軌距尺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?/h1>
2017-05-20 01:39謝嘉誠余朝剛劉以聲袁鳳梅王江楠
科技視界 2017年3期
謝嘉誠 余朝剛 劉以聲 袁鳳梅 王江楠
【摘 要】目的是在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動互聯(lián)時(shí)代基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)工具進(jìn)行智能化、網(wǎng)絡(luò)化相結(jié)合的改進(jìn)升級。本項(xiàng)目是在傳統(tǒng)嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)上融入藍(lán)牙無線傳輸?shù)刃滦图夹g(shù)，通過Arduino Bluno單片機(jī)等將檢測的軌距、超高、間照等實(shí)際數(shù)據(jù)通過無線傳輸途徑發(fā)送至終端設(shè)備，通過對數(shù)據(jù)的處理達(dá)到對軌道的測量，從而實(shí)現(xiàn)軌道尺的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的創(chuàng)新，提高軌道檢測尺的智能化程度。要求實(shí)現(xiàn)連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，使得測量效率得以提高。
【關(guān)鍵詞】軌距尺；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；藍(lán)牙無線傳輸；Arduino Bluno單片機(jī)
0 引言
隨著普通列車的提速和高速列車的開行，我們對軌道的質(zhì)量有著越來越高的要求。為了更加準(zhǔn)確、高效地測量高速鐵路的幾何尺寸，我們需要研制出一種可以全面滿足實(shí)際需求的網(wǎng)絡(luò)軌距尺。我們把軌距尺當(dāng)作傳感器使用，通過引入手持終端，實(shí)現(xiàn)了軌距尺與PC端的連接，進(jìn)而達(dá)到我們要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和全面化處理的目的。測量者可以根據(jù)反饋信息一目了然地發(fā)現(xiàn)問題所在并進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)，極大地提高了工作效率，保證了鐵路線路的穩(wěn)定性。該項(xiàng)技術(shù)不僅簡化了數(shù)據(jù)收集的步驟，而且節(jié)約了數(shù)據(jù)處理時(shí)間。這是軌距尺實(shí)現(xiàn)智能化的一項(xiàng)創(chuàng)新，達(dá)到了部頒1級軌距尺的規(guī)程要求，滿足了高速鐵路軌道線路的檢測需求。
1 總體設(shè)計(jì)方案
網(wǎng)絡(luò)軌距尺具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新等功能，因此在硬件設(shè)計(jì)中需包含主體、Arduino Bluno單片機(jī)、電阻位移傳感器、藍(lán)牙模塊、顯示模塊等，組成框圖如圖1所示。
2 硬件結(jié)構(gòu)
2.1 軌距尺結(jié)構(gòu)
主體由直徑15mm的碳纖維管和帶有管夾功能的金屬件構(gòu)成，金屬件用于兩端的固定，傳感器支座固定，單片機(jī)及顯示模塊支座以及把手。在兩端固定的金屬件上使用由電木板制作的測量限位零件，傳感器支座使用電木板制作。
測量原理：測量使用MIRAN米朗高精度KTR-75mm彈簧自恢復(fù)直線位移傳感，由Arduino單片機(jī)采集電壓值并計(jì)算為傳感器金屬桿的位移量，與軌距尺初始長度相加之后得到軌距測量值。
2.2 單片機(jī)模塊 藍(lán)牙模塊
本軌距尺使用的是Arduino Bluno系列單片機(jī)，擁有藍(lán)牙傳輸功能，與藍(lán)牙設(shè)備配對即可傳輸數(shù)據(jù)，使用有藍(lán)牙功能的安卓手機(jī)并安裝為本軌距尺開發(fā)的應(yīng)用程序即可接收數(shù)據(jù)并儲存整理數(shù)據(jù)。
2.3 顯示模塊
使用128*64oled顯示屏，通過SPI協(xié)議與單片機(jī)連接。
2.4 電阻位移傳感器
采用KTR自恢復(fù)式位移傳感器，對位移和長度進(jìn)行直接測量，輸出直流電壓信號。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要完成測量軌距長度以及實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的功能，具體流程圖如圖2所示。當(dāng)電阻位移傳感器檢測到軌距為全長時(shí)，它會等待測量完成并用最小電壓值計(jì)算長度。如果不是全長，那就直接讀取電壓值，計(jì)算長度。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.1 操作界面
切換按鍵可切換使用模式；測量按鍵可觸發(fā)相應(yīng)模式下的測量；長按切換鍵可清零編號計(jì)數(shù)器。
4.2 靜止測量
使用mode1時(shí)，軌距尺移動端（傳感器端）先放下，壓縮傳感器后放下固定端，固定端靠攏鋼軌，自復(fù)式傳感器將自動伸長。兩端均與鋼軌緊貼后按下測量鍵即可測得數(shù)值并傳輸至移動設(shè)備。
4.3 活動測量
使用mode1時(shí)，傳感器在自然長度下，軌距尺斜放在鋼軌間，固定端不動，通過轉(zhuǎn)動軌距尺滑動移動端使軌距尺旋轉(zhuǎn)并達(dá)到最大壓縮量后繼續(xù)伸長至自然長度，單片機(jī)會自動判斷開始位置及結(jié)束位置，取最小值即為軌距尺垂直于鋼軌時(shí)測得的長度。（相比靜止測量耗時(shí)稍長，但能確保軌距尺垂直鋼軌，減少操作造成的誤差）。
4.4 持續(xù)測量
使用mode2時(shí)，軌距尺持續(xù)測量長度，按下測量鍵傳輸當(dāng)前數(shù)據(jù)。
5 結(jié)語展望
網(wǎng)絡(luò)軌距尺的開發(fā)可以為自動化調(diào)整設(shè)備奠定基礎(chǔ)，軌距尺作為一種傳感器，使用更加方便了，也提高精調(diào)工作效率?，F(xiàn)有的軌距調(diào)整方法對一段鋼軌的調(diào)整需要至少三個(gè)工人運(yùn)用多種工具，從測量到完成調(diào)整需要很長時(shí)間。如果遇到緊急維修很可能會面臨通宵工作也趕不上。我們在現(xiàn)有數(shù)字式軌距尺的基礎(chǔ)上增加數(shù)據(jù)傳輸功能以及自動測量的電機(jī)驅(qū)動支持，將測得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)分析平臺以及軌距調(diào)整設(shè)備，工作人員只需要在手機(jī)上下載一個(gè)app便能測量，這個(gè)app目前是一個(gè)測試用的軟件，已經(jīng)能達(dá)到預(yù)期的效果。軌距尺具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新等功能，并且能不受環(huán)境，外力，濕度等因素的影響，使得測量效率大大提高。
【參考文獻(xiàn)】
[1]馮克立.軌距尺的智能化與創(chuàng)新[C].第十五屆粵、京、港、滬鐵道學(xué)會學(xué)術(shù)年會.第八屆世界軌道交通發(fā)展研究會年會，2011.10.
[2]陳軍蘭，殷位洋.軌距尺在地鐵軌道測量中的應(yīng)用與維護(hù)[J].江蘇省計(jì)量測試學(xué)術(shù)論文集（2007）.
[3]俞炳杰，胡雄偉.SGC-0型數(shù)顯式軌距尺的研制[J].上海鐵道科技，2011（3）.
[4]張敏哲.軌距尺電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)分析[J].上海鐵道科技，2011（4）.
[責(zé)任編輯：朱麗娜]
謝嘉誠 余朝剛 劉以聲 袁鳳梅 王江楠
【摘 要】目的是在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動互聯(lián)時(shí)代基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)工具進(jìn)行智能化、網(wǎng)絡(luò)化相結(jié)合的改進(jìn)升級。本項(xiàng)目是在傳統(tǒng)嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)上融入藍(lán)牙無線傳輸?shù)刃滦图夹g(shù)，通過Arduino Bluno單片機(jī)等將檢測的軌距、超高、間照等實(shí)際數(shù)據(jù)通過無線傳輸途徑發(fā)送至終端設(shè)備，通過對數(shù)據(jù)的處理達(dá)到對軌道的測量，從而實(shí)現(xiàn)軌道尺的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的創(chuàng)新，提高軌道檢測尺的智能化程度。要求實(shí)現(xiàn)連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，使得測量效率得以提高。
【關(guān)鍵詞】軌距尺；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；藍(lán)牙無線傳輸；Arduino Bluno單片機(jī)
0 引言
隨著普通列車的提速和高速列車的開行，我們對軌道的質(zhì)量有著越來越高的要求。為了更加準(zhǔn)確、高效地測量高速鐵路的幾何尺寸，我們需要研制出一種可以全面滿足實(shí)際需求的網(wǎng)絡(luò)軌距尺。我們把軌距尺當(dāng)作傳感器使用，通過引入手持終端，實(shí)現(xiàn)了軌距尺與PC端的連接，進(jìn)而達(dá)到我們要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和全面化處理的目的。測量者可以根據(jù)反饋信息一目了然地發(fā)現(xiàn)問題所在并進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)，極大地提高了工作效率，保證了鐵路線路的穩(wěn)定性。該項(xiàng)技術(shù)不僅簡化了數(shù)據(jù)收集的步驟，而且節(jié)約了數(shù)據(jù)處理時(shí)間。這是軌距尺實(shí)現(xiàn)智能化的一項(xiàng)創(chuàng)新，達(dá)到了部頒1級軌距尺的規(guī)程要求，滿足了高速鐵路軌道線路的檢測需求。
1 總體設(shè)計(jì)方案
網(wǎng)絡(luò)軌距尺具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新等功能，因此在硬件設(shè)計(jì)中需包含主體、Arduino Bluno單片機(jī)、電阻位移傳感器、藍(lán)牙模塊、顯示模塊等，組成框圖如圖1所示。
2 硬件結(jié)構(gòu)
2.1 軌距尺結(jié)構(gòu)
主體由直徑15mm的碳纖維管和帶有管夾功能的金屬件構(gòu)成，金屬件用于兩端的固定，傳感器支座固定，單片機(jī)及顯示模塊支座以及把手。在兩端固定的金屬件上使用由電木板制作的測量限位零件，傳感器支座使用電木板制作。
測量原理：測量使用MIRAN米朗高精度KTR-75mm彈簧自恢復(fù)直線位移傳感，由Arduino單片機(jī)采集電壓值并計(jì)算為傳感器金屬桿的位移量，與軌距尺初始長度相加之后得到軌距測量值。
2.2 單片機(jī)模塊 藍(lán)牙模塊
本軌距尺使用的是Arduino Bluno系列單片機(jī)，擁有藍(lán)牙傳輸功能，與藍(lán)牙設(shè)備配對即可傳輸數(shù)據(jù)，使用有藍(lán)牙功能的安卓手機(jī)并安裝為本軌距尺開發(fā)的應(yīng)用程序即可接收數(shù)據(jù)并儲存整理數(shù)據(jù)。
2.3 顯示模塊
使用128*64oled顯示屏，通過SPI協(xié)議與單片機(jī)連接。
2.4 電阻位移傳感器
采用KTR自恢復(fù)式位移傳感器，對位移和長度進(jìn)行直接測量，輸出直流電壓信號。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要完成測量軌距長度以及實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的功能，具體流程圖如圖2所示。當(dāng)電阻位移傳感器檢測到軌距為全長時(shí)，它會等待測量完成并用最小電壓值計(jì)算長度。如果不是全長，那就直接讀取電壓值，計(jì)算長度。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.1 操作界面
切換按鍵可切換使用模式；測量按鍵可觸發(fā)相應(yīng)模式下的測量；長按切換鍵可清零編號計(jì)數(shù)器。
4.2 靜止測量
使用mode1時(shí)，軌距尺移動端（傳感器端）先放下，壓縮傳感器后放下固定端，固定端靠攏鋼軌，自復(fù)式傳感器將自動伸長。兩端均與鋼軌緊貼后按下測量鍵即可測得數(shù)值并傳輸至移動設(shè)備。
4.3 活動測量
使用mode1時(shí)，傳感器在自然長度下，軌距尺斜放在鋼軌間，固定端不動，通過轉(zhuǎn)動軌距尺滑動移動端使軌距尺旋轉(zhuǎn)并達(dá)到最大壓縮量后繼續(xù)伸長至自然長度，單片機(jī)會自動判斷開始位置及結(jié)束位置，取最小值即為軌距尺垂直于鋼軌時(shí)測得的長度。（相比靜止測量耗時(shí)稍長，但能確保軌距尺垂直鋼軌，減少操作造成的誤差）。
4.4 持續(xù)測量
使用mode2時(shí)，軌距尺持續(xù)測量長度，按下測量鍵傳輸當(dāng)前數(shù)據(jù)。
5 結(jié)語展望
網(wǎng)絡(luò)軌距尺的開發(fā)可以為自動化調(diào)整設(shè)備奠定基礎(chǔ)，軌距尺作為一種傳感器，使用更加方便了，也提高精調(diào)工作效率?，F(xiàn)有的軌距調(diào)整方法對一段鋼軌的調(diào)整需要至少三個(gè)工人運(yùn)用多種工具，從測量到完成調(diào)整需要很長時(shí)間。如果遇到緊急維修很可能會面臨通宵工作也趕不上。我們在現(xiàn)有數(shù)字式軌距尺的基礎(chǔ)上增加數(shù)據(jù)傳輸功能以及自動測量的電機(jī)驅(qū)動支持，將測得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)分析平臺以及軌距調(diào)整設(shè)備，工作人員只需要在手機(jī)上下載一個(gè)app便能測量，這個(gè)app目前是一個(gè)測試用的軟件，已經(jīng)能達(dá)到預(yù)期的效果。軌距尺具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新等功能，并且能不受環(huán)境，外力，濕度等因素的影響，使得測量效率大大提高。
【參考文獻(xiàn)】
[1]馮克立.軌距尺的智能化與創(chuàng)新[C].第十五屆粵、京、港、滬鐵道學(xué)會學(xué)術(shù)年會.第八屆世界軌道交通發(fā)展研究會年會，2011.10.
[2]陳軍蘭，殷位洋.軌距尺在地鐵軌道測量中的應(yīng)用與維護(hù)[J].江蘇省計(jì)量測試學(xué)術(shù)論文集（2007）.
[3]俞炳杰，胡雄偉.SGC-0型數(shù)顯式軌距尺的研制[J].上海鐵道科技，2011（3）.
[4]張敏哲.軌距尺電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)分析[J].上海鐵道科技，2011（4）.
[責(zé)任編輯：朱麗娜]
