液壓道岔智能數(shù)字壓力表設(shè)計
目前液壓轉(zhuǎn)轍機在鐵路轉(zhuǎn)轍機使用占有率達(dá)80%以上。尤其在高鐵站，占有率達(dá)90%以上。根振鐵路局故障統(tǒng)計結(jié)果顯示,道 岔故障占故障總量的45%以上。道岔液壓轉(zhuǎn)撤機核心數(shù)據(jù)就是油缸的壓力數(shù)值。通過對壓力數(shù)值的分析可以預(yù)判轉(zhuǎn)轍機故障，可以把道岔 故障消滅在萌芽狀態(tài)，極大減少道岔轉(zhuǎn)撤機的故障。目前壓力測試使用機械壓力表。機械儀表易損壞且不具有數(shù)據(jù)存儲與讀取歷史數(shù)據(jù)功 能，人工依賴性較大，嚴(yán)重影響了道岔液壓轉(zhuǎn)轍機狀況觀測的時效性。采用智能數(shù)字壓力表可極大地改變道岔液壓轉(zhuǎn)轍機的檢測技術(shù)，可以 長時間安裝在轉(zhuǎn)轍機、能存儲3個月的壓力值。有條件可以聯(lián)網(wǎng)把壓力值及時傳回室內(nèi)。有利于鐵路設(shè)備監(jiān)測的自動化、確保道貧檢測時效 性和檢測質(zhì)量，壓縮道岔液壓轉(zhuǎn)轍機的故障率。
1.研制道岔液壓轉(zhuǎn)轍機智能數(shù)字壓力表的設(shè)計要求
1.1產(chǎn)品功能需求
①采用4位LED顯示屏，顯示壓力值。②具有歷史數(shù)據(jù)存儲功 能;智能數(shù)字壓力表可以對轉(zhuǎn)轍機壓力在線監(jiān)測并記錄?？梢源鎯σ?/span> 年的動作壓力數(shù)據(jù)。③具有系統(tǒng)休眠功能，通過監(jiān)視電機啟動電流，喚 醒和休眠智能數(shù)字壓力表，每天工作大約20次左右。④采用電池供 電,低功耗，電池更換周期大于三個月。⑤*用外部供電模式時可擴展 RS~485通信功能。⑥具有自檢測功能。⑦工作溫度:-40尤?70T；。
1.2產(chǎn)品性能要求
①測量壓力范圍：正常工作壓力0?14MPa，極限壓力不大于 20MPa;②測量精度小于0.5MPa;③分辨率為O.IMPa。
1.3電源及功耗電池供電時,工作電壓3.6V DC，功耗不大于 0.6W;外部供電時,工作電壓12V DC(暫定），功耗不大于0.6W。
1.4環(huán)境適應(yīng)性要求
1.4.1高溫要求
工作試驗:在7(?：條件下保溫2h后,產(chǎn)品應(yīng)能正常工作,性能 應(yīng)滿足1.2條要求。
1.4.2低溫要求
工作試驗:在-401條件下保溫2h后,產(chǎn)品應(yīng)能正常工作，性能 應(yīng)滿足1.2條要求。
2.設(shè)計方案
2.1產(chǎn)品組成
產(chǎn)品由油路轉(zhuǎn)接和液壓傳感器組件、電流監(jiān)視器組件、CPU板 組件、顯示和按鈕組件、電池組件、外殼組件等組成。
產(chǎn)品原理框圖見圖1。
2.1.1油路轉(zhuǎn)接和液壓傳感器組件
產(chǎn)品安裝緊固用錐管螺紋螺釘，其自設(shè)置有垂直中心孔和橫向 側(cè)孔連通，用于油路導(dǎo)通，將油壓引入產(chǎn)品內(nèi)部傳感器;同時產(chǎn)品安 裝凸臺上下面放置有紫銅墊，經(jīng)錐管螺紋螺釘緊定密封。
液壓傳感器選取量程為0-3000psi。具有以下特點:①焊接式或 過程式接頭選擇;②±0.25%非線性;③±1.0%溫度誤差;④±1.0%互換 性量程(需接增益調(diào)節(jié)電阻);⑤固態(tài)結(jié)構(gòu)，性能可靠。
液壓傳感器供電由MOS開關(guān)轉(zhuǎn)換，信號器在休眠模式時，傳感 器無供電；當(dāng)收到電流監(jiān)控單元信號或收到CPU相應(yīng)指令時,MOS 開關(guān)打通，傳感器供電工作，從而延長電池使用壽命。
液壓傳感器輸出電壓信號為0~100mV,信號經(jīng)運放放大后再由 解算單元采集計算。
2.1.2CHJ板組件
CPU板組件主要包括電源轉(zhuǎn)換電路、CPU及外圍電路、顯示屏 驅(qū)動電路、時鐘及存儲電路。
①電源轉(zhuǎn)換電路。CPU板供電為3.6V,選用TI電源轉(zhuǎn)換芯片將 3.6V電壓轉(zhuǎn)為5V和10V分別為其他各部件供電。②CPU及外圍電 路。CPU采用MSP系列超低功耗微控制器做為解算單元，MSP由多個 器件組成，這些器件特有針對多種應(yīng)用的不同外設(shè)集,此架構(gòu)與擴展 功率描述組合使用,是在便攜式測量應(yīng)用中實現(xiàn)延長電池壽命的最優(yōu) 選擇。③時鐘及存儲電路。時鐘單元采用時鐘芯片，該芯片具有內(nèi)部晶 振、充電電池、串行NVRAM的高精度和免調(diào)校實時時鐘，與CPU的 接口電路采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)12C總線，從而簡化了接口電路設(shè)計，無需擴 展任何外圍元件可構(gòu)成一個高精度實時時鐘及具有256Kb非易失性 SRAM的數(shù)據(jù)存儲電路用于數(shù)據(jù)存儲。④數(shù)據(jù)采集模塊。產(chǎn)品采用內(nèi) 部電池供電時，經(jīng)可擴展U盤/SD卡讀寫模塊，將數(shù)據(jù)從CPU的 USRT或SPI接口經(jīng)U盤/SD卡讀寫模塊存人移動存儲設(shè)備。
產(chǎn)品采用外部供電模式時，傳感器測得的信號經(jīng)運算放大后由 CPU采集處理數(shù)據(jù),通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RS485總線有線傳輸。
2.2軟件設(shè)計
軟件采用模塊化設(shè)計，主控程序流程是:系統(tǒng)完成上電后，首先 關(guān)閉中斷，然后初始化數(shù)據(jù)及外設(shè)，之后開啟中斷，進(jìn)人程序主循 環(huán)。在主循環(huán)中:.CPU循環(huán)檢測是否有外部信號輸人(按鍵或電流監(jiān) 控器信號），若有則啟動A/D中斷并讀取其標(biāo)志位，讀取A/D轉(zhuǎn)換 值,然后計算出對應(yīng)的壓力,驅(qū)動顯示屏顯示數(shù)據(jù),調(diào)用當(dāng)時時鐘且 存儲數(shù)據(jù)。
軟件為一般處理程序，采用順序結(jié)構(gòu)。
軟件技術(shù)設(shè)計如下:①健壯性設(shè)計:軟件跑飛后，可自動復(fù)位系 統(tǒng)，并且具有自檢功能，對于干擾信號和異常現(xiàn)象能夠及時處理;② 多余物處理:軟件中不應(yīng)包含執(zhí)行不到的語句，不應(yīng)定義不使用的 變量;③軟件應(yīng)關(guān)閉不使用的中斷；④故障處理設(shè)計:軟件應(yīng)包含自 檢測功能，實時輸出故障信息。
2.3 “可靠性、維修性”設(shè)計
①選用滿足使用溫度濕度環(huán)境要求的器件、原材料;②充分考 慮電池過載保護(hù)能力和使用環(huán)境要求，以保證電池的性能在規(guī)定的 使用環(huán)境條件下不會降低;③電源特性設(shè)計,保證系統(tǒng)能在外接電 源波動情況下正常工作(外部供電時）;④選用滿足使用環(huán)境要求的 表面處理工藝。電池可原位更換。
