基于单片机的接触网激光测距系统的研究与设计
基于单片机的接触网激光测距系统的研究与设计
作者:杨喆;孔凡昌;王保民
接触网是沿电气化铁路上方架设的特殊形式的供 电线路,接触网作为牵引供电的主体,其状态的好坏直 接影响电力机车的受流质量。所以,接触网几何参数的 准确测最对电气化铁路的发展至关重要。本文通过对现 有接触网几何参数检测方法的了解,针对目前现场测试 中的不足,研究出了利用单片机STC89C52来控制激光测距传感器与角度传感器的采样,并将采样数据自动计算 并经由显示告知测试者的一种精度准确、携带方便的接 触网几何参数检测系统。系统为了操作者方便测试,提 供的测试方案是通过键盘及显示屏操作激光测距系统 的参数测试模式,即将仪器置千铁轨上方,通过键盘进行开启系统,通过显示屏提示进行不同项目的测最。在日常维护的测量中,测量数据能够应用于静态的维护检 修。在接触网架线时还可以进行空间定位,以便为接触 网的架线提供出更准确和可靠的数据,为电力机车能够 准确可靠的运行提供良好的基础。
1、接触网检测系统的整体设计
便携式接触网激光测距系统是用于电气化铁道接触网几何参数测量的专用仪器,主要由高精度激光测距仪、角度传感器和高性能的单片机控制系统组成。本系统中设计是以STC89C52位主体芯片的单片机控制系统。系统改的开关量输入信号为4X5的矩阵键盘,其中包括测试中需要操作的测试项及菜单项;模拟量输入信号为角度信号和距离信号。系统的输出为1602字符的液晶显示屏。系统的通讯通过RS232的串行接口实现激光位移传感器的采样距离,通过蓝牙通讯来完成账上电脑的测试操作和数据显示。
2 接触网激光测距系统机械结构设计
激光测距传感器和角度传感器采用同轴安装的方式,当测头移动时,角度传感器跟随一起转过相同的角度。液晶显示系统和键盘安置于测试仪器外侧,单片机控制板安装在测距仪内部。测量仪的主体部分由以下几部分组成:激光测头、液晶显示器、矩阵式独立式键盘、可充电供电池、手柄、支架、底座等。仪器的主体部分组装图如图2所示,此部分为测距仪的主要组成部分是整个测量系统的核心。除了主体部分外,标尺部分也是测距系统不可或缺的部分,其主要由固定支架、轨距测量刻度尺、测距仪放支座、提拉手柄、移动滑块等部分组成,如图3所示。在中间位置加提拉手柄是为了移动方便,将仪器放置在轨道上方,将固定支架至于轨道内侧,通过移动滑块来确定内轨距。在测试时将仪器安放在标尺上,并旋紧固定。整个仪器制作时经过了防水防尘处理,可以满足全天候作业要求。同时经过振动台和校准台处理仪器,保证仪器的测试准确性和可靠稳定性。
3 系统软件设计 .
①单片机测试部分软件设计。单片机软件程序的编写采用了汇编语言。编程中采用了Keil C51软件平台,它集编辑、编译、仿真于一体,支持汇编、PLM语言和c语言的程序设计,界面友好。
通过软件的运行可以对单片机的整个系统进行初始化,对整个系统及试件进行自动保护和复位。单片机主程序结构图如图4所示。主程序“MAIN”包括初始化程序“INIT”、定时中断服务子程序“TIM1”、延时子程序“ELAY”等。主程序是一个顺序执行的无限循环程序。主程序开始时,先进行系统参数初始化,然后是一个喂狗死循环,当没有中断脉冲信号时,就一直执行这个死循环程序,当中断脉冲信号来临时,则程序转去执行相应的中断服务程序。
@PDA~JJ试部分软件设计。接触网激光测距系统的掌上电脑软件部分为操作者提供了必要的人机对话窗口,主要通过蓝牙通讯,达到一定距离内操作仪器进行参数测试并对测试数据进行操作管理。软件的设计力求界面美观清晰、功能完善、操作方便灵活,试验结果输出及时准确、实时、直观,便于现场操作人员学习和掌握。在软件设计的过程中,主要考虑了掌上电脑与操作仪器的配合使用,以及数据的采集处理、试验结果查询等问题。综合考虑检测系统集蓝牙通讯技术、数据存储技术、动态图形处理技术以及报表生成技术于一体,同时还具备整体系统的便携式要求。所以,本检测系统以内置Windows CE5.0操作系统的掌上电脑作为上位机,编程语言采用Visual Studio 2005平下的C#语言,编写的程序具有安全性和语言互操作性方面的特点。
系统软件可归结为六大模块,即系统登录模块、用户管理模块、通讯模块、数据采集与处理模块、参数显示模块、试验数据存储与管理模块。系统软件具有良好的开放性和扩展性,人机界面友好,用户操作简单方便,数据访问准确可靠、实时显示,图谱分析具有良好的视觉效果。
数据处理与显示模块是检测系统通过掌上电脑测试中最重要的模块之一,主要是数据蓝牙通讯、接触网各个特征参数的显示、数据存储以及操作控制。
进入主测试界面后,拨通电源开关,点击连接设备,打开蓝牙与外部接入仪器的通道,此时通道指示灯亮起,设置区间/站、隧道名称、始杆号、结束杆号后,选择测试项目,测试数据栏将自动跳出所选测试项目的必要测试数据。点击瞄准后开始测试,测试结束后可以点击保存测试数据。
4 系统的测试方法
4.1 500 mm处高差测量
500 mm处高差测量步骤如下:
①将仪器按图7(a)所示的方式放置于“500 mm处”下方的任意一对钢轨上;
②正常测量状态下按下“500mm”键,进入500ITIITI出高差测量模式;
③仪器提示“请测量第一点”,瞄准第一条接触线按下“测量”键;
④仪器提示“请测量第二点”,瞄准第二条接触线按下“测量”键,即可显示结果。
⑤ 如果显示屏显示的线距数值接近500 mm时按“确认”键完成测量。
4.2 非支测量
非支测量步骤如下:
①将仪器按图8(a)所示的方式放置于“承力索”下方的任意一对钢轨上;
②正常测量状态下按下键盘上“非支”键;
③仪器提示“请先测量工作支”,瞄准工作支后,按下“测量”键;
④仪器提示“请测量非支”,瞄准非支后,按下“测量”键;
⑤按下“确认”键即可显示结果。
5 结语
基于AT89C52单片机为控制核心的接触网激光测距仪,已完成调试,并投入现场使用。测距仪的操作具有方便良好的人机界面,用户可以预先设定账户管理及查询密码。操作通用性好、性能稳定、可靠性好,使用简单。具有成本低、体积小、自动化程度高等优点,能节省大量的人力、物力、财力,创造了良好的经济效益。
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