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動態(tài)電子軌道衡是用于對行進中的鐵路列車進行動態(tài)測量的一種計量設備，隨著我國鐵路運輸業(yè)的快速發(fā)展，它被廣泛應用于冶金、煤炭、石油化工等領域中。目前，我國生產(chǎn)的動態(tài)電子軌道衡可以分為斷軌與不斷軌2種型式，無論哪種動態(tài)電子軌道衡，其電氣控制部分均由通用的計算機、獨立的傳感器信號數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)組成。當列車通過動態(tài)電子軌道衡時，傳感器的輸出信號經(jīng)放大、濾波以及模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過外部的傳輸電纜，將數(shù)字信號輸入計算機，計算機對信號進行分析處理，判別出機車、車輛，并計算出車輛的重量、速度及其他信息。
動態(tài)電子軌道衡電氣控制部分現(xiàn)有的模式有以下幾方面的不足：首先，控制部分采用市場上通用的計算機，無法應用于高溫、嚴寒的惡劣環(huán)境中，計算機所運行的環(huán)境均是基于通用的操作系統(tǒng)，易受外界因素（計算機軟件病毒等）的影響，降低了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性；其次，由于傳感器信號釆集與計算機信息處理是2個完全獨立的部分，靠外部通訊電纜連接,降低了測量系統(tǒng)抗外界干擾的能力。以高性能嵌入式控制器為基礎，將傳感器信號采集、信息處理、數(shù)據(jù)通訊融合一體的動態(tài)電子軌道衡稱重儀表可以彌補上述不足。
1系統(tǒng)概述
基于嵌入式控制器的動態(tài)電子軌道衡稱重儀表，其系統(tǒng)控制、信息處理、數(shù)據(jù)交換，是以Microchip公司生產(chǎn)的dsPIC304F6014A控制器為主，并結合PIC18F4520以及AT89C2051單片機共同完成信號的采集與處理，將系統(tǒng)所需的多種工作電壓、傳感器信號放大、濾波、數(shù)據(jù)采集、信息處理、數(shù)據(jù)通訊、系統(tǒng)參數(shù)設置、數(shù)據(jù)顯示等，整合到一個獨立的應用單元中。當列車通過動態(tài)電子軌道衡時，傳感器輸出的模擬信號經(jīng)放大、濾波，并完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，控制器對通過列車波形存儲、分析、處理，完成通過列車機車、車輛的自動識別，計算出車輛的通過速度以及重量，同時與車號識別系統(tǒng)進行信息交換，分別得到機車、車輛的車型、車號，并將測量結果送入顯示單元。通過其內(nèi)部的通訊接口，將測量結果送入外部計算機網(wǎng)絡中。整個系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件
2.1信號采集及處理
信號釆集及處理由dsPIC304F6014A、大容量的數(shù)據(jù)RAM及8路16位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，實現(xiàn)列車通過測量區(qū)間時，對每路傳感器輸出波形的采集。信號釆集及處理電路原理如圖2所示。
Microchip公司生產(chǎn)的dsPIC304F6014A嵌入式控制器，提供多達144kbyte的片內(nèi)FLASH、8kbyte的RAM、4kbyte的非易失的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器和豐富的外設接口，其內(nèi)核在設計上專門考慮了滿足功耗低、實時性強的工業(yè)級嵌入式產(chǎn)品領域的特點。由圖2可知，SA0?SA2實現(xiàn)對8路16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器模擬量輸入選擇，START用以啟動1次模數(shù)轉(zhuǎn)換，BUSY是模數(shù)轉(zhuǎn)換器反饋到嵌入式控制器的狀態(tài)信號，說明此次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，SD0-SD7用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的結果送入嵌入式控制器，L/H位用于選擇16位結果的高8位（或低8位），CS1選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器端口。大容量RAM的地址位分別為A0?A15,讀控制為RD,寫控制為WR,RAM片選信號CS,3條控制線均為低電平有效，DO?D7為數(shù)據(jù)總線，用以完成與控制器的數(shù)據(jù)交換。上述控制線分別與dsPIC304F6014A嵌入式控制器的I/O端口連接。串行通訊TXD1、RXD1用以實現(xiàn)整個儀表與外界PC機的信息交換。
由于現(xiàn)有單臺面斷軌軌道衡只有4只壓力傳感器，單臺面不斷軌軌道衡有4只壓力傳感器和4只剪力傳感器，在儀表的設計中，8路模擬量輸入CH0-CH7,可以滿足以上2種型式動態(tài)電子軌道衡對數(shù)字量的需要。
2.2顯示控制及與車號識別系統(tǒng)信號交換
顯示控制及與車號識別系統(tǒng)信號交換主要由18F4520微處理器、真空熒光顯示模塊組成，其結構如圖3所示。18F452O是Microchip公司生產(chǎn)的8位嵌入式控制器，具有豐富外圍通訊接口，其RXD,TXD用以實現(xiàn)與車號系統(tǒng)的信息交換。當收到車號識別系統(tǒng)送入的車型和車號信息幀后，對該信息幀分析處理，獲得通過列車機車、車輛的車型和車號信息,通過緩沖接口，將信息幀送入dsPIC30F6014A。儀表的數(shù)據(jù)顯示采用Noritake公司的128*64點陣的真空熒光圖形顯示模塊，可以完成結果和傳感器波形的顯示，其數(shù)據(jù)8位總線DO?D7、CS、AO、RD、WR、C/D讀寫控制線，分別與18F4520微處理器的I/O口連接,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。該顯示模塊含有8位總線通訊接口、AC/DC電源轉(zhuǎn)換器，并具有較寬的工作電壓范圍和溫度范圍，其工作溫度為（一40?+80）笆，能夠?qū)崿F(xiàn)在高溫、嚴寒的惡劣環(huán)境中工作。
3軟件設計
3.1動態(tài)測量軟件
由于國內(nèi)現(xiàn)有動態(tài)電子軌道衡主要有斷軌軌道衡與不斷軌軌道衡2種型式，不斷軌軌道衡的壓力傳感器與剪力傳感器合成后的波形，與斷軌軌道衡傳感器輸岀的波形相同。因此，僅結合不斷軌圖中，C0、Cl、C2、C3分別代表兩側(cè)鋼軌上的4只剪力傳感器，P0、Pl、P2、P3分別表示兩側(cè)鋼軌上的4只壓力傳感器。當鐵路貨車以規(guī)定的速度從測量區(qū)間的左側(cè)通過測量區(qū)間時，C0、C1輸出波形的方向一致，C2、C3輸出波形的方向一致，后一組與前一組剪力傳感器輸出相比，存在時間滯后。4只壓力傳感器受正向垂直壓力，其輸出波形與剪力傳感器輸出呈現(xiàn)相同的時間滯后規(guī)律。以下分別為1節(jié)普通4軸貨車從左至右通過測量區(qū)間時傳感器輸出的實際波形。

通過上述傳感器輸出波形的合成，得到圖6所示波形。
圖6中：Po為貨車未到達測量區(qū)間時傳感器的輸出波形；R為貨車第1軸通過測量區(qū)間時傳感器的輸出波形，P?為貨車第1軸與第2軸通過測量區(qū)間時傳感器的輸出波形；P3為貨車第2軸通過測量區(qū)間時傳感器的輸出波形；P4為貨車第1軸與第2軸均離開測量區(qū)間時傳感器的輸出波形；R為貨車第3軸通過測量區(qū)間時傳感器的輸出波形；P6為貨車第3軸與第4軸通過測量區(qū)間時傳感器的輸出波形。
從上述波形分析可以得知，貨車的重量為

由于機車與車輛結構的不同，列車通過測量區(qū)間時，機車與車輛對應的傳感器波形也有差異，根據(jù)對波形的分析能實現(xiàn)機車車輛的判別。
3.2系統(tǒng)軟件
儀表軟件設計主要用Microchip公司特定的C語言完成，它能有效地利用單片機的資源，使系統(tǒng)程序更加簡潔，減少占用的內(nèi)存資源。軟件主要包含動態(tài)稱重、靜態(tài)稱重、系統(tǒng)狀態(tài)測試、測量結果瀏覽、傳感器波形采集、列車波形顯示、車號系統(tǒng)連接測試、系統(tǒng)參數(shù)設置等，整個軟件流程如圖7所示。

4結束語
利用嵌入式控制器，將傳感器信號釆集、信息處理、數(shù)據(jù)通訊融合一體的動態(tài)電子軌道衡稱重儀表，具有良好穩(wěn)定性。該儀表應用能提高動態(tài)電子軌道衡系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)場實際使用表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，完全符合動態(tài)電子軌道衡技術規(guī)范對儀表的要求。

作者：周用貴

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