專利名稱：一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
道岔作為輪軌交通的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)用安全是保障列車運(yùn)行安全的重要環(huán)節(jié)，因此自電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)上道以來(lái)，其安全狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，尤其是表示桿動(dòng)作精確定位一直成為科研工程技術(shù)人員研究開發(fā)的熱點(diǎn)。由于現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境和轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)的空間有限，不僅存在傳感參數(shù)選取、如何實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)的問(wèn)題，更存在現(xiàn)場(chǎng)安裝要求不破損原有結(jié)構(gòu)、防盜、防撞、防雨雪等問(wèn)題；而缺乏給傳感器和采集終端供電的遠(yuǎn)端電源，更增加了問(wèn)題的難度；加上缺乏傳輸信道，現(xiàn)有信號(hào)電纜不僅線對(duì)有限，而且傳輸性能差，給實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程組網(wǎng)自動(dòng)檢測(cè)造成困難。因此，雖有眾多路內(nèi)外單位進(jìn)行長(zhǎng)期艱苦的研究開發(fā)工作，但距離研制出可靠實(shí)用的道岔表示桿動(dòng)作狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)仍有較大差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)之缺點(diǎn)，而提供一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，可靠實(shí)用的表示桿動(dòng)作精確定位及在線監(jiān)測(cè)問(wèn)題的解決方法和系統(tǒng)，定位精度達(dá)到0.03mm，最多可同時(shí)監(jiān)測(cè)40個(gè)道岔設(shè)備的表示桿動(dòng)作狀態(tài)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，有主機(jī)、轉(zhuǎn)發(fā)器、多套或至少2套嵌入式終端(遠(yuǎn)端)、圖像采集設(shè)備、溫度傳感器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、表示桿，利用一對(duì)信號(hào)電纜連接組網(wǎng)。圖像采集設(shè)備采用CMOS、CCD的數(shù)字?jǐn)z像頭或成像光纖，通過(guò)USB傳輸圖像數(shù)據(jù)。圖像采集設(shè)備和溫度傳感器被安裝于傳感器盒內(nèi)，整個(gè)傳感器盒固定于轉(zhuǎn)轍機(jī)的側(cè)壁上，用于采集表示桿上的標(biāo)記圖像，攝像頭和溫度傳感器適用于多種型號(hào)的轉(zhuǎn)轍機(jī)。表示桿位于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部，表示桿缺口檢測(cè)方法需要在表示桿上刻兩個(gè)檢測(cè)標(biāo)記定位檢測(cè)標(biāo)記和反位檢測(cè)標(biāo)記。
一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括表示桿精確定位方法，表示桿缺口監(jiān)測(cè)方法。
1、表示桿缺口的精確定位方法；步驟如下表示桿位于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部，在表示桿上刻了兩個(gè)檢測(cè)標(biāo)記用于定位檢測(cè)和反位檢測(cè)，將待檢測(cè)的表示桿缺口狀態(tài)平移到便于安裝傳感器的位置來(lái)進(jìn)行采集，當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安裝并調(diào)試達(dá)標(biāo)后，通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像頭記錄下此時(shí)標(biāo)記的位置；當(dāng)?shù)啦韯?dòng)作后，表示桿缺口的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生微小的變化，這時(shí)檢測(cè)標(biāo)記的位置也會(huì)發(fā)生等量的微小變化，再記錄下此時(shí)的標(biāo)記位置，將兩者作比較，便可得到缺口在這次道岔動(dòng)作后的偏移量ΔL，在計(jì)算時(shí)，利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像來(lái)輔助計(jì)算，w原始標(biāo)記的實(shí)際寬度，單位mm；w’采集到的圖像中標(biāo)記寬度，以象素為單位；w’/w縮放比例，代表每個(gè)象素代表的實(shí)際寬度，則 2、表示桿缺口監(jiān)測(cè)方法；步驟如下缺口檢測(cè)主機(jī)收集、顯示、存儲(chǔ)道岔表示桿缺口數(shù)據(jù)，將表示桿缺口數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線向微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、表示桿缺口數(shù)據(jù)采集方案受轉(zhuǎn)轍機(jī)型號(hào)的影響小，具有較強(qiáng)的通用性。
2、采用數(shù)字?jǐn)z像頭采集數(shù)據(jù)，抗干擾性能好，檢測(cè)精度高，可以達(dá)到0.03mm，并可隨攝像頭象素?cái)?shù)的增加而提高。
3、利用嵌入式系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，現(xiàn)場(chǎng)處理數(shù)據(jù)，提取出最終參數(shù)傳給信號(hào)樓檢測(cè)主機(jī)，大大減小了通信數(shù)據(jù)量和提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
4、采用電力載波方式通信，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端饋電及數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重功能；FSK調(diào)制方式，抗干擾性能好；穩(wěn)定的通信速率為9.6kbps；通信距離遠(yuǎn)，可以達(dá)到7km。
5、自行設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)潔、完善的通信協(xié)議，具備超時(shí)重傳，檢錯(cuò)重發(fā)等功能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 6、設(shè)計(jì)了±1.5mm超標(biāo)報(bào)警，并能同時(shí)將表示桿實(shí)際圖像上傳、顯示，以供維修人員參考分析。
7、采用中值濾波等多種手段，濾除粗大數(shù)據(jù)，避開列車壓軌和道岔動(dòng)作過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集，減小誤報(bào)。
8、嵌入式遠(yuǎn)端系統(tǒng)軟件具備多重容錯(cuò)恢復(fù)能力，并且利用硬件看門狗監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行，具有完善的自恢復(fù)能力，保證系統(tǒng)在各種錯(cuò)誤與外界干擾下都能長(zhǎng)期運(yùn)行。
9、電動(dòng)轉(zhuǎn)撤機(jī)日常維修調(diào)整動(dòng)程時(shí)，僅需按一次復(fù)位鈕即可同步更新本系統(tǒng)的參考數(shù)據(jù)，基本上實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。
10、缺口檢測(cè)主機(jī)提供多種形式的可視化界面，具有包括曲線、列表、日志等多種報(bào)表輸出手段。


圖1 表示桿檢測(cè)標(biāo)記圖示圖2 標(biāo)記計(jì)算圖示圖3 缺口檢測(cè)圖像計(jì)算流程4 表示桿標(biāo)記原始圖像圖5 表示桿缺口檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成6 嵌入式遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖7 信號(hào)電纜分叉示意8 光纖成像及其處理結(jié)果圖9 普通攝像頭成像及其處理結(jié)果圖10 CAN總線傳輸幀結(jié)構(gòu)圖11 嵌入式遠(yuǎn)端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12 自定制通信協(xié)議幀示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行進(jìn)一步描述如下一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括表示桿精確定位方法，表示桿缺口監(jiān)測(cè)方法，1、表示桿精確定位方法，步驟如下如圖1表示桿檢測(cè)標(biāo)記圖示，表示桿位于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部，在表示桿上刻了兩個(gè)檢測(cè)標(biāo)記用于定位檢測(cè)和反位檢測(cè)，將待檢測(cè)的表示桿缺口狀態(tài)平移到便于安裝傳感器的位置來(lái)進(jìn)行采集，如圖4所示，左為定位標(biāo)記；右為反位標(biāo)記。當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安裝并調(diào)試達(dá)標(biāo)后，說(shuō)明表示桿缺口這時(shí)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像頭記錄下此時(shí)標(biāo)記的位置(稱為標(biāo)準(zhǔn)位置)；當(dāng)?shù)啦韯?dòng)作后，表示桿缺口的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生微小的變化，這時(shí)檢測(cè)標(biāo)記的位置也會(huì)發(fā)生等量的微小變化，再記錄下此時(shí)的標(biāo)記位置(稱為改變后的位置)，將兩者作比較，便可得到缺口在這次道岔動(dòng)作后的偏移量ΔL。ΔL的值可以通過(guò)比較初始標(biāo)記的位置與當(dāng)前標(biāo)記的位置來(lái)得到。但實(shí)際上，缺口的實(shí)際偏移和攝像頭與表示桿的距離及拍照角度有關(guān)。如圖2標(biāo)記計(jì)算圖示，在計(jì)算時(shí)，利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像來(lái)輔助計(jì)算，w原始標(biāo)記的實(shí)際寬度2.4mm；w’采集到的標(biāo)記寬度，以象素為單位；w’/w縮放比例，代表每個(gè)象素代表的實(shí)際寬度，則 為了獲取缺口標(biāo)記圖像的w’和ΔL，設(shè)計(jì)了圖像處理算法。算法流程如圖3所示?；趯?duì)嵌入式終端處理能力和存儲(chǔ)空間限制的考慮，算法首先對(duì)獲取的原始圖像進(jìn)行顏色變換，把RGB24真彩圖像轉(zhuǎn)換為占用空間較小的8bit灰度圖；然后，使用形態(tài)濾波方法去噪，根據(jù)圖像的整體亮度與對(duì)比度的狀況，利用圖像的灰度直方圖自適應(yīng)獲取二值化的閥值；之后，利用獲取的閥值對(duì)灰度圖進(jìn)行二值化，把標(biāo)記從背景中提取出來(lái)，二值化后的圖像如圖8、9所示，其中圖8、9左側(cè)為原始圖像，右側(cè)為二值化后的圖像。為了能精確的提取二值化圖像中標(biāo)尺的位置信息，同時(shí)考慮到算法的魯棒性和抗噪聲能力，采用Radon變換，把二維的圖像數(shù)據(jù)投影到一維空間進(jìn)行處理，圖4中位于標(biāo)記邊緣的平行線就是Radon變換后獲得的標(biāo)尺邊緣位置信息。如果以圖像左下角為原點(diǎn)，圖像水平和垂直兩個(gè)方向?yàn)闄M、縱軸構(gòu)成坐標(biāo)系，則可以用S1’、S2’表示每根線的縱坐標(biāo)，如果用S1、S2表示缺口處于標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)的標(biāo)尺邊緣位置的縱坐標(biāo)，則w’＝abs(S1’-S2’)ΔL＝(S1’-S1)+(S2’-S2)2、表示桿缺口監(jiān)測(cè)方法，步驟如下缺口檢測(cè)主機(jī)上運(yùn)行有主機(jī)端軟件，配置了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，電力載波通信協(xié)議控制，道岔表示桿缺口數(shù)據(jù)的收集、顯示、存儲(chǔ)，以及手動(dòng)操作界面等功能；同時(shí)，它也是微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集機(jī)，負(fù)責(zé)將表示桿缺口數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線向微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送。嵌入式轉(zhuǎn)發(fā)器利用C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，配備有電力載波硬件模塊以及轉(zhuǎn)發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端交流饋電、通信協(xié)議的物理層轉(zhuǎn)換功能。
有可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，使用超時(shí)重發(fā)、檢錯(cuò)重傳等機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。有用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)控制的多種幀，保證缺口檢測(cè)主機(jī)能夠遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式遠(yuǎn)端的監(jiān)測(cè)與控制。
如圖5所示表示桿缺口檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，道岔表示桿缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中主機(jī)和轉(zhuǎn)發(fā)器放在信號(hào)樓內(nèi)，在現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)都部署嵌入式終端(遠(yuǎn)端)，利用一對(duì)信號(hào)電纜連接組網(wǎng)，并通過(guò)CAN總線接入了信號(hào)樓的微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
主機(jī)為主頻1G Hz的工控機(jī)，嵌入式終端包含了功能強(qiáng)大的以SA-1110為處理器的嵌入式系統(tǒng)，電力載波模塊，電力載波通信噪聲數(shù)據(jù)濾波模塊等。嵌入式終端的核心是seedling公司的Strong ARM SA-1110開發(fā)板，電力載波模塊使用的是成都科強(qiáng)公司的KQ-100載波通信模塊，最高速率可達(dá)9.6Kbps，由于KQ-100在沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)不間斷的接收雜波信號(hào)，產(chǎn)生的大量中斷信號(hào)對(duì)嵌入式資源造成極大浪費(fèi)，甚至影響正常程序的運(yùn)行，因此，設(shè)計(jì)了電力載波通信噪聲數(shù)據(jù)濾波模塊，利用幀結(jié)構(gòu)中的幀頭信息對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，把有用信息轉(zhuǎn)發(fā)給嵌入式終端，同時(shí)濾掉雜波。此模塊在C51單片機(jī)W77E58上實(shí)現(xiàn)，嵌入式終端結(jié)構(gòu)如圖11所示，Strong ARM SA-1110嵌入式系統(tǒng)通過(guò)RS232與C51單片機(jī)連接、通過(guò)USB接口與CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭連接，C51單片機(jī)與電力載波模塊通過(guò)RS232連接與溫度傳感器通過(guò)通用I/0連接，電力載波模塊連接信號(hào)電纜。
轉(zhuǎn)發(fā)器用W77E58單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，與主機(jī)端用串口連接，主要任務(wù)是完成主機(jī)和遠(yuǎn)端間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。從串口接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的幀，控制通信模塊KQ-100以調(diào)制的方式將幀發(fā)送到遠(yuǎn)端；控制KQ-100監(jiān)聽并接收遠(yuǎn)端發(fā)送過(guò)來(lái)的幀，并將KQ-100解調(diào)后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)。
由于嵌入式遠(yuǎn)端采用了強(qiáng)大的嵌入式處理新技術(shù)，應(yīng)用圖像處理算法提取標(biāo)記特征并進(jìn)行缺口偏差計(jì)算，向車站主機(jī)直接發(fā)送偏差信息，大大減少數(shù)據(jù)量，可以保證在5秒之內(nèi)便能完成一個(gè)遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)采集計(jì)算和傳送的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性能。嵌入式系統(tǒng)還具有圖像壓縮算法，需要時(shí)可在30秒內(nèi)利用有限的通信帶寬上傳壓縮后的實(shí)際圖像，供維修人員分析。
數(shù)據(jù)庫(kù)中主要存放的內(nèi)容為各個(gè)嵌入式遠(yuǎn)端的配置信息，表示桿缺口的標(biāo)準(zhǔn)位置，實(shí)時(shí)采集的缺口數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行日志等內(nèi)容。為了便于查看，還設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫(kù)查詢界面，以便方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)查找。
檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示可分為表格顯示和圖形顯示兩種。
表格顯示方式將所采集的數(shù)據(jù)以列表的形式顯示出來(lái)，根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)置查詢條件，這樣就可以過(guò)濾掉不關(guān)心的數(shù)據(jù)，只查看需要的數(shù)據(jù)。
圖形顯示將所采集的數(shù)據(jù)繪制曲線，并以圖形的方式顯示出來(lái)。這種方案非常直觀，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。圖形顯示又分為兩種歷史數(shù)據(jù)顯示和即時(shí)數(shù)據(jù)顯示。歷史數(shù)據(jù)顯示是從數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，并繪制成曲線圖，歷史數(shù)據(jù)顯示既可以將以前所采集的數(shù)據(jù)全部顯示出來(lái)，也可以通過(guò)設(shè)置查詢時(shí)間范圍，僅顯示某個(gè)時(shí)間段范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。不同曲線表示道岔位于定位時(shí)的表示桿缺口偏差和道岔位于反位時(shí)的表示桿缺口偏差。如果想了解曲線的細(xì)節(jié)或概貌，還可以利用放大或縮小按鈕對(duì)曲線進(jìn)行縮放。
缺口檢測(cè)主機(jī)通過(guò)CAN總線適配卡連接到微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的CAN總線上，實(shí)現(xiàn)與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信。由于CAN總線具備沖突檢測(cè)、超時(shí)重傳、檢錯(cuò)重發(fā)等鏈路層功能，因此本系統(tǒng)與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的CAN總線通信相對(duì)比較簡(jiǎn)單。
CAN總線協(xié)議定義每幀長(zhǎng)度為11個(gè)字節(jié)，其中幀頭為3個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)區(qū)為8個(gè)字節(jié)。按照鐵道部“采集機(jī)通信協(xié)議”(鐵道部信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)聯(lián)合開發(fā)組，2000/6/26)的標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)采用如圖10所示的幀結(jié)構(gòu)與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信。
以電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿(缺口)精確定位為主要目標(biāo)手段的道岔安全實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，定位檢測(cè)精度±0.03mm，具有通用性強(qiáng)，遠(yuǎn)端饋電，傳輸速度高，遠(yuǎn)端聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，基本免調(diào)試維修，魯棒檢測(cè)算法，系統(tǒng)故障自恢復(fù)，報(bào)警上傳圖像等性能特點(diǎn)。
實(shí)施例2嵌入式遠(yuǎn)端(實(shí)施例1中所述)和圖像采集設(shè)備、溫度傳感器位于道岔現(xiàn)場(chǎng)。其中嵌入式遠(yuǎn)端安放于信號(hào)變壓器箱(XB箱)內(nèi)，嵌入式遠(yuǎn)端中配置的嵌入式處理軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集、處理、特征提取，溫度數(shù)據(jù)采集，電力載波通信等功能。另外，為使嵌入式遠(yuǎn)端能在無(wú)人監(jiān)控的惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，在軟件和硬件上均設(shè)計(jì)了復(fù)雜完善的自恢復(fù)機(jī)制，使系統(tǒng)在受到外界的重大干擾時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。嵌入式遠(yuǎn)端中采用了嵌入式Linux系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)(Embed OS)，可安全穩(wěn)定的運(yùn)行.
圖像采集設(shè)備采用CMOS、CCD的數(shù)字?jǐn)z像頭或成像光纖，通過(guò)USB傳輸圖像數(shù)據(jù)。圖像采集設(shè)備和溫度傳感器被安裝于傳感器盒內(nèi)，整個(gè)傳感器盒固定于轉(zhuǎn)轍機(jī)的側(cè)壁上，用于采集表示桿上的標(biāo)記圖像，攝像頭和溫度傳感器都是數(shù)字輸出的，抗干擾性能好。本例中使用的的圖像采集設(shè)備是東英視訊公司的網(wǎng)眼3000數(shù)字?jǐn)z像頭，選擇發(fā)光二極管給攝像頭提供光源，溫度傳感器采用的是AD公司的TMP03，標(biāo)記的設(shè)計(jì)與提取具有很強(qiáng)的通用性，適用于多種型號(hào)的轉(zhuǎn)轍機(jī)。圖6為嵌入式遠(yuǎn)端以及傳感器盒的現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖。
自恢復(fù)措施主要利用了芯片內(nèi)帶的看門狗機(jī)制，分硬件和軟件兩個(gè)方面1.硬件部分W77E58和嵌入式處理器SA1110都啟動(dòng)了內(nèi)帶的硬件看門狗機(jī)制，當(dāng)靜電、高溫等而使芯片出現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)，此機(jī)制可保證芯片在無(wú)物理?yè)p壞的情況下正常運(yùn)行。
2.軟件部分為了保證嵌入式linux操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行，自恢復(fù)機(jī)制在系統(tǒng)中開啟一個(gè)計(jì)數(shù)進(jìn)程，不斷的使硬件看門狗復(fù)位，當(dāng)操作系統(tǒng)鎖死時(shí)，看門狗由于得不到計(jì)數(shù)進(jìn)程的復(fù)位而發(fā)生作用；同時(shí)，為了防止應(yīng)用層程序異常退出，在函數(shù)調(diào)用出錯(cuò)時(shí)都會(huì)自動(dòng)結(jié)束計(jì)數(shù)進(jìn)程而使看門狗啟動(dòng)。
實(shí)施例3信號(hào)電纜利用的是鐵路現(xiàn)場(chǎng)原有的一對(duì)通信電纜。由于這一對(duì)電纜通過(guò)分岔的方式連接到了多組道岔，因此利用這一對(duì)電纜構(gòu)成總線型網(wǎng)絡(luò)同時(shí)完成多組(最多可超過(guò)40組)轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口數(shù)據(jù)傳送，以及對(duì)嵌入式遠(yuǎn)端的饋電功能?？紤]惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境(如圖7所示分岔結(jié)構(gòu))和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳輸距離(主干線距離＞2Km)，以及安裝環(huán)境和遠(yuǎn)端饋電的要求，于是在電力載波技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，使用超時(shí)重發(fā)、檢錯(cuò)重傳等機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)控制的多種幀，保證缺口檢測(cè)主機(jī)能夠遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式遠(yuǎn)端的監(jiān)測(cè)與控制。
本發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)說(shuō)明道岔檢測(cè)中數(shù)據(jù)的傳輸，其實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)主要有這樣幾個(gè)方面一.遠(yuǎn)距離傳輸。串口的通信距離只有幾十米，必須找到一種簡(jiǎn)易可行的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。利用KQ-100，采用載波的方式傳送數(shù)據(jù)。
二.實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信。KQ-100本身并不具備多點(diǎn)通信的能力，必須規(guī)定一種通信協(xié)議，并采用相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，方可保證多點(diǎn)通信的順利進(jìn)行。
三.傳輸?shù)目煽啃?。在現(xiàn)場(chǎng)惡劣的通信環(huán)境下，遠(yuǎn)距離傳輸必然會(huì)產(chǎn)生誤碼，因此必須在幀結(jié)構(gòu)中加入差錯(cuò)校驗(yàn)，檢錯(cuò)重發(fā)等技術(shù)，保證雙方的可靠傳輸。
本發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)格式如圖12所示其中各個(gè)字段的定義為幀同步頭表示一個(gè)數(shù)據(jù)幀的開始，長(zhǎng)度為兩字節(jié)。由于電力線傳輸中雜波較多，為避免收到噪音數(shù)據(jù)，KQ-100中使用兩字節(jié)互補(bǔ)碼“13EC”，這種類型的碼在雜波中很難出現(xiàn)。
目的地址指示這一幀的接收者，長(zhǎng)度為一字節(jié)。地址范圍為0-255，0地址為主機(jī)地址，255為廣播地址。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度幀結(jié)構(gòu)中“上層數(shù)據(jù)”的字節(jié)數(shù)，長(zhǎng)度一字節(jié)(可在序列號(hào)字段中擴(kuò)展)。為保證實(shí)時(shí)性，最大值64。在節(jié)點(diǎn)較少的應(yīng)用中，通過(guò)外部命令對(duì)最大值進(jìn)行設(shè)置。
幀類型表示這一幀提供服務(wù)的類型，主要有1.系統(tǒng)自檢幀 用于主端向從端查詢其當(dāng)前狀態(tài)。從端不使用這一幀。
2.系統(tǒng)自檢返回幀 用于從端向主機(jī)返回其當(dāng)前的工作狀態(tài)，主機(jī)不使用這一幀3.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置幀 用于主機(jī)設(shè)置從端的系統(tǒng)各參數(shù)的補(bǔ)償值，從端不使用這一幀4.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置返回幀 用于從端向主機(jī)應(yīng)答參數(shù)的設(shè)置情況(哪些設(shè)置成功，哪些失敗)，主機(jī)不使用這一幀5.數(shù)據(jù)采集幀 這個(gè)幀又分為兩種情形，由碼字的低兩位決定采集所有參數(shù) 此時(shí)表示主機(jī)希望采集某從端的所有參數(shù)采集指定參數(shù) 此時(shí)表示主機(jī)希望采集某從端的幾個(gè)特定參數(shù)
6.數(shù)據(jù)采集返回幀 這個(gè)幀又分為兩種情形，由碼字的低兩位決定返回所有參數(shù) 表示此時(shí)從端返回的是所有數(shù)據(jù)返回特定參數(shù) 表示此時(shí)返回的是某幾個(gè)特定的參數(shù)，其順序由數(shù)據(jù)采集幀確定7.重發(fā)請(qǐng)求幀 當(dāng)主機(jī)(從端)收到從端(主機(jī))的幀，其CRC校驗(yàn)不為零，或主機(jī)在給定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到從端的應(yīng)答幀時(shí)，根據(jù)需要可以向?qū)Ψ桨l(fā)送這一幀，以告訴對(duì)方重發(fā)剛才的幀8.圖像數(shù)據(jù)傳輸幀 表明此幀中包含的是圖像數(shù)據(jù)，主端收到幀后根據(jù)幀序列號(hào)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行重組9.從端復(fù)位幀 當(dāng)主機(jī)復(fù)位從端時(shí)，發(fā)出此幀。
幀序列號(hào)用于區(qū)分鏈路中的重復(fù)幀，在通信中的序列號(hào)是循環(huán)使用的，范圍為1-255。
CRC校驗(yàn)碼循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，兩個(gè)CRC均為一字節(jié)，使用生成多項(xiàng)式G(x)＝x8+x4+x3+x2+1。它可發(fā)現(xiàn)所有單個(gè)錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)9位以上的集中錯(cuò)誤的概率為99.61％。
上層數(shù)據(jù)所要傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)，最大長(zhǎng)度為64字節(jié)，對(duì)于較大的圖像數(shù)據(jù)，采用多幀分塊方式傳輸。
道岔狀態(tài)參數(shù)的采集過(guò)程系統(tǒng)在半雙工模式下采用主從模式結(jié)構(gòu)通信，以車站為主機(jī)對(duì)各個(gè)從端進(jìn)行輪詢服務(wù)，沒(méi)有主機(jī)的指示從端不能發(fā)送數(shù)據(jù)。為提高可靠性，除個(gè)別情況，主機(jī)的請(qǐng)求需要從端進(jìn)行確認(rèn)應(yīng)答。
主機(jī)定時(shí)依次像各個(gè)從端發(fā)出數(shù)據(jù)查詢幀，同時(shí)設(shè)置超時(shí)定時(shí)器。主機(jī)要確保自己發(fā)送的幀被從端正確接收，若一個(gè)幀(廣播幀除外)發(fā)送出去5秒以后仍未收到從端響應(yīng)，則自動(dòng)向?qū)Ψ街匕l(fā)剛才的幀，并使計(jì)數(shù)器加一，當(dāng)計(jì)數(shù)次數(shù)達(dá)到3次時(shí)，則向上層發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤消息，告知通信故障；若主機(jī)收到從端的重發(fā)請(qǐng)求，則向從端發(fā)送剛才發(fā)送的幀(在每次發(fā)送后，均備份這一幀)，并對(duì)重發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)連續(xù)重發(fā)的次數(shù)達(dá)到3次時(shí)，則停止和從端交互，向上層匯報(bào)一個(gè)錯(cuò)誤。
從端在鏈路層空閑時(shí)，不斷的偵聽網(wǎng)絡(luò)，等待載波與幀同步頭。當(dāng)發(fā)現(xiàn)幀同步后，若目的地址同本機(jī)地址一致(或?yàn)閺V播地址)，接收同步頭的后續(xù)字節(jié)，直到第一個(gè)CRC。利用CRC對(duì)幀頭進(jìn)行檢測(cè)。若發(fā)生錯(cuò)誤，由于無(wú)法確定這一幀的地址與類型，則直接丟棄這一幀；若無(wú)錯(cuò)誤，按照“數(shù)據(jù)長(zhǎng)度”接收后續(xù)字節(jié)，利用第二個(gè)CRC對(duì)上層數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。若數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，則向主機(jī)端發(fā)送請(qǐng)求重發(fā)幀，此時(shí)，發(fā)送的重傳請(qǐng)求幀的序號(hào)為接收到的幀的序號(hào)；如無(wú)錯(cuò)誤，則返回應(yīng)答幀，同時(shí)將這一幀數(shù)據(jù)備份下來(lái)。當(dāng)主機(jī)接收到的幀發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)向從端發(fā)送請(qǐng)求重傳幀，從端收到后，取出備份幀，直接向主機(jī)發(fā)送。從端不負(fù)責(zé)確認(rèn)自己發(fā)送的幀是否被主端接收，不會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的超時(shí)定時(shí)器來(lái)在超時(shí)后自動(dòng)向主端重傳剛才的備份幀。主端在接收到從端數(shù)據(jù)后，若是數(shù)據(jù)完全正確，就接受，但不發(fā)確認(rèn)幀；若是不正確，會(huì)向從端發(fā)送重傳請(qǐng)求幀。
權(quán)利要求
1.一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，有主機(jī)、多套嵌入式終端、圖像采集設(shè)備、溫度傳感器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、表示桿，利用信號(hào)電纜連接組網(wǎng)，其特征在于圖像采集設(shè)備采用CMOS、CCD的數(shù)字?jǐn)z像頭或成像光纖，通過(guò)USB傳輸圖像數(shù)據(jù)，圖像采集設(shè)備和溫度傳感器安裝于傳感器盒內(nèi)，整個(gè)傳感器盒固定于轉(zhuǎn)轍機(jī)的側(cè)壁上，用于采集表示桿上的標(biāo)記圖像，表示桿位于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部，將待檢測(cè)的表示桿缺口有兩個(gè)檢測(cè)標(biāo)記定位檢測(cè)標(biāo)記和反位檢測(cè)標(biāo)記。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于嵌入式系統(tǒng)通過(guò)RS232與C51單片機(jī)連接、通過(guò)USB接口與CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭連接；C51單片機(jī)與電力載波模塊通過(guò)RS232連接，與溫度傳感器通過(guò)通用I/O連接，電力載波模塊連接信號(hào)電纜。
3.一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括表示桿精確定位方法，表示桿缺口監(jiān)測(cè)方法，表示桿缺口的精確定位方法；步驟如下表示桿位于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部，在表示桿上刻了兩個(gè)檢測(cè)標(biāo)記用于定位檢測(cè)和反位檢測(cè)，將待檢測(cè)的表示桿缺口狀態(tài)平移到便于安裝傳感器的位置來(lái)進(jìn)行采集，當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安裝并調(diào)試達(dá)標(biāo)后，通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像頭記錄下此時(shí)標(biāo)記的位置；當(dāng)?shù)啦韯?dòng)作后，表示桿缺口的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生微小的變化，這時(shí)檢測(cè)標(biāo)記的位置也會(huì)發(fā)生等量的微小變化，再記錄下此時(shí)的標(biāo)記位置，將兩者作比較，便可得到缺口在這次道岔動(dòng)作后的偏移量ΔL，在計(jì)算時(shí)，利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像來(lái)輔助計(jì)算，w原始標(biāo)記的實(shí)際寬度，單位mm；w’采集到的圖像中標(biāo)記寬度，以象素為單位；w’/w縮放比例，代表每個(gè)象素代表的實(shí)際寬度，則 表示桿缺口監(jiān)測(cè)方法；步驟如下缺口檢測(cè)主機(jī)收集、顯示、存儲(chǔ)道岔表示桿缺口數(shù)據(jù)，將表示桿缺口數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線向微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于圖像處理算法有如下步驟，算法首先對(duì)獲取的原始圖像進(jìn)行顏色變換，把RGB24真彩圖像轉(zhuǎn)換為占用空間較小的8bit灰度圖；使用形態(tài)濾波方法去噪后，根據(jù)圖像的整體亮度與對(duì)比度的狀況，利用圖像的灰度直方圖自適應(yīng)獲取二值化的閥值，然后，對(duì)灰度圖進(jìn)行二值化，把標(biāo)記從背景中提取出來(lái)，采用Radon變換，把二維的圖像數(shù)據(jù)投影到一維空間進(jìn)行處理，以圖像左下角為原點(diǎn)，圖像水平和垂直兩個(gè)方向?yàn)闄M、縱軸構(gòu)成坐標(biāo)系，則可以用S1’、S2’表示標(biāo)尺邊緣位置的縱坐標(biāo)，如果用S1、S2表示缺口處于標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)的標(biāo)尺邊緣位置的縱坐標(biāo)，則w’＝abs(S1’-S2’)ΔL＝(S1’-S1)+(S2’-S2)。
5.權(quán)利要求3所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述的表示桿精確定位方法，包括在表示桿上用指甲油制成特定標(biāo)記表示桿位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于由一組發(fā)光二極管提供光源，由USB接口的CMOS、CCD數(shù)字?jǐn)z像頭或成像光纖傳感器對(duì)標(biāo)記圖像進(jìn)行采集。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于有處理標(biāo)記圖像的特定圖像處理算法。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于物理層采用電力載波模塊，通信速率9.6Kbit/s，鏈路層利用所述的幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)、圖像的可靠傳輸；傳輸線上交流電壓48-220V可調(diào)，最多有40個(gè)嵌入式終端。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于有錯(cuò)誤自恢復(fù)方案，保證遠(yuǎn)端系統(tǒng)在任何情況下都能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作及表示桿缺口動(dòng)作精確定位的方法和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。本發(fā)明利用道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)表示桿的剛性特點(diǎn)，通過(guò)使用數(shù)字?jǐn)z像頭對(duì)表示桿特定位置標(biāo)記的采集、處理及特征比較、實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)撤機(jī)表示桿缺口的精確定位。系統(tǒng)用USB數(shù)字?jǐn)z像頭采集圖像數(shù)據(jù)，使用嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)端處理圖像數(shù)據(jù)，利用電力載波技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)精度可達(dá)0.03mm，最多可同時(shí)在線監(jiān)測(cè)40組道岔的表示桿缺口位置狀態(tài)。
文檔編號(hào)B61L23/00GK1600611SQ20041000964
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月10日
發(fā)明者王升輝, 裘正定, 丁曉明 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)