货运列车超偏载监测系统的研究

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1、货运列车超偏载监测系统的研究：随着铁路技术的不断发展，客运货车已经成为主要的运输工具。铁路行车安全是铁路运输工作的重中之重。本文提出了一种新型的货运列车超偏载监测系统，就是为了降低由于列车超偏载而引起的断轴、切轴、爬轨和列车颠覆等事故的发生。　　关键词：超偏载监测无线数据传输数据库应用程序曲线拟合　　：TP274：A：1007-9416(2011)11-0051-01　　　　铁路行车安全是铁路运输工作的重中之重。货运列车因为超偏载而引起断轴、切轴、爬轨和列车颠覆等事故时有发生，引起的事故骇人听闻，极大地影响着铁路运输的安全和铁路的整体形象。超偏载近年

2、来成为影响铁路行车安全的重要因素。如果能方便、准确、有效、及时地检测列车超偏载问题，便可极大限度地预防此类事故的发生。　　1、轨道衡简介　　轨道衡是设置在铁道线路上，用以称量铁路车辆装载的散装货物重量的大型衡器。　　轨道衡分类有很多种：按使用状态分类：静态称量轨道衡、动态称量轨道衡；按计量原理分类：以力矩平衡为计量原理、以传感器的弹性变形为计量原理；按计盘方式分类：车计量、转向架计量、轴计量。　　2、系统硬件结构　　货运列车超偏载监测系统主要由核心单片机C8051F350、电源模块、传感器模块、无线传输模块和上位数据库应用程序组成；无线传输模块由射频

3、卡和读卡器组成；上位机监测程序由VisualBasic6.0开发完成。　　传感器将弹簧的位移变化情况转变为0—5V直流电压输出，但是根据传感器标定情况，列车空载到满载的变化过程中，传感器输出电压约为0到2.5V，满足C8051F350单片机输入要求。C8051F350单片机通过AIN0-AIN3采集四路传感器的电压信号并对其进行AD转换，将转换结果通过UART0发送并写入无线传输模块的射频卡，读卡器检测到射频卡传送的数据后通过串口将数据送给上位机监测程序进行数据处理。系统框图如图1所示。　　由于上位机接收到的数据是传感器的位移值，而我们最终要得到的是

4、车厢的重量值，这就需要我们经过多次的现场实验从而得到一组与实际值尽量相符的二者对应关系。为了使数据库应用程序能自动将读取的位移值转化为车厢重量，还需要对这组离散值进行曲线拟合，从而得到车厢重量与传感器位移的函数关系，以方便数据库应用程序的开发。　　3、各功能模块的选择　　处理器的选择：这里我们选择C8051F350芯片作为系统的处理器。其具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F350是真正能独立工作的片上系统。C8051F350内部有一个全差分24位或16位Sigma-Delta模/数转换器（ADC），该ADC具有在片校

5、准功能。　　传感器的选择：货运列车底部安装环境较为复杂，首先非常重要的一点就是这里传感器的安装不像平时用的传感器那样钻孔固定，同时考虑到冬季夏季温差较大，必须考虑到温度对传感器性能的影响。经过现场考察分析，最终选择通过测量减震弹簧在装车过程中的位移变化来体现车厢重量的变化。　　电源模块的选择：整个系统所需电源分别为单片机数据采集模块以及无线传输模块中的射频卡的3.3V，由AS1117稳压输出。四个传感器所需的5V，由AZ1084稳压输出。由于使用电池供电，所以为了延长电池寿命，需要尽量降低系统各部分的功耗。　　无线传输模块的选择：无线数传模块主要包括

6、射频卡以及读卡器。C8051F350单片机将采集并处理后的传感器数据通过串口写进射频卡，读卡器能够快速识别有效范围内的射频卡并读出射频卡上的数据。当读卡器接收到上位机发送的读取数据命令后，将射频卡的有效数据以字符的形式发送给上位机。　　4、系统软件设计　　在数据采集模块硬件设计调试完成的基础上，根据超偏载监测系统的功能要求，进行系统软件的设计。系统的软件设计主要包括系统主程序、数据处理程序、串口通讯程序的设计等。　　4.1系统主程序设计　　系统初始化完成后，C8051F350通过对AIN0.0至AIN0.3的循环控制完成对每节车厢底部安装的四个拉绳传

7、感器的循环数据采集，在数据采集完成后，首先将四个传感器输出的电压信号转化为列车减震弹簧的位移量，然后判断偏载情况并将设备地址、超偏载情况以及位移量通过串口UART0发送给射频卡。　　4.2上位机监测程序设计　　本监测系统采用VB和SQLServer2000相结合的方式而开发的。主要完成了对采集数据的存储，检测车厢的重量，按要求查询历史数据等功能。　　5、结语　　本文提出的货运列车超偏载监测系统已实现硬件电路、系统主程序设计和上位机监控系统的设计。从系统测试的情况来看，达到了预期的设计效果。该系统易学易用、操作方便简单，能方便、准确、有效、及时地检测列

8、车超偏载问题，可极大限度地预防一些由于超偏载所造成的铁路安全事故，对铁路运输有着极其重大的意义，值得在铁路部