便携式地铁车辆速度检测装置探究

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1、便携式地铁车辆速度检测装置探究摘要：为了解决对地铁机车速度传感器的检测校验问题，本文介绍了便携式机车速度传感器检测仪的研制原理和研制过程。本文设计了一种基于PWM控制技术的直流伺服电机调速控制系统，及相关信号检测控制系统。中图分类号：TL81文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)04(a)-0000-001引言在地铁机车的运行过程之中，对机车速度进行检测和控制是整个地铁运行过程之中非常重要的一个环节。通过将速度传感器装在机车的轮对上面，可以方便地获取机车在运行时的实时速度数据。机车的速度是关系行车安全以及确保列车正常行驶

2、的重要参数，更是对机车的运行状况进行监控记录基础。2系统整体架构设计2.1总体架构设计系统整体架构设计的思路如图2-1：创建一套转动装置并通过电机来驱动，让速度传感器在该驱动装置的带动下转动起来，从而使传感器进入正常的工作状态之中，对机车的速度进行检测监控。该驱动部分务必要保证可以在要求的范围之内对转速进行调节，还要能够在一定的转速稳定下来，保证传感器在相对稳定的状态下工作。同时，还要求实现转速检测结果的实时显示，以便工作人员能快速直观地观察数据。根据设计的要求，还必须具有存储数据、上传数据至上位机等功能。在确保装置的可行性的基本前提下

3、，在各方应该考虑仪器体积较小、重量较轻轻的方案，这样可以让装置具有良好的便携性，方便使用。因为地铁机车用电全部是110V的直流电，所以系统中电机的驱动部分采用的是110V的直流伺服电机。该电机的速度调节范围较广且方式简单易操作、硬特性良好，可以方便地在需要进行调速的场合应用。2.2PWM技术原理PWM技术的原理是通过导通和断开大功率的半导体部件，将直流电压转换为电压脉冲的序列，并利用对电压脉冲的宽度或者周期的控制来实现变压，或者是利用对电压脉冲的宽度以及脉冲列周期的控制，来实现变频变压的一项控制技术。通过对脉冲序列周期进行控制就可以实现

4、对脉冲频率的控制，通过控制在1个周期内脉冲的宽度（占空比），就可以将输出的电压平均值改变，实现调压功能。由于被控制的对象为直流电机，因此对电机的转速进行控制也就意味着对电枢电压进行控制。所以PWM的控制任务就简化为对电压进行调节，同时又不用进行调频。虽然在实际的应用中没有调频任务，但是PWM信号工作的频率是一定要确定的，频率过低会出现电压波动并导致直流电机出现抖动现象［1］。理论上，频率越高的电机其转动越平稳，然而由于受到半导体部件工作频率的限制，加之当工作频率到达某一个适当值的时候，电机运转的状态就已经非常好了，如果再增加频率也没多大

5、意义，而且加大频率也加重了半导体部件的开关的损耗，对电路本身也是一种负担。实际的工作频率通常设定为2KHzo3硬件设计2.1电机部分从技术角度来看，对传感器进行测试的关键是标准转速的调节，也就是调节电机转速的问题。本系统选择PWM技术来实现对电机的调速控制。给定速度的环节由旋转式的电位器来人为给定，而转速的负反馈的回路中，用微积分电路来构成速度调节器（ASR）,用以对信号进行处理。用电流调节器（ACR）来处理电流的负反馈信号和ASR电路的输出信号,控制PWM输入电压的信号。电流的负反馈信号用串于电机电枢的回路里的电流传感器来测量的电压信

6、号，电机的工作电流和它成正比关系。实际上ACR型电路也属于个微积分型电路。SG3525是专门用于生成PWM波的芯片，它可以产生一定频率的且占空比受控于输入电压的脉宽调制（PYVM）信号，将该信号输入IGBT专用的控制驱动芯片M57962内，M57962可以产生PWM信号并且直接驱动直流电机的回路中串接的IGBT,它在驱动电机之中的工作原理其实相当于用三极管来实现通断作用的功能，利用IGBT进行通断来改变电机两端的电枢电压，从而达到让电机转动的目的［2］。电机主轴上安装有同轴的光栅盘，通过这个光栅盘的转动可以让和它连接的光电开关(M0C7

7、0T4)开始工作，产生脉冲信号，信号的转速与频率成正比关系。该信号经由可将频率信号转换成电压信号的LN12907转换芯片转换成电压信号，该电压信号亦即转速反馈的信号。2.2单片机部分在该系统中单片机起到了非常关键的作用，一方面，单片机在信号的采集与数据的存储等工作中提供解决了控制核心的问题，另一方面，单片机为整个系统创造出非常友好的工作界面。在系统中单片机的主要作用有以下几个方面：；对电机进行正反转控制和启动、停止、暂停控制；；采集并计算被检测到的电机的转速信号与待检测的速度传感器发送的信号；；

8、将检测结果显示在单色的图形点阵LCD上；；和上位机进行串行通信并传输检测数据；；接收系统中由控制开关发出的命令，进行状态转换；本文的设计所采用的单片机，其型号为MCS-51系列的