列车折关检测系统分析及数据处理算法探讨Word格式.docx
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17:
12来源:
自动化与信息工程作者:
王刚黄挚雄
1引言
列车在运行过程中,若发生折角塞门误关（简称折关,主要由人为故意破坏非正常关闭折角塞门或者折角塞门由于长久工作而自然损坏两方面原因造成）,在列车需要制动时,使空气制动功能受到影响,制动力下降,严重时将造成列车冒进、追尾等事故。
因此,列车”折关”是铁路安全运行中存在的重要问题之一。
铁道部1988年已将防止折角塞门关闭造成事故问题列为铁路安全的重点攻关项目。
当前对列车折关检测主要是根据对列车管内气压数据的采样,然后与正常情况下的数据对比计算获得折关与否以及折关的具体位置。
基于此原理研发成的检测装置大致有三类:
（1）列车尾部安全装置,
（2）列车折关检测报警记录装置（列车管贯通状态检测仪）,（3）列车制动主管漏泄检测仪。
本文介绍的系统设计是基于列车折关检测报警记录装置原理。
2检测系统电路设计
检测系统电路包括信号调理板、单片机电路、滤波放大电路、A／D转换电路、显示电路等,如图1所示。
单片机是系统的核心,它控制A／D转换器采样经滤波放大后的压力、差压信号并转换成数字量,按照一定的算法规则处理后,得到代表列车管贯通状态的具体值并送显示电路。
2．1滤波放大电路
装置检测盒送出的压力P是0mA～20mA信号,差压。
DP是10±
10mA信号,这种电流源信号对激励电压的变化不敏感,长导线传输也不会因电压降或感应噪声产生误差。
由于列车运行时现场条件恶劣且干扰严重,加之扩散硅压阻传感器本身对声压及其它杂散干扰较为敏感,传感器送给主机的两个信号分别经过两个低通滤波器,使信号质量得到提高,该低通滤波器采用MAX291,它是一个8级巴特沃斯低通滤波器,为了防止信号过载使滤波器失效和损坏,两输入信号均加有硬件过载保护电路。
放大部分由LMl24及外围元件组成,它将P和DP分别放大到10V和5V+5V,供A／D转换使用。
图2是压力P信号的虑波放大电路原理图,可调比较电平是在定压5kg和6kg二种情况下,为截取信号的有用变化分量进行充分放大而设置的。
2．2A／D转换电路
A／D转换过程中,每隔时间T对输入的连续信号进行采样,采样后的数据在时间上是离散的,然后经过量化（即编码）将模拟信号转化成数字信号。
在A／D转换器中,采用四舍五入的取整量化方式。
毫无疑问,量化会使信号失真,给系统带来量化误差,影响系统的精度和过程平滑。
为了减少量化误差对系统精度和平滑性的影响,应该正确地选用A／D转换器。
当监测列车管中气体的压力、差压变化时,需要同时对两个信号进行实时采集并将其转换成数字量,为了提高系统的动态性能和测量精度,采用了12位高速A／D转换器MAXl96来进行模数转换,并用MAX624l做基准。
经前向处理后的P和DP信号分别送到MAXl96的CH0和CHl,在89C5l的控制下完成A／D转换。
图3为A／D转换电路连接图。
2．3显示电路
装置的显示采用MAX7219驱动LED显示器。
它与微处理器的连接简单,能够与微处理器任意三个端口连接。
如图4所示为微处理器与MAX7219的一种连接方式。
MAX7219是一种高集成化的串行输入／输出的共阴极LED显示驱动器。
每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管,能够多片级联,只需将上一片的DOUT连接下一片的DIN即可,CLK和LOAD线全部公用,连在一起。
在多片级联时,对MAX7219的操作指令要注意LOAD信号的起止点,操作开始时,LOAD下降为低电平,按照每片MAX7219两个字节,如果有N片,则发送2N个字节后,LOAD上升为高电平。
还需注意的是,先发送的指令将到达级联的最后一片。
MAX7219内部设有扫描电路,除了更新显示数据时从单片机接收数据外,平时独立工作,极大地节省了MCU有限的运行时间和程序资源。
3折关检测算法研究
3．1数据分析及选择
列车折关故障检测系统由于是一个存在各种非理想因素的复杂系统,检测所测得的信号带有很大的随机性,其特征往往只能从统计意义上予以描述。
在这里,传统的滤波方法不可能将无用信号从测量数据中分离出来,为了获取可信度较高的有用数字信息,采用从数据系列中提取逼近真值数据的软件算法,由于这种软件滤波具有较强的自适应性,其效果往往是硬件滤波电路所达不到的。
对于n次等精度数据采集,存在着系统误差、随机误差和因突发干扰引起的疏失误差,这都将使采集的数据偏离真值。
此时,可用剔除m个误差数据后的n—m个测量数据的算术平均值y作为测量结果的真值。
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