CN111076954A - 一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，包括有用于向检测装置的其它各个模块单元提供工作电源供电模块、用于采集列车当前环境温湿度信息和列车风管的压力信息的信息采集单元、用于实现上位机与高速处理器无线远距离信息传输的无线传输单元、高速处理器、人机交互单元和数据存储模块；本发明在结构上高度集成，采用模块化设计，效率高，响应快，便于携带，实现了获取有效的列车管风压值并对信息进行无线远距离传输控制，能适应长时间室外恶劣环境下工作，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及铁路站场列车试风时尾部风压数据采集技术领域，尤其是一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置。
背景技术
当前，在铁路的大型列车到发场，车辆段列检所按照《铁路技术管理规范》中有关的规范对列车发车前需进行试风试验。站场试风一般采取的是微机自动控制试风设备，但在实际运用中，微机自动控制试风设备仍存在实验过程中无法自动对列车尾部风压数据进行实时准确的监控、记录和利用，容易发生人为放过不合格列车，也为后续的故障列车分析带来困难。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有的列车试风试验出现的上述问题，为此提供一种成本低廉、实现容易、结构模块化，并且实用范围广、高效稳定的基于无线远传技术的列车管风压检测装置。
本发明的具体方案是：一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，包括有如下模块单元：
供电模块，用于向检测装置的其它各个模块单元提供工作电源；
信息采集单元，包括用于监测列车内部环境温湿度信息的温湿度传感器、用于监测列车管风压信息的风压传感器、A/D转换模块、开关控制电路A；温湿度传感器将实时采集到的温湿度信息传输至高速处理器；风压传感器实时采集到的风压信息经过A/D转换模块的A/D转换后传输至高速处理器，高速处理器输出指令至开关控制电路A，以控制A/D转换模块的通电运行；
无线传输单元，包括开关控制电路B和无线语音对讲及数传模块，开关控制电路B实时根据高速处理器输出的指令控制无线语音对讲及数传模块的通电运行，无线语音对讲及数传模块用于实现以无线远距离方式通讯连接上位机，高速处理器控制无线语音对讲及数传模块实现对信息的收发工作；
高速处理器，根据温湿度传感器对于不同温湿度环境下列车管所标定的风压值，实时换算出列车管基于当前温湿度环境下的风压值；
人机交互单元，由用于输入或修改工作参数的键盘输入模块和用于显示采集到的数据与工作参数的数码显示模块组成，键盘输入模块与数码显示模块分别通信连接高速处理器；
数据存储模块，用于通信连接高速处理器并实现数据与工作参数的本地化存储。
本发明中所述供电模块由线性充电芯片、锂电池和线性电压调节器组成，线性充电芯片用于控制外部电源向锂电池提供充电电压，锂电池通过线性电压调节器向检测装置的各个模块单元提供稳定的工作电压。
本发明中所述温湿度传感器采用型号为SHT20的数字温湿度传感器，并采用IIC协议与高速处理器通讯；所述风压传感器采用四线制压力传感器，并通讯连接A/D转换模块的模拟量输入端口；所述A/D转换模块采用24位无失码、19位有效精度的型号为CS1180的模数转换芯片，A/D转换模块采用SPI总线协议与高速处理器通讯；所述开关控制电路A采用PMOS管，高速处理器的I/O端口连接PMOS管的栅极，PMOS管的源极连接供电模块，PMOS管的漏极作为电压输出端，高速处理器通过对PMOS管的导通与截止的控制来实现控制A/D转换模块的通电运行。
本发明中所述无线传输单元中的开关控制电路B与无线语音对讲及数传模块之间装有升压电路；所述升压电路采用型号为SX1308的升压变换器芯片，用于将3.3V电压升至4.7V电压，以为无线语音对讲及数传模块提供工作电源。
本发明中所述开关控制电路B由一个PMOS管和一个NMOS管组成，高速处理器的I/O端口连接NMOS管的栅极，NMOS管的源极接地，NMOS管的漏极接PMOS管的栅极，NMOS管的源极连接供电模块，NMOS管的漏极作为电压输出端。
本发明中所述无线语音对讲及数传模块采用的型号为SR-FRS-2WU，并通过RS232串行线通讯连接高速处理器。
本发明中所述键盘输入模块设有四个独立按键，四个独立按键分别为“加”、“减”、“确认”和“电源”键，键盘输入模块设有与其四个独立按键相对应的四个信号线，四个信号线对应连接高速处理器的中断输入端口；所述数码显示模块采用四段数码管，四段数码管的各个引出线对应连接高速处理器的输出端口。
本发明中所述高速处理器采用高性能32位ARM架构处理器，搭载RTOS实时操作系统，采用多线程模式对各个模块进行数据处理与控制；所述数据存储模块采用W25Q16Flash Rom芯片，其存储容量为2M字节，数据存储模块采用标准SPI接口与高速处理器进行通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明设计模块化，搭载嵌入式实时操作系统，具备多线程处理任务能力，效率高，响应快，并实现了对信息的无线远距离收发控制；
(2)本发明能根据温湿度环境变化自动对实时采集到的列车管的风压值进行相应补偿，从而获取有效的列车管风压值，满足了设备在恶劣环境条件下工作需求；
(3)本发明结构上高度集成，且具备大容量可循环充电电池电源，绿色节能，能满足随身携带长时间工作要求；
(4)无线通信距离远，无线传输模块中搭载的数传芯片其发射功率高达2W, 开阔地通讯距离可达9公里；
(5)支持数据续传，存本地功能，数据存储模块中配备了高达2M容量的Flash芯片，其支持在无线通信中断的情况下将其存在本地，待通信恢复正常后自动续传未上传数据，避免了数据因未知通信故障而导致丢失。
附图说明
图1是本发明的控制结构框图；
图2是本发明中供电模块的电气原理图；
图3是本发明中信息采集单元的电气原理图；
图4是本发明中温湿度传感器的电气原理图；
图5是本发明中无线传输单元的电气原理图；
图6是本发明中键盘输入模块的电气原理图；
图7是本发明中数码显示模块的电气原理图；
图8是本发明中数据存储模块的电气原理图。
图中：1—供电模块，2—温湿度传感器，3—风压传感器，4—A/D转换模块，5—开关控制电路A，6—高速处理器，7—开关控制电路B，8—升压电路，9—无线语音对讲及数传模块，10—上位机，11—键盘输入模块，12—数码显示模块，13—数据存储模块。
具体实施方式
参见图1，一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，包括有如下模块单元：
供电模块1，用于向检测装置的其它各个模块单元提供工作电源；
信息采集单元，包括用于监测列车内部环境温湿度信息的温湿度传感器2、用于监测列车管风压信息的风压传感器3、A/D转换模块4、开关控制电路A5；温湿度传感器2将实时采集到的温湿度信息传输至高速处理器6；风压传感器3实时采集到的风压信息经过A/D转换模块4的A/D转换后传输至高速处理器6，高速处理器6输出指令至开关控制电路A5，以控制A/D转换模块4的通电运行；
无线传输单元，包括开关控制电路B7和无线语音对讲及数传模块9，开关控制电路B7实时根据高速处理器6输出的指令控制无线语音对讲及数传模块9的通电运行；高速处理器6根据内置的工作参数控制无线语音对讲及数传模块9以无线远距离传输方式向上位机10传输列车管风压值和相应的工作参数，无线语音对讲及数传模块9实时响应上位机10对高速处理器6内置的工作参数的修改命令；
高速处理器6，根据温湿度传感器2对于不同温湿度环境下列车管所标定的风压值，实时换算出列车管基于当前温湿度环境下的风压值；
人机交互单元，由用于输入或修改工作参数的键盘输入模块11和用于显示采集到的数据与工作参数的数码显示模块12组成，键盘输入模块11与数码显示模块12分别通信连接高速处理器6；
数据存储模块13，用于通信连接高速处理器6并实现数据与工作参数的本地化存储。
参见图2，本实施例中所述供电模块1由线性充电芯片、锂电池和线性电压调节器组成，线性充电芯片型号为TP4058，线性电压调节器型号为TLV70233；线性充电芯片用于控制外部电源向锂电池提供充电电压，其中线性充电芯片的BAT端口连接锂电池，锂电池通过线性电压调节器向检测装置的各个模块单元提供稳定的3.3V工作电压。
参见图4，本实施例中所述温湿度传感器2采用型号为SHT20的数字温湿度传感器，并采用IIC协议与高速处理器6通讯；参见图3，所述风压传感器3采用四线制压力传感器，并通讯连接A/D转换模块4的模拟量输入端口；所述A/D转换模块4采用24位无失码、19位有效精度的型号为CS1180的模数转换芯片，A/D转换模块4采用SPI总线协议与高速处理器6通讯；所述开关控制电路A5采用PMOS管Q4，高速处理器6的I/O端口连接PMOS管Q4的栅极，PMOS管Q4的源极连接供电模块1的一个电平端VDD33，PMOS管Q4的漏极作为电压输出端，高速处理器6通过对PMOS管Q4的导通与截止的控制来实现控制A/D转换模块4的通电运行。
参见图5，本实施例中所述无线传输单元中的开关控制电路B7与无线语音对讲及数传模块9之间装有升压电路8；所述升压电路8采用型号为SX1308的升压变换器芯片，用于将3.3V电压升至4.7V电压，以为无线语音对讲及数传模块9提供工作电源。
参见图5，本实施例中所述开关控制电路7由一个PMOS管Q1和一个NMOS管Q2组成，高速处理器6的I/O端口连接NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2的源极接地，NMOS管Q2的漏极接PMOS管Q1的栅极，NMOS管Q1的源极连接供电模块1上的电压输出端口VBAT，NMOS管Q1的漏极作为电压输出端以连接升压变换器芯片的输入端；高速处理器6通过向NMOS管Q2的栅极输入一电平信号，来控制NMOS管Q2的导通与截止，当NMOS管Q2导通时，PMOS管Q1栅极电平拉低，从而使PMOS管Q1漏极与源极导通，电池正极电压流向升压电路8。
参见图5，本实施例中所述无线语音对讲及数传模块9采用的型号为SR-FRS-2WU，其发射功率高达2W，开阔地通讯距离可达9公里，并通过RS232串行线通讯连接高速处理器6。
参见图6，本实施例中所述键盘输入模块11设有四个独立按键，四个独立按键分别为“加”、“减”、“确认”和“电源”键，键盘输入模块11设有与其四个独立按键相对应的四个信号线，四个信号线对应连接高速处理器6的中断输入端口；参见图7，所述数码显示模块12采用四段数码管，四段数码管的各个引出线对应连接高速处理器6的输出端口。
本实施例中所述高速处理器6采用高性能32位ARM架构处理器，搭载RTOS实时操作系统，采用多线程模式对各个模块进行数据处理与控制；参见图8，所述数据存储模块13采用W25Q16 Flash Rom芯片，其存储容量为2M字节，数据存储模块13采用标准SPI接口与高速处理器6进行通信。
Claims (8)
1.一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：包括有如下模块单元：
供电模块，用于向检测装置的其它各个模块单元提供工作电源；
信息采集单元，包括用于监测列车内部环境温湿度信息的温湿度传感器、用于监测列车管风压信息的风压传感器、A/D转换模块、开关控制电路A；温湿度传感器将实时采集到的温湿度信息传输至高速处理器；风压传感器实时采集到的风压信息经过A/D转换模块的A/D转换后传输至高速处理器，高速处理器输出指令至开关控制电路A，以控制A/D转换模块的通电运行；
无线传输单元，包括开关控制电路B和无线语音对讲及数传模块，开关控制电路B实时根据高速处理器输出的指令控制无线语音对讲及数传模块的通电运行，无线语音对讲及数传模块用于实现以无线远距离方式通讯连接上位机，高速处理器控制无线语音对讲及数传模块实现对信息的收发工作；
高速处理器，根据温湿度传感器对于不同温湿度环境下列车管所标定的风压值，实时换算出列车管基于当前温湿度环境下的风压值；
人机交互单元，由用于输入或修改工作参数的键盘输入模块和用于显示采集到的数据与工作参数的数码显示模块组成，键盘输入模块与数码显示模块分别通信连接高速处理器；
数据存储模块，用于通信连接高速处理器并实现数据与工作参数的本地化存储。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述供电模块由线性充电芯片、锂电池和线性电压调节器组成，线性充电芯片用于控制外部电源向锂电池提供充电电压，锂电池通过线性电压调节器向检测装置的各个模块单元提供稳定的工作电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述温湿度传感器采用型号为SHT20的数字温湿度传感器，并采用IIC协议与高速处理器通讯；所述风压传感器采用四线制压力传感器，并通讯连接A/D转换模块的模拟量输入端口；所述A/D转换模块采用24位无失码、19位有效精度的型号为CS1180的模数转换芯片，A/D转换模块采用SPI总线协议与高速处理器通讯；所述开关控制电路A采用PMOS管，高速处理器的I/O端口连接PMOS管的栅极，PMOS管的源极连接供电模块，PMOS管的漏极作为电压输出端，高速处理器通过对PMOS管的导通与截止的控制来实现控制A/D转换模块的通电运行。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述无线传输单元中的开关控制电路B与无线语音对讲及数传模块之间装有升压电路；所述升压电路采用型号为SX1308的升压变换器芯片，用于将3.3V电压升至4.7V电压，以为无线语音对讲及数传模块提供工作电源。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述开关控制电路B由一个PMOS管和一个NMOS管组成，高速处理器的I/O端口连接NMOS管的栅极，NMOS管的源极接地，NMOS管的漏极接PMOS管的栅极，NMOS管的源极连接供电模块，NMOS管的漏极作为电压输出端。
6.根据权利要求1或4所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述无线语音对讲及数传模块采用的型号为SR-FRS-2WU，并通过RS232串行线通讯连接高速处理器。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述键盘输入模块设有四个独立按键，四个独立按键分别为“加”、“减”、“确认”和“电源”键，键盘输入模块设有与其四个独立按键相对应的四个信号线，四个信号线对应连接高速处理器的中断输入端口；所述数码显示模块采用四段数码管，四段数码管的各个引出线对应连接高速处理器的输出端口。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线远传技术的列车管风压检测装置，其特征是：所述高速处理器采用高性能32位ARM架构处理器，搭载RTOS实时操作系统，采用多线程模式对各个模块进行数据处理与控制；所述数据存储模块采用W25Q16 Flash Rom芯片，其存储容量为2M字节，数据存储模块采用标准SPI接口与高速处理器进行通信。
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Cited By (1)
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| CN112590750A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-02 | 神华铁路装备有限责任公司 | 车载监控仪、列车制动监控系统及铁路货车 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112590750A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-02 | 神华铁路装备有限责任公司 | 车载监控仪、列车制动监控系统及铁路货车 |
| CN112590750B (zh) * | 2020-12-23 | 2022-04-01 | 神华铁路装备有限责任公司 | 车载监控仪、列车制动监控系统及铁路货车 |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200428 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |