軌距尺實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?/h1>
2017-05-20 01:39:27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)、云計算、移動互聯(lián)時代基礎上，對生產(chǎn)工具進行智能化、網(wǎng)絡化相結合的改進升級。本項目是在傳統(tǒng)嵌入式技術的基礎上融入藍牙無線傳輸?shù)刃滦图夹g，通過Arduino Bluno單片機等將檢測的軌距、超高、間照等實際數(shù)據(jù)通過無線傳輸途徑發(fā)送至終端設備，通過對數(shù)據(jù)的處理達到對軌道的測量，從而實現(xiàn)軌道尺的網(wǎng)絡化和數(shù)字化的創(chuàng)新，提高軌道檢測尺的智能化程度。要求實現(xiàn)連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實時更新，使得測量效率得以提高。
【關鍵詞】軌距尺；實時數(shù)據(jù)傳輸；藍牙無線傳輸；Arduino Bluno單片機
0 引言
隨著普通列車的提速和高速列車的開行，我們對軌道的質量有著越來越高的要求。為了更加準確、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際需求的網(wǎng)絡軌距尺。我們把軌距尺當作傳感器使用，通過引入手持終端，實現(xiàn)了軌距尺與PC端的連接，進而達到我們要對數(shù)據(jù)進行實時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)問題所在并進行及時的修復，極大地提高了工作效率，保證了鐵路線路的穩(wěn)定性。該項技術不僅簡化了數(shù)據(jù)收集的步驟，而且節(jié)約了數(shù)據(jù)處理時間。這是軌距尺實現(xiàn)智能化的一項創(chuàng)新，達到了部頒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 總體設計方案
網(wǎng)絡軌距尺具有實時數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實時更新等功能，因此在硬件設計中需包含主體、Arduino Bluno單片機、電阻位移傳感器、藍牙模塊、顯示模塊等，組成框圖如圖1所示。
2 硬件結構
2.1 軌距尺結構
主體由直徑15mm的碳纖維管和帶有管夾功能的金屬件構成，金屬件用于兩端的固定，傳感器支座固定，單片機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彈簧自恢復直線位移傳感，由Arduino單片機采集電壓值并計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 單片機模塊 藍牙模塊
本軌距尺使用的是Arduino Bluno系列單片機，擁有藍牙傳輸功能，與藍牙設備配對即可傳輸數(shù)據(jù)，使用有藍牙功能的安卓手機并安裝為本軌距尺開發(fā)的應用程序即可接收數(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)議與單片機連接。
2.4 電阻位移傳感器
采用KTR自恢復式位移傳感器，對位移和長度進行直接測量，輸出直流電壓信號。
3 軟件設計
系統(tǒng)軟件主要完成測量軌距長度以及實時傳輸數(shù)據(jù)的功能，具體流程圖如圖2所示。當電阻位移傳感器檢測到軌距為全長時，它會等待測量完成并用最小電壓值計算長度。如果不是全長，那就直接讀取電壓值，計算長度。
4 實驗結果
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)相應模式下的測量；長按切換鍵可清零編號計數(shù)器。
4.2 靜止測量
使用mode1時，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)值并傳輸至移動設備。
4.3 活動測量
使用mode1時，傳感器在自然長度下，軌距尺斜放在鋼軌間，固定端不動，通過轉動軌距尺滑動移動端使軌距尺旋轉并達到最大壓縮量后繼續(xù)伸長至自然長度，單片機會自動判斷開始位置及結束位置，取最小值即為軌距尺垂直于鋼軌時測得的長度。（相比靜止測量耗時稍長，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，軌距尺持續(xù)測量長度，按下測量鍵傳輸當前數(shù)據(jù)。
5 結語展望
網(wǎng)絡軌距尺的開發(fā)可以為自動化調(diào)整設備奠定基礎，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)整需要至少三個工人運用多種工具，從測量到完成調(diào)整需要很長時間。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)字式軌距尺的基礎上增加數(shù)據(jù)傳輸功能以及自動測量的電機驅動支持，將測得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡實時傳輸至數(shù)據(jù)分析平臺以及軌距調(diào)整設備，工作人員只需要在手機上下載一個app便能測量，這個app目前是一個測試用的軟件，已經(jīng)能達到預期的效果。軌距尺具有實時數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實時更新等功能，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】
[1]馮克立.軌距尺的智能化與創(chuàng)新[C].第十五屆粵、京、港、滬鐵道學會學術年會.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用與維護[J].江蘇省計量測試學術論文集（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.軌距尺電子電路設計技術分析[J].上海鐵道科技，2011（4）.
[責任編輯：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)、云計算、移動互聯(lián)時代基礎上，對生產(chǎn)工具進行智能化、網(wǎng)絡化相結合的改進升級。本項目是在傳統(tǒng)嵌入式技術的基礎上融入藍牙無線傳輸?shù)刃滦图夹g，通過Arduino Bluno單片機等將檢測的軌距、超高、間照等實際數(shù)據(jù)通過無線傳輸途徑發(fā)送至終端設備，通過對數(shù)據(jù)的處理達到對軌道的測量，從而實現(xiàn)軌道尺的網(wǎng)絡化和數(shù)字化的創(chuàng)新，提高軌道檢測尺的智能化程度。要求實現(xiàn)連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實時更新，使得測量效率得以提高。
【關鍵詞】軌距尺；實時數(shù)據(jù)傳輸；藍牙無線傳輸；Arduino Bluno單片機
0 引言
隨著普通列車的提速和高速列車的開行，我們對軌道的質量有著越來越高的要求。為了更加準確、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際需求的網(wǎng)絡軌距尺。我們把軌距尺當作傳感器使用，通過引入手持終端，實現(xiàn)了軌距尺與PC端的連接，進而達到我們要對數(shù)據(jù)進行實時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)問題所在并進行及時的修復，極大地提高了工作效率，保證了鐵路線路的穩(wěn)定性。該項技術不僅簡化了數(shù)據(jù)收集的步驟，而且節(jié)約了數(shù)據(jù)處理時間。這是軌距尺實現(xiàn)智能化的一項創(chuàng)新，達到了部頒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 總體設計方案
網(wǎng)絡軌距尺具有實時數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實時更新等功能，因此在硬件設計中需包含主體、Arduino Bluno單片機、電阻位移傳感器、藍牙模塊、顯示模塊等，組成框圖如圖1所示。
2 硬件結構
2.1 軌距尺結構
主體由直徑15mm的碳纖維管和帶有管夾功能的金屬件構成，金屬件用于兩端的固定，傳感器支座固定，單片機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彈簧自恢復直線位移傳感，由Arduino單片機采集電壓值并計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 單片機模塊 藍牙模塊
本軌距尺使用的是Arduino Bluno系列單片機，擁有藍牙傳輸功能，與藍牙設備配對即可傳輸數(shù)據(jù)，使用有藍牙功能的安卓手機并安裝為本軌距尺開發(fā)的應用程序即可接收數(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)議與單片機連接。
2.4 電阻位移傳感器
采用KTR自恢復式位移傳感器，對位移和長度進行直接測量，輸出直流電壓信號。
3 軟件設計
系統(tǒng)軟件主要完成測量軌距長度以及實時傳輸數(shù)據(jù)的功能，具體流程圖如圖2所示。當電阻位移傳感器檢測到軌距為全長時，它會等待測量完成并用最小電壓值計算長度。如果不是全長，那就直接讀取電壓值，計算長度。
4 實驗結果
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)相應模式下的測量；長按切換鍵可清零編號計數(shù)器。
4.2 靜止測量
使用mode1時，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)值并傳輸至移動設備。
4.3 活動測量
使用mode1時，傳感器在自然長度下，軌距尺斜放在鋼軌間，固定端不動，通過轉動軌距尺滑動移動端使軌距尺旋轉并達到最大壓縮量后繼續(xù)伸長至自然長度，單片機會自動判斷開始位置及結束位置，取最小值即為軌距尺垂直于鋼軌時測得的長度。（相比靜止測量耗時稍長，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，軌距尺持續(xù)測量長度，按下測量鍵傳輸當前數(shù)據(jù)。
5 結語展望
網(wǎng)絡軌距尺的開發(fā)可以為自動化調(diào)整設備奠定基礎，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)整需要至少三個工人運用多種工具，從測量到完成調(diào)整需要很長時間。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)字式軌距尺的基礎上增加數(shù)據(jù)傳輸功能以及自動測量的電機驅動支持，將測得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡實時傳輸至數(shù)據(jù)分析平臺以及軌距調(diào)整設備，工作人員只需要在手機上下載一個app便能測量，這個app目前是一個測試用的軟件，已經(jīng)能達到預期的效果。軌距尺具有實時數(shù)據(jù)通信、傳輸和保存、連續(xù)測試、數(shù)據(jù)實時更新等功能，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】
[1]馮克立.軌距尺的智能化與創(chuàng)新[C].第十五屆粵、京、港、滬鐵道學會學術年會.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用與維護[J].江蘇省計量測試學術論文集（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.軌距尺電子電路設計技術分析[J].上海鐵道科技，2011（4）.
[責任編輯：朱麗娜]
