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铁轨检测车数据采集硬件电路的设计与实现
| 论文题名： | 铁轨检测车数据采集硬件电路的设计与实现 |
| 关键词： | 传感器;光电编码器;倍频电路;电路设计;铁轨检测车;数据采集 |
| 摘要： | 随着我国经济的不断发展，科技的不断进步，现代化程度的不断提高，铁路建设事业也进入了一个飞速发展的“黄金时期”，铁轨检测车是铁路修建、铁路养护等工程项目建设中一个非常重要的检测设备。高精度，多功能，低成本，使用方便灵活的铁轨检测车一直以来就是铁路建设部门的梦想。应铁路部门的要求，从以上角度考虑我们机器人实验室开始了这个项目研发里程。硬件电路作为整个设计过程中重要的一环，有着极其重要的理论和现实意义。 在参考了国内外许多文献以后，以及联系工程的现状，最后决定采用以光电编码器，光栅测量尺为主要传感器的测量系统。这样不仅可以在测量精度上能够满足工程实际的需要，而且比起激光测量、陀螺仪测量、红外线测量等测量方法，成本低、工作效率高，而且系统稳定、可靠。整个测量系统的特点如下： (1)机构设计上采用前后两辆检测小车，它们之间通过三自由度的回转连接杆连接。传感器安装在后面的测量小车上，前面的小车直接与被测铁轨的测量点直接接触是“被测小车”。装在后面测量小车上的传感器与前面被测小车的测量点之间是静态接触，基本不会发生与检测铁轨的滑动摩擦，因此基本上可以与非接触式测量相媲美。 (2)本测量系统所使用的光电编码器和光栅测量尺是基于光栅测量原理基础上的传感器，是用数字脉冲信号来标定旋转角度或者位移的高精度传感器。通过我们自己设计的上4倍频电路以后，测量精度进一步提高，可以达到5um以上，是不采用倍频电路时的四倍，而且可靠性相对较高，成本低。 (3)测量数据上采用一次测量六个原始数据，这样多的数据量便于以后的分析计算，通过计算可以得到轨向，两轨面高度差，轨距等参数。从而能够在最大限度的基础上的减少随机误差，真实的反映铁轨参数。 (4)以单片机和笔记本电脑为核心的硬件电路设计。以单片机为核心的嵌入式低层电路负责数据的实时采集和锁存。然后由单片机的USART异步通讯模块，通过异步传输方式将数据通过计算机的R-232串口上传到上位PC。由上位机机负责复杂的数据计算处理，给出计算结果。这样就把单片机的功耗低，硬件计数电路实时性好，上位机计算能力强等优点综合应用到了一起。上位机使用普通的笔记本电脑，与以往工控机相比，省去了电源托线的麻烦，而且体积小，重量轻，使用更加灵活轻便。 (5)采用硬件倍频，鉴向，计数，最大记录数据信号频率为4MHz/s。不仅能够实时检测实时记录，而且能实时给出计算结果。并且实现多路数据同时锁存，分时处理最大限度的减少了误差。 |
| 作者： | 武学春 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 李元宗 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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