專利名稱：鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，屬于鐵路安全監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鐵路安全檢測領(lǐng)域，尤其是超偏載檢測技術(shù)的發(fā)展過程中，傳感器的研究和發(fā)展一直是安全檢測裝置的關(guān)鍵技術(shù)因素之一。采用不同的傳感器技術(shù)，直接影響著在此技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和產(chǎn)品質(zhì)量的高低。因此可以說，不同的超偏載檢測產(chǎn)品的關(guān)鍵性標(biāo)志就是傳感器技術(shù)。鐵路貨車超偏載測裝置是重要的鐵路貨運(yùn)安全計(jì)量檢測設(shè)備，它是在軌道衡稱重系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，超偏載屬于動(dòng)態(tài)電子軌道衡范疇，它與動(dòng)態(tài)電子軌道衡一樣能準(zhǔn)確的計(jì)量出列車的重量，并且能檢測出列車裝載的狀態(tài)是即否偏載；其次，超偏載是動(dòng)態(tài)稱重。與靜態(tài)稱重模式相比能節(jié)約大量時(shí)間，在很大程度上提高了作業(yè)效率。鐵路現(xiàn)有的貨運(yùn)貨物計(jì)量一直采用比較原始的計(jì)量方式整車貨物以件計(jì)算，散裝貨物通過測定其密度來確定裝載高度，這些辦法非常不準(zhǔn)確，因而，貨運(yùn)列車因?yàn)槌⑵d而引起斷軸、切軸、爬軌和列車顛覆事故時(shí)有發(fā)生，引起的事故駭人聽聞，極大地影響著鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩丸F路的整體形象。超偏載近年來成為影響鐵路行車安全的重要因素。如果能方便、準(zhǔn)確、有效、及時(shí)地檢測列車超偏載問題，便可極大限度地預(yù)防此類事故的發(fā)生， 因此鐵路車輛超、偏載檢測對鐵路運(yùn)輸有著極其重大的意義。貨運(yùn)車輛超載、偏載檢測系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)測定所通過車輛的重量，來判別車輛是否存在超過額定載重以及裝載不平衡現(xiàn)象。參照鐵道部《鐵路貨車超偏載檢測裝置檢定規(guī)程》關(guān)于超載和偏載的評判標(biāo)準(zhǔn)如下裝載成件包裝貨物的重量超過允許裝載量的10%以上，或裝載散堆裝貨物的重量超過允許裝載量的15%以上；左右偏載車(左輪重之和-右輪重之和)/ (左輪重之和+右輪重之和)彡0. 2 ；前后偏載車I前轉(zhuǎn)向架負(fù)重值-后轉(zhuǎn)向架負(fù)重值I > 10噸。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，該鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、能方便地監(jiān)測鐵路貨車是否存在超載和偏載。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和用于測量二系彈簧彈性形變的位移傳感器，位移傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接；位移傳感器為4個(gè)，分別安裝在鐵路貨車的車體前后轉(zhuǎn)向架的搖枕與2系彈簧托梁之間。在位移傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)有變送/調(diào)理電路。鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)還包括鍵盤和顯示器，鍵盤和顯示器均與微處理器連接。鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)還包括能支持無線通信的通信模塊，所述的通信模塊與微處理器連接。鐵路貨車超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分、無線通信模塊、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊、寬溫液晶顯示模塊、功能按鍵模塊和車載計(jì)算機(jī)等模塊。鐵路貨車超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)是一種車載式的，可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測出超偏載狀態(tài)， 人機(jī)交互、輪重及狀態(tài)顯示、報(bào)警。鐵路貨車車載式超偏載監(jiān)測系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分(1)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)具有唯一標(biāo)識(ID)，安裝在每節(jié)車輛的輪軸上。負(fù)責(zé)該車輛監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、預(yù)處理和信息的發(fā)送。(2)無線信息通信網(wǎng)絡(luò)利用鐵路系統(tǒng)專用的GSM-R網(wǎng)絡(luò)體系，將采集節(jié)點(diǎn)初步處理后的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送至車載監(jiān)測上位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)、安全、可靠傳輸；(3)機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)收集的各車輛監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析和判別(包括數(shù)據(jù)擬合、超偏載狀態(tài)判別等)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，預(yù)防事故的發(fā)生。微處理器與GSM-R無線模塊相連。位移傳感器完成被檢測車輛通過時(shí)重量數(shù)據(jù)的測量，并把重量值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓信號?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理部分是把位移傳感器傳過來的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并計(jì)算出通過車輛的重量、超載、偏載等信息。數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)是將測量結(jié)果由現(xiàn)場處理計(jì)算機(jī)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的管理計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，以至全路聯(lián)網(wǎng)。使用的重載貨運(yùn)車輛大多安裝有前后兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，共有4組二系承重彈簧，分別列于車輛對稱的四個(gè)方向。二系彈簧組受力之和即為貨車車體重量，這就提供了本實(shí)用新型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理性依據(jù)，即通過對轉(zhuǎn)向架二系彈簧組形變大小的測定，間接獲取貨車載重量。因此，測量出四組二系承載彈簧組壓縮大小，就可以表達(dá)車輛四個(gè)方向的載重，超載、偏載狀態(tài)也可由此來表達(dá)，測定四組二系承載彈簧組壓縮量大小，就可以根據(jù)力學(xué)原理將位移量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的車輛載重大小。將超偏載狀態(tài)傳輸?shù)杰囕d式計(jì)算機(jī)上，是一種車載式，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)。有益效果本實(shí)用新型的鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，是一種車載式的，一套基于無線網(wǎng)絡(luò)的車載式超偏載檢測和報(bào)警系統(tǒng)，車輛在運(yùn)行時(shí)開啟該系統(tǒng)相應(yīng)功能，可實(shí)現(xiàn)超偏載狀態(tài)的動(dòng)態(tài)檢測，即實(shí)現(xiàn)超偏載超限報(bào)警，并能顯示車輛實(shí)際載重量、超偏載程度。在車體前后轉(zhuǎn)向架二系彈簧附近安裝能夠檢測彈簧動(dòng)態(tài)壓縮量的位移傳感器，一個(gè)車體上的四個(gè)對稱位各安裝一個(gè)，將信號放大調(diào)理后送入信號采集節(jié)點(diǎn)。通過數(shù)碼顯示、聲光報(bào)警實(shí)現(xiàn)所需功能。

圖1為轉(zhuǎn)向架搖枕彈簧裝置示意圖；[0028]圖2為車輛懸掛裝置簡圖；圖3為實(shí)施例1的鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)號說明1-搖枕，2-下心盤，3-搖枕吊桿，4-二系彈簧，5-螺栓，6-彈簧托梁， 7-搖枕吊軸，8-車體，9-搖枕吊，10-構(gòu)架側(cè)梁。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1 如圖1-3所示，搖枕彈簧裝置由彈簧組和油壓減震器組成，搖枕兩端各一套，每套由兩組并列的內(nèi)外卷圓簧和油壓減震器組成。圓簧組由上下夾板、中間穿以螺栓組成，呈預(yù)壓縮狀態(tài)，如圖1所示。彈簧托梁為整體鑄鋼橫梁式結(jié)構(gòu)，它和搖枕吊軸之間用兩個(gè)螺栓連接。搖枕吊上部通過搖枕吊銷借助兩塊搖枕吊銷支承板，垂直懸掛在搖枕吊座上。由圖1 可知，對車體自重、載重起支承作用的主要是二系承載彈簧。垂向載荷在轉(zhuǎn)向架的傳遞順序?yàn)檐圀w一上心盤一下心盤一搖枕一二系承載彈簧一彈簧托梁一支撐裝置一側(cè)梁一軸箱組成一軸承一輪對一鋼軌。經(jīng)簡化得到車輛懸掛裝置如圖2所示。通過力的傳遞路線及圖2可知，4根彈簧和吊桿受力之和即為貨物重量，因而測出彈簧或吊桿所受力便可得到承載量大小。又因?yàn)閺椈珊偷鯒U均勻分布于四個(gè)方向，比較各個(gè)方向受力大小則可以判斷是否偏載。位移傳感器負(fù)責(zé)采集到二系承載彈簧位移信號，輸出的電信號經(jīng)放大和顯示即可讀出外力P的大小。從而判斷是否超載和偏載。將測量結(jié)果由現(xiàn)場處理計(jì)算機(jī)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的管理計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，以至全路聯(lián)網(wǎng)。1、處理器模塊(即微處理器)檢測節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)處理芯片是TI公司的DSP芯片，主要完成控制外圍芯片、傳輸和接收數(shù)據(jù)信息以及對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等。該款芯片具有良好的性價(jià)比，適合復(fù)雜信號處理、通信等嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求。它的突出優(yōu)點(diǎn)是功耗低、運(yùn)行速度快—— 最高運(yùn)行速率160MHz。CM16具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)和6級流水線的工作方式，另外，TI 公司還專門開發(fā)了一套并行指令，可在IOns內(nèi)完成乘法一類運(yùn)算。具有外部存儲(chǔ)器接口 (External Memory hterface，EMIF)，可以無縫地訪問異步存儲(chǔ)器以及高速、高密度的同步存儲(chǔ)器；3個(gè)全雙工的多通道緩沖串口(Multichannel Buffered Serial Port，McBSP)， 兼容SPI模式；8位并行主機(jī)接口(HPI)，兼容PCI總線接口。TMS320C5416的增強(qiáng)型CPU結(jié)構(gòu)、改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和高速運(yùn)算效率、片上豐富的存儲(chǔ)器和外設(shè)資源都為系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展奠定了基礎(chǔ)，它能夠很好地滿足超偏載在線檢測信號處理算法的要求。2電源轉(zhuǎn)換模塊DSP處理器C5416所需電源分為內(nèi)核電源CVdd和I/O電源DVdd。其中，內(nèi)核電源為包括CPU、時(shí)鐘電路和所有外設(shè)的器件在內(nèi)的所有內(nèi)部邏輯提供電流，電壓為1. 5V ；I/O電源為外部接口引腳提供電壓，電壓為3. 3V。本系統(tǒng)中采用TI公司的TPS767D318芯片為檢測節(jié)點(diǎn)提供電源。芯片的輸入電源電壓為5V，可提供兩路電壓輸出一路為1.5V，另一路為 3. 3V，每路輸出的最大電流為750mA。另外，它還提供兩個(gè)200ms的低電平復(fù)位輸出，可以直接連接C5416的復(fù)位引腳，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。位移傳感器采用常用的位移傳感器，如CL8101150型位移傳感器(該型號的位移傳感器只是一個(gè)舉例，并非限定本實(shí)用新型)下面是位移傳感器的一些指標(biāo)。一、硬件協(xié)議1.通訊接口RS485 ；2.波特率2400bps 以上；3.數(shù)據(jù)位長1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位；4.奇偶校驗(yàn)無；二、數(shù)據(jù)協(xié)議上位機(jī)請求發(fā)送數(shù)據(jù)格式3個(gè)字節(jié)(16進(jìn)制)；地址碼(0-15 1個(gè)字節(jié))命令碼1 (地址碼+OxaO 1個(gè)字節(jié))命令碼2 (地址碼 +OxbOl個(gè)字節(jié))；如地址碼為0x01，就發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令0x01 OxAl OxBl ；下位機(jī)(傳感器)返回上位機(jī)數(shù)據(jù)6個(gè)字節(jié)(16進(jìn)制)標(biāo)示碼Oxee 地址碼0x01 傳感器信號MV值(0x00 0x00 0x00 0x09)如返回?cái)?shù)據(jù)標(biāo)示傳感器9MVOxEE 0x01 0x00 0x00 0x00 0x09 ；如返回?cái)?shù)據(jù)標(biāo)示傳感器1134MV ；OxEE 0x01 0x01 0x01 0x03 0x04 ；傳感器返回量程值為0 4995MV。三、通訊方式被動(dòng)模式，上位機(jī)采用輪詢查詢方式，向下位機(jī)發(fā)送請求數(shù)據(jù)，下位機(jī)向上位機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)。查詢間隔要求大于30毫秒。接線棕+9_12Vdc黑 GND藍(lán) RS485+灰 RS485-。四、車載計(jì)算機(jī)超偏載狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)在硬件選擇上，需要考慮工程的實(shí)際應(yīng)用要求，滿足機(jī)車上惡劣的運(yùn)行環(huán)境。PC104是一種小型化、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制器，具有外形緊湊、結(jié)構(gòu)成熟、易于維護(hù)、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。車載計(jì)算機(jī)采用深圳盛博科技公司生產(chǎn)，型號為SCM/SDXu的PC104模塊，是一款高速嵌入式486DX CPU,主頻可達(dá)50 133MHz，并且提供了一套與IBM PC/AT兼容的系統(tǒng)功能，包括CPU、RAM、BIOS、串/并行接口、以太網(wǎng)接口、USB接口、鍵盤和揚(yáng)聲器接口、標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)控制器(中斷通道、DMA通道、定時(shí)器)，具備電池后備的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，看門狗定時(shí)器保證系統(tǒng)運(yùn)行性，SSD (板固態(tài)盤)插座支持EPROM及DOC。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，功耗低，工作溫度可擴(kuò)展，滿足應(yīng)用要求。[0069]五、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集包括無線通信模塊傳送的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)和現(xiàn)場采集的開關(guān)信號及傳感器信號。其中開關(guān)量信號主要為機(jī)車安全回路接口數(shù)據(jù)和供電信息，將采集的Iiov信號經(jīng)降壓、穩(wěn)壓限幅、濾波、隔離、施密特觸發(fā)器等，最終將TTL信號送計(jì)算機(jī)處理；傳感器信號主要是車輛速度和制動(dòng)系統(tǒng)中的壓力、溫度等信號，經(jīng)過PCI采集板卡傳送至車載計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.一種鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和用于測量二系彈簧彈性形變的位移傳感器，位移傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接；位移傳感器為4個(gè)，分別安裝在鐵路貨車的車體前后轉(zhuǎn)向架的搖枕與2系彈簧托梁之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，在位移傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)有變送/調(diào)理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括能支持無線通信的通信模塊，所述的通信模塊與微處理器連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分、無線通信模塊、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊、寬溫液晶顯示模塊、功能按鍵模塊和車載計(jì)算機(jī)等模塊。超偏載檢測裝置包括微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和用于測量二系彈簧彈性形變的位移傳感器，位移傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，微處理器與GSM-R無線模塊相連；位移傳感器為4個(gè)，分別安裝在鐵路貨車的車體前后轉(zhuǎn)向架的搖枕與2系彈簧托梁之間。該鐵路貨車車載式超偏載智能監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、是一種車載式的，能方便地監(jiān)測鐵路貨車是否存在超載和偏載。
文檔編號G01G19/04GK202171499SQ20112021219
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者吳志虎, 楊迪, 熊紅云, 王莉, 魯五一 申請人:中南大學(xué)