一种风速传感采集仪的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其是一种风速传感采集仪。

背景技术：

机车风机运行状况关系到机车主变压器和主变流器散热问题，机车风机运行故障会影响到机车主变压器和主变流器正常运行。各机务段检测机车风机性能均采用库内人工手动检测来进行故障性判断检测和检修，均无相关自动检测技术和条件。库内检测方式与实际运用技术条件不符，存在质量安全隐患。

目前，库内检测方式与实际运用技术条件不符，存在质量安全隐患。人工使用便捷式风速检测装置在机车下部风道检测风速的方法来检测，一方面检测过程繁琐，检测不方便，而且人工检测容易出现误判、漏检等现象给列车的运行埋下了安全隐患；另一方面人工检测工作人员检测时距离列车较近，容易发生磕伤碰伤等安全事故。如果工作人员与列车司机配合不当可能发生重大的安全事故。

库内检测作业过程无法监控、不便查寻和追溯。目前，人工检测机车冷却风速是根据便捷式风速检测装置进行检测，列车的冷却风速完全由工作人员进行采集和记录，无法完整记录列车冷却风速情况，检修人员的作业过程更是无法监控，一旦需做技术分析时又无追溯性。

检测作业费时费力，效率低下。当前库内人工检测冷却风速时，作业人员需要在风机开启的情况下对机车冷却风速进行检测，地面工作人员需在风机产生的极大噪音环境下与车上工作人员配合完成检测，此种检测方法检测难度大，作业时间长，而且动作间隔时间无法控制。同时，在周围环境恶劣的情况下进行检修工作加大了工人的劳动强度，并且还存在着地面工作人员与车上工作人员配合不当的情况，增加了车下作业人员的劳动人身安全风险。

检测作业的不完整性。目前采用的检测方式只能对进入库内列车风机的当时情况进行记录，无法达到对列车运行过程中冷却风速进行监控的目的，严重影响将来的技术分析，对机车潜在的安全隐患无发快速发现与处理。

在铁道整备过程中为保证机车的散热性，在整备过程中安插了冷却风速检测工作流程。机车风机性能保障着机车主变压器、辅助变压器等大型关键设备的运行安全，属电气化铁路安全保证的一项重要安保设备。随着铁路列车高速运行、长交路运营模式不断推进，对机车车辆安全运行提出了越来越高标准，如果通风系统出现故障，机车就不能再持续运行，强行持续运行将导致严重的后果，如主变压器、辅助变压器等电气设备因温度过高而烧毁。根据铁路总公司运输局2014年2月份下达的机车质量情况通报要求，要建立通风系统风速检测制度，以改善杨柳飞絮对铁路运行的影响。

目前，机车风机的性能检测还处于非自动化无准确记录阶段，各机务段基本采用人工手持便捷式风速检测仪器伸入风道滤网下进行检测的方式来对机车风机性能进行检测。此种检测方法具有检测过程耗时、耗力、检查误差大、安全系数低等诸多缺点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种改进的风速传感采集仪，解决目前机车冷却风速无法实现自动检测和自动记录，而通过人工检测不仅检测过程耗时、耗力、检查误差大、安全系数低的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风速传感采集仪，包括车载风速传感器(传感器探头采用针型探头，选用热式测量原理，安装方便、环境适应能力强、响应时间快、测量精度高、能快速反应风速变化。)、数据记录仪、路由器和服务工作站，所述的数据记录仪包括壳体、固定在壳体正面的LCD背光显示屏、固定在壳体正面的控制面板、固定在壳体背面的通讯接口、固定在壳体内部的处理模块和电源模块，所述的通讯接口包括一个用于有线连接服务工作站的USB接口、两个分别有线连接服务工作站和路由器的RS232接口和两个连接车载风速传感器信号输出端的RS485接口，所述的处理模块包括Atmega64控制芯片、64M外置flash和时钟芯片，所述的电源模块包括110Vdc-12Vdc降压模块、5VDCDC模块、3.3VLDO和3.3V内置电源。

进一步的，所述的车载风速传感器输出端通过RS485接口与Atmega64控制芯片信号输入端电连接，所述的Atmega64控制芯片输出端分别与时钟芯片控制端、64M外置flash数据接收端和LCD背光显示屏信号接收端电连接，所述的Atmega64控制芯片信号输出端通过USB接口和RS232接口分别与服务工作站和路由器有线电连接。

进一步的，所述的110Vdc-12Vdc降压模块供电输入端与外部110VDC电源电连接，所述的110Vdc-12Vdc降压模块供电输出端通过供电线路分别与车载风速传感器、路由器和5VDCDC模块供电输入端电连接，所述的5VDCDC模块供电输出端通过供电线路与3.3VLDO供电输入端电连接，所述的3.3VLDO供电输出端通过供电线路分别与USB接口、RS232接口、RS485接口、Atmega64控制芯片、64M外置flash和时钟芯片供电输入端电连接。

进一步的，所述的LCD背光显示屏为12864液晶屏，所述的Atmega64控制芯片和LCD背光显示屏之间连接有D/A转换器。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的一种风速传感采集仪应用机电一体化技术、计算机程控技术、电子技术、无线控制技术、网络传输技术，完全实现检测过程全自动化，在全路属首发产品，技术含量高，性能稳定可靠，现场检修运用性强，机车冷却风速自动检测装置采用低压工作电源供电(DC12V)，整体选用抗震防腐蚀材料，具有抗腐蚀、抗冲击、防潮等特点，具备优异的抗干扰性能，人员在地面指定安全场所完成检测作业，无人员伤害危机，安全性高，机车冷却风速自动检测装置动态检测时，机车进入检测区，将会全自动完成整个检测过程，无需其他作业条件和人员，安全可靠，操作便利。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的连接框图。

图3是本实用新型中服务工作站的人机界面软件流程图。

图4是本实用新型中车载风速传感器的内部接线图。

图5是本实用新型的连接示意图。

图中:1.壳体，2.LCD背光显示屏，3.控制面板。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

图1、图2、图3、图4和图5所示的一种风速传感采集仪，包括车载风速传感器、数据记录仪、路由器和服务工作站，数据记录仪包括壳体1、固定在壳体1正面的LCD背光显示屏2、固定在壳体1正面的控制面板3、固定在壳体1背面的通讯接口、固定在壳体1内部的处理模块和电源模块，通讯接口包括一个用于有线连接服务工作站的USB接口、两个分别有线连接服务工作站和路由器的RS232接口和两个连接车载风速传感器信号输出端的RS485接口，处理模块包括Atmega64控制芯片(单片机)、64M外置flash和时钟芯片，电源模块包括110Vdc-12Vdc降压模块、5VDCDC模块、3.3VLDO和3.3V内置电源。

进一步的，车载风速传感器输出端通过RS485接口与Atmega64控制芯片信号输入端电连接，Atmega64控制芯片输出端分别与时钟芯片控制端、64M外置flash数据接收端和LCD背光显示屏信号接收端电连接，Atmega64控制芯片信号输出端通过USB接口和RS232接口分别与服务工作站和路由器有线电连接，进一步的，110Vdc-12Vdc降压模块供电输入端与外部110VDC电源电连接，110Vdc-12Vdc降压模块供电输出端通过供电线路分别与车载风速传感器、路由器和5VDCDC模块供电输入端电连接，5VDCDC模块供电输出端通过供电线路与3.3VLDO供电输入端电连接，3.3VLDO供电输出端通过供电线路分别与USB接口、RS232接口、RS485接口、Atmega64控制芯片、64M外置flash和时钟芯片供电输入端电连接，进一步的，LCD背光显示屏为12864液晶屏，Atmega64控制芯片和LCD背光显示屏之间连接有D/A转换器，本实用新型的一种风速传感采集仪应用机电一体化技术、计算机程控技术、电子技术、无线控制技术、网络传输技术，完全实现检测过程全自动化，在全路属首发产品，技术含量高，性能稳定可靠，现场检修运用性强，机车冷却风速自动检测装置采用低压工作电源供电(DC12V)，整体选用抗震防腐蚀材料，具有抗腐蚀、抗冲击、防潮等特点，具备优异的抗干扰性能，人员在地面指定安全场所完成检测作业，无人员伤害危机，安全性高，机车冷却风速自动检测装置动态检测时，机车进入检测区，将会全自动完成整个检测过程，无需其他作业条件和人员，安全可靠，操作便利。

工作原理

当机车运行时，车载风速传感器实时采集风道风速信息，当机车经过路边的采集主机时，通过WIFI网络将风速信息、机车编码传到控制室电脑，存入数据库，并对风速超过合理值范围的机车报警提示，有效监控机车风道风速，发现问题及时处理，完善机车维护数据，提高监测效率，预防机车核心配件烧损，降低机车运用成本。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

主要技术指标或参数

额定电压：DC12V；

工作电压：DC12V；

外壳防护等级：IP65；

探头防护等级：IP20；

风速测量范围：0—30m/s；

风速传感器启动风速：0.8m/s；

检测精度：±5％FS；

工作温度：-20℃～+80℃；

相对湿度：0～100％。

技术性能

(一)有效性。

机车冷却风速自动检测装置是为确保机车冷却风速库内检测自动化，杜绝人工检测时存在的随意性和不精准的现象发生。利用无线传输技术、数模技术，实现机车冷却风速标准化的自动检测和自动记录。

(二)适应性。

通过适当改进可适用所有型号机车风机性能检测。

(三)符合性。

符合机车风机的库内自动检测，为机车风机的维修提供科学依据。

(四)技术创新点

1.通过全面分析机车冷却风速测量在目前检修检测中存在的问题，结合铁路总公司提出的安全风险管理体系的建设和风险源排查要求，在机车冷却风速变化对机车主要部件散热性能的影响所产生安全隐患方面进行预判和提前防范处理，设计规范的、高效全面的冷却风速自动检测装置。打破传统人工检测检修模式，变人工作业为自动检测，取消了作业者日里夜里、风里雨里、寒冬酷暑人工劳力，也降低了劳动人身安全风险，有效的预告了杨柳飞絮及灰尘堆积等对机车风道散热性能带来的的影响，在提高工作效率的同时也保证了机车出库质量。

2.改变原有的用手持便携式检测仪伸入风口原始的检测方式。机车冷却风速自动检测装置安装于机车风机滤网下方，利用风速传感器和数据处理等检测方式自动检测风道风速，并在机车返回整备检修时将机车运行中所采集的风速信息无线发送到地面检修平台。减少人工操作时数据零散丢失，填补了不能对比分析，数据管理不系统的空白，检测更为合理科学严谨，更有实用实效性。

3.机车冷却风速自动检测装置中的信号采集是通过车载数据记录仪在机车运行的过程中每隔一定时间段(时间可自行设定)所采集的风速信息，可实现对机车风机的全面监控。通过对后期数据的分析判断和处理，可及时发现机车风道所存在的安全隐患，达到故障排除的目的。

本装置的软件组成分为三个部分：PC机的人机界面、数据处理终端的中心处理单元的驱动软件、数据记录仪的处理单元的软件。

车载风速传感器技术参数

供电电压：12VDC；

测量范围：0-30m/s；

测量精度：±5％FS；

输出信号：RS485串口输出；

工作温度：-20℃～+80℃；

实现原理：热式恒温差原理；

协议：MODBUS；

外壳防护等级：IP65参考IEC 529–598/GB 700–86/GB 4208；

探头防护等级：IP20参考IEC 529–598/GB 700–86/GB 4208；

防火等级：V-0参考UL94；

电磁兼容：参考GB/T 13926，EN61000-6-2，EN61000-6-3。

485接线定义:

1口，POW与电源正极连接。

2口，COM与电源负极连接。

3口，为485端口A。

4口，为485端口B。

数据记录仪技术参数

供电电压：110VDC或12VDC(内置110VDC—12VDC电源适配器)；

功率：≤1W；

显示：LCD显示屏带背光，64×128点阵，中文显示；

接口方式：RS485；

通讯：USB口1个，RS232口2个，RS485口2个；

通讯协议：modbus RTU协议；

工作温度：-20℃～+80℃。

无线模块技术参数

标准IEEE802.11b/g/n；

发射功率802.11b:+18dBm(@11Mbps)；802.11g:+17dBm(@54Mbps)；

802.11n:+15dBm(@HT20,MCS7)；

接收灵敏度802.11b:-85dBm(@11Mbps，CCK)；802.11g:-70；

dBm(@54Mbps，OFDM)；802.11n:-68dBm(@HT20，MCS7)；

数据接口UART或RS485；

工作电流STA:平均32mA峰值196mA@3.3V；

工作温度-20℃～+80℃；

网络协议IPv4,TCP/UDP。

数据处理终端技术参数

处理器主频>＝2GHzCPU；

显示屏彩色屏幕，不小于1024*768像素，不小于22寸；

触摸屏无；

数据接口2个以上USB3.0、RJ45、串口；

内存>2GB RAM；

硬盘>300GB；

工作温度-20℃—+50℃(高寒地区室外-40℃)；

外围输入设备键盘、鼠标；

储存温度-30℃—+70℃；

防尘防水IP66。

机车冷却风速自动检测装置由车载风速传感器、数据采集仪、数据处理终端三部分组成。车载风速传感器实现将机车冷却风速转化为数字信号。数据记录仪实现对风速传感器所输出的信号进行采集、实时数据显示、数据储存及无线发送。数据处理终端接收并处理数据记录仪传输的数据，判断入库机车冷却风道散热性能，完整记录冷却风速自动检测装置检测的数据和机车冷却风道散热性能状态，并对异常机车进行报警提示。机车冷却风速自动检测装置中的数据记录仪，可实现对机车冷却风速信息进行全程的采集，自动全面记录检测作业结果，运用无线传输技术在通过地面接收基站时将检测过程中的数据传输到地面主机，实现对机车冷却风速数据的无线传输。机车冷却风速自动检测装置可广泛应用于库内机车冷却风道散热性能的监测，作为判断机车冷却散热性能的依据，为检修者提供测试记录，确保上线机车冷却散热性能良好。

机车冷却风速自动检测装置主要研究的内容是：设计开模制造风道风速测量装置传感器、风速测量模块和WIFI模块接口通讯功能以及车载数据记录模块、机车WIFI模块与段内无线路由器快速通讯、计算机软件的通讯接口及数据库保存和查询、计累测理数据，用大数据方法科学提前判断可能出现的机车散热性能问题并提前预防性检修；通过车载风速传感器采集机车冷却风速信息，并储存在数据记录仪中，在机车到达检测区域时将采集的所有数据通过无线的方式发送给数据处理终端，由数据处理终端来诊断机车冷却风道是否存在故障，将诊断结果直观地显示在显示屏幕上。