到前端踏板信号，并将该信号通过CAN通讯总线传达给 驼峰检重仪，驼峰检重仪进入称量状态当列车的车轮(车轴)经过装 有称重传感器的铁轨时，由于重力作用，该段铁轨将发生一定的微小 变形，轴销式称重传感器感受到改变信号并将其转换为标准电压信号 输出给信号变送器;信号变送器将微电压变换为标准的电流信号进行 长线传输，传送给控制室中的驼峰检重仪；驼峰检重仪将该信号进行 数字离散化(模/数转换)后，运用动态称量算法，快速的计算出本次 车轴的重量,并将经保存后的该重量信息立即通过CAN通讯总线发送 给车辆编组控制系统;驼峰检重仪的微处理齐同时还将按照四次车轴 一节车皮(车头除外)的规则计算出一节车皮的总重量信息也通过CAN通讯总线实时发送给车辆编组控制系统，用以进行整车车重校 验，同时由车辆编组控制系统依据车重以及其它如车速、编组车皮数 等信息实现车辆编组和编组后的减速控制。列车行驶完毕后，车辆编 组控制系统向驼峰检重仪发送称量结束信号，该检重装置完成本次称 量，再次进入在线待机状态。与现有同类产品相比，本实用新型具有以下所述的技术特点。A、 本实用新型在测量方式上采用轴销式应变称重传感器安装在 铁轨上进行称重测量，设备集成度高，可提高测量信息的线性度和稳 定性，由于采用先进的传感器称重技术，敏感并协调各类钢轨在轮对 作用下的微变形，用以进行机车车辆称重、检偏和各种机车称重控制, 用户可选用不同的系统配置和信号处理单元模块，方便构成静态、动 态轨道称重系统。同现有技术相比，该驼峰检重装置的成本低廉、安 装维护方便，检重仪输出的称重电信号波形规则，毛剌少，信噪比有 很大的提高，有效保证了动态称重的准确性、实时性和可靠性。B、 为满足动态测量的实时性，本实用新型采用了独特的动态称 量算法。考虑到产品成本等原因，该检重装置的驼峰检重仪被设计成 一个独立的51单片机系统。由于单片机系统自身的运算速度并不高, 为了满足动态测量的实时性要求，特设计了一个比较独特的表格式动 态称量算法，即利用单片机对硬件设备很强的支配能力，扩展了一个 非易失性外部数据存储器(28C64),数据寻址地址为0000H至1FFI H， 又由于本装置的模数转换器为一个12位转换器，其对信号的转换值 为0000H至0FFra,因此，将外部数据存储器的数据寻址地址0000H 至0FFra，与模数转换器的转换值范围0000H至0FFra相对应，在外 部数据存储器的地址单元存入该地址单元对应的模数转换器的转换 值所对应的称量值。当进行称量时，用模数转换器的转换值作为称量 数据的寻址地址，直接就可获得对应的称量值，无需进行复杂的算术 运算，提高了测量速度，满足了动态测量的实时性需求。C、 采用门限比较的方法获得有效的称量内码数据。其具体方法 为首先进行单轴称量内码数据的采集，通过设定上升和下降两个比 较门限值，用以进行车轴进入和开出称重区域的条件，当测量信号首 先大于上升门限时，开始称量内码数据的周期采集(周期的模数转换) 和顺序保存，之后当测量信号小于下降门限时，结束称量内码数据的 采集；其次按照二分法进行有效称量内码数据的提取，并转换为称量 值，由于称量内码数据的周期采集是周期性的，因此内码数据采集的 数量可以通过计数获得，然后再按照二分法获得中间采集数据的保存位置，从中间位置开始，提取一定数量的采集数据进行平均获得一个 有效的称量内码数据，最后按照存储在驼峰检重仪上的标定数据，以 有效的称量内码数据为条件检索到对应的称量数据。D、本实用新型集成了信号传输与采集(传感器+变送器+模数转换 器)、数据处理(动态称重算法)、高速通讯(CAN总线通讯)等技术， 并进行了电源以及雷电防护设计，性能可靠稳定、测量准确可信，可 极强地适应野外现场环境。
图1是本实用新型的设计原理框图。图2 图12是本实用新型一个具体实施例的电路结构示意图， 其中图2为信号放大调理电路的电路结构示意图，图3为模数转换电 路的电路结构示意图，图4为微处理器电路中的微处理器(CPU)部分 的电路结构示意图，图5为微处理器电路中的地址/数据锁存器部分 的电路结构示意图，图6为微处理器电路中的地址译码器部分的电路 结构示意图，图7为微处理器电路中的看门狗及复位电路部分的电路 结构示意图，图8和图9分别为数据存储电路中的两个动态数据存储器部分的电路结构示意图，图io为数据存储电路中的电可擦除非易失性FLASH存储器部分的电路结构示意图，图11为232接口电路的 电路结构示意图，图12为CAN总线驱动/接口电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型内容做进一步说明，但本 实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。参见附图，本实用新型所述的驼峰检重装置由称重传感器、变送 器3、信号放大调理电路5、模数转换电路6、微处理器电路8、数据 存储电路7、 232接口电路9、 CAN总线驱动/接口电路10等主要工作 设备以及DC/DC电源电路4、防雷电路等辅助设备组成，其中信号放 大调理电路5、模数转换电路6、微处理器电路8、数据存储电路7、 232接口电路9、 CAN总线驱动/接口电路10等构成装置的驼峰检重 仪。称重传感器采用型号为GKCT15-6A的轨道销轴式应变传感器1、2,安装在测量区铁路轨道的两个枕木之间，变送器3采用BS-1型变 送器。在设备的结合方式上，传感器1、 2的信号输出端依次经变送 器3、信号放大调理电路5后通至模数转换电路6的输入端，模数转 换电路6的输出/输入端与微处理器电路8的模数转换输入/输出端联 接，微处理器电路8的数据存储输出/输入端、232接口输出/输入端 和CAN总线输出/输入端分别与数据存储电路7、 232接口电路9和 CAN总线驱动/接口电路10的输入/输出端对应联接，232接口电路9 的输出/输入端经232协议转换器至上位调试用计算机，CAN总线驱 动/接口电路10的输出/输入端依次经CAN控制器和CAN收发器至车 辆编组控制系统，DC/DC电源电路4则为传感器、变送器和各电路提 供必需的工作电源。附图1中标号11为避雷器。本实用新型一个具体实施例的电路结构可参见图2 图12,其各 部分组成及工作性能分别依下所述。信号放大调理电路5如图2所示， 它是以器件IS0124为核心的光隔离信号放大、信号滤波电路，该电 路将变送器通过接口由IVI+和IVI-端输入的传感器变送后的电流信 号，变换为电压信号并进行1:1的光隔离信号放大，用以保证本系统 不受外部电气系统的串扰和影响；同时用电阻R3和电容C18组成的 RC信号滤波电路对该信号进行了信号滤波。模数转换电路6的结构如 图3所示，它由U6(AD1674)为核心构成，U6是一个12BIT的高速模 数转换器，其转换速率可达200K,通过该电路将隔离滤波后的信号 进行模数转换，变换为数字量。微处理器电路8是整个驼峰检重装置 的核心，由图4所示的CPU微处理器U3(AT89C52)、图5所示的地址 /数据锁存器U4 (74HC373)、图6所示的地址译码器U5 (74HC138)和图 7所示的看门狗及复位电路D2(MAX813L)四部分组成。U3内部集成了 程序存储器和MCS-51核，装置上电后由D2对U3进行可靠复位控制 后，U3开始运行存储在程序存储器内的程序，通过对U4和U5的控 制完成数据模数转换、数据存储、运算以及数据传送；D2则利用其 硬件看门狗的功能对U3的程序运行状态进行监视，如果程序停滞或 跑飞，则由D2对U3进行强制复位，使装置能够恢复到正常的工作状态。数据存储电路7分为两部分，第一部分为如图8、图9所示的 RAM(动态数据存储器)电路，由U10(6264)、 U2(6264)构成，主要完 成临时存放动态的信号采集转换数据，为进行下一步的数据分析、计 算提供临时寄存器空间；另一部分为如图10所示的EE卞R0M(电可擦 除非易失性FLASH存储器)电路，由D1(AT28C64)构成，主要存储标定数据表格以及计算需要的参数数据等；当系统断电，重新上电后， RAM中的数据将不一定保留，而EE2PR0M中的数据肯定还保留。232 接口电路9的结构如图ll所示，由U8(MAX232)构成，该电路通过接 口可与上位计算机连接，通过运行专用的应用软件，可以对该装置进 行调试、标定、参数下载设定等操作。CAN总线驱动/接口电路IO(图 12)则由以D3(SJA1000)构成的控制电路和以U13(6N137)、 U14(6N137)、 D6(82C250)构成的隔离驱动电路两部分构成，进行隔离 设计也是出于解决和避免电气系统间的串扰和干扰问题。DC/DC电源 电路4由交流/直流变换电源模块和直流/直流电源变换模块及稳压 电路构成，交流/直流变换电源模块将通过接口接入的外部交流供电 电源220VAC变换为直流5VDC和24VDC，24DC通过接口作为供电电源 提供给传感器和变送器，5VDC则作为系统的工作的主工作电源。直 流/直流电源变换模块及稳压电路则分别为信号放大调理、信号模数 转换以及CAN总线驱动/接口电路提供必需的士12VDC、土15VDC和+5VDC
权利要求1. 一种驼峰检重装置，其特征在于它由称重传感器、变送器(3)、信号放大调理电路(5)、模数转换电路(6)、微处理器电路(8)、数据存储电路(7)、232接口电路(9)、CAN总线驱动/接口电路(10)以及DC/DC电源电路(4)组成，称重传感器由两只安装在铁路轨道两个枕木之间的轨道销轴式应变传感器(1、2)构成，其信号输出端依次经变送器(3)、信号放大调理电路(5)后通至模数转换电路(6)的输入端，模数转换电路(6)的输出/输入端与微处理器电路(8)的模数转换输入/输出端联接，微处理器电路(8)的数据存储输出/输入端、232接口输出/输入端和CAN总线输出/输入端分别与数据存储电路(7)、232接口电路(9)和CAN总线驱动/接口电路(10)的输入/输出端对应联接，DC/DC电源电路(4)为传感器、变送器(3)和各电路提供电源。
专利摘要本实用新型涉及一种用于火车驼峰编组站场车辆编组控制系统的驼峰检重装置，由称重传感器、变送器、信号放大调理电路、模数转换电路、微处理器电路、数据存储电路、232接口电路、CAN总线驱动/接口电路和DC/DC电源电路组成，称重传感器的信号输出端依次经变送器、信号放大调理电路后通至模数转换电路的输入端，模数转换电路与微处理器电路的模数转换输入/输出端联接，微处理器电路的对应输出/输入端同时还分别与数据存储电路、232接口电路和CAN总线驱动/接口电路的输入/输出端联接。产品具有设计结构合理、使用方便、测重的准确性、实时性和可靠性好等优点。
文档编号G01G19/06GK201094083SQ20072003236
公开日2008年7月30日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者袁玉华, 许晨光 申请人:中国航天科技集团公司第四研究院第四十四研究所