3884_轨道压力测量系统设计

本科毕业设计(论文)
题目：轨道压力测试系统的设计
院 专 学 姓
系： 业： 号： 名：
机械工程学院 机械设计制造及其自动化
指导教师：
2016 年 3 月
摘
要
轨道电路是信号联锁的室外重要设备，起着保证行车和调车作业安全 的作用。它能监督检车某一固定区段内的线路是否有列车运行、调车作业 或车辆占用的情况，并能显示该区段内的钢轨是否完整。它是以钢轨为导 线，轨缝简用接续线连续起来，一端接电源，另一端连接受电器，通过轨 道电流来工作。 本文将以单片机为核心设计了轨道压力测试系统的结构图、程序指 令、流程图等等，在保留了原始轨道压力测试系统的基本功能的同时又增 加了一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以控制方便，灵活，只要 改变输入单片机的控制程序，便可以控制轨道压力测试系统，方便，简 洁。
目
录
摘要 .................................................................I Abstract ............................................................II 1 绪论 ................................................................1 1.1 课题的研究背景和历史意义 ........................................1 1.2 轨道压力测试系统的功能 ..........................................2 1.3 应用单片控制系统优点 ...........................................3 2 系统的组成及其工作原理 .............................................4 2.1 单片机的作用和功能 ..............................................6 2.2 单片机的应用场合 ................................................8 3 硬件系统的设计 ....................................................10 3.1 电源电路设计 ...................................................12 3.2 采样电路设计 ...................................................13 3.3 显示与报警电路设计 .............................................14 3.4 传感器的工作原理 ...............................................14 3.5 故障检测及显示系统的构成 .......................................14 4 系统软件的设计 ....................................................16 4.1 采样与数据处理 .................................................17 4.2 数据处理算法设计 ...............................................19 4.3 程序流程图 .....................................................21 4.4 程序源代码的生成 ...............................................22 结论 ................................................................23 致谢 ................................................................24 参考文献 ............................................................25
本系统各部分的主要功能是：电源管理主要负责对电池电压进行检测和升 压稳压，当电压低于 3V，系统停止工作，并进行欠压报警。主控 MCU 负责对采 集来的压力信号进行数学计算，将电压信号转换为压力值，在数码管上显示， 并可以进行手动调零及满量程调整。系统精度要求是±0.1kN；可以进行超量程 报警和未接传感器报警。为了达到低功耗的目的，在软件中做了休眠和关机的 功能。
1.3 应用单片控制系统优点
与传统的轨道压力测试系统相比，单片机在工业轨道压力测试系统上的优 势有以下几个方面： （1）高可靠性、强抗干扰能力的单片机控制系统作为现代大规模集成电路 技术的结果，采用了内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 （2）完成，功能齐全，单片机控制系统开发的适用性，已形成了一个大， 中，小系列产品的所有大小。可用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能外，大多数现代单片机控制系统具有完善的数据运算 能力，可用于各种控制领域。
1.2 轨道压力测试系统的功能
本系统以 PIC16F876A 单片机为核心，通过软件编程实现其对数据处理、系 统实时控制。系统框图如图 1 所示，由主控 MCU 模块、A/D 采样模块、电源管 理模块、显示模块和传感器组成。轨道压力测试系统的组成结构图如下图 1 所
1
示：
图 1 轨道压力测试系统的组成结构图
I
1 绪 论
1.1 Leabharlann Baidu题的研究背景和历史意义
单片机作为控制系统的核心部分，由于单片机体积小，使用方便的特点， 被应用在智能仪器上，再结合其他的传感器之类的，可以实现对温度、湿度等 精密量的测量，功能十分的强大。同样由于单片机的体积小、环境适应能力强 和使用方便等方面的优点，单片机也被普遍应用于工业控制上，比如多种多样 的通讯系统以及机器人等方面。此外，由于单片机的适应能力很强，所以在我 们常用的手机、电脑等物品上应用十分广泛。还有，医院的医疗设备如呼吸机 等也有单片机的广泛应用。还有就是汽车系统、物流系统、电力系统、通讯系 统等都广泛应用单片机。 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必 不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流， 和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条 件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中 协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的 趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可 以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新 的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成 本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人 的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械 和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人 类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和 分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人 脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年 还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是 要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践 促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手 是互相促进和平行进化。
关键词 单片机控制系统 可靠性 系统
Abstract
The track circuit is an important equipment of outdoor signal interlocking system, and plays to ensure traffic safety of shunting operation function. It can within the supervision and inspection of a fixed section line whether occupied by the train operation and shunting operation or vehicle, and can display the section of the rail is complete. The rail is a conducting wire, and the rail joint is continuously connected with a continuous line, one end is connected with a power supply, and the other end is connected with the electric appliance. The single-chip microcomputer as the core design of rail pressure test system structure diagram, program instructions, flow charts, and so on, while retaining the original rail pressure test system the basic function and added a series of practical function and simplify the circuit structure, it will to facilitate the control, flexible, as long as the change in the input of the MCU control procedures, they can control rail pressure testing system is convenient. Keywords Singlechip microcomputer Forging machine
0
在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般 的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为 一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解， 机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后 的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个 人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭 隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和 整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考 虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。 现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分 子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的 科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来 年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 产品的智能化与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅 在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操 作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人 工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前 进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。 总结以往在轨道压力测试系统设计过程中的经验可知，虽然测试的精确性 可以保证，但是方便性与精确性却很难同时达到，便捷的手持设备可以方便采 集到接近的数据，但不够精确又不耐腐蚀，使用寿命短，配合电子计算机的大 型设备又不能随身携带。更为困难的是在路况非常负责的铁路运输干线中是不 可能人工采集方法获得数据的，我们无法安排足够的人力每天多次测量众多的 铁路干线，即使测试出来了，所测得的数据也不便于统计分析。因此基于单片 机的轨道压力测试系统的建设势在必得。