列车测速测距系统

列车测速测距系统设计 学 院：机械与电子控制工程学院 专 业： 测控技术与仪器 指导教师： ** 北京交通大学列车测速测距系统设计报告摘要： .............................................................................................................................................. 1 1.系统使用背景 ................................................................................................................................ 2 2.测速系统主体系统流程图 ............................................................................................................ 2 3.列车测速系统原理 ........................................................................................................................ 2 3.1轮轴脉冲转速传感器 ......................................................................................................... 2 3.2测速定位法 ......................................................................................................................... 3 3.3信标定位 ............................................................................................................................. 3 4.传感器选型 .................................................................................................................................... 4 4.1 选型标准 ............................................................................................................................ 4 4.2 传感器类型 ........................................................................................................................ 4 4.3 传感器型号 ........................................................................................................................ 5 4.4 选定的传感器 .................................................................................................................... 7 5.隔离电路........................................................................................................................................ 8 6.整形电路........................................................................................................................................ 9 7.数据接收处理系统 ...................................................................................................................... 10 8.电源选择...................................................................................................................................... 11 总 结 ............................................................................................................................................ 14 北京交通大学列车测速测距系统设计报告

- 1 - 摘要： 本文阐述了基于霍尔传感器的列车测速测距系统的设计，详细给出了系统的构成、传感器的选择、隔离电路和整形电路的设计、单片机系统的设计等问题。

关键词： 霍尔传感器 测速 测距 铁路机车

引言： 随着高速铁路飞速发展，在时速超过350 km/h的高速铁路线路上，列车的测速定位问题显得越来越重要。传统的轨道电路定位法由于定位粗糙、精度不够，并且无法检知列车的即时速度，难以满足高速列车的定位要求。还有一种利用电机方式实现测速定位方法，该方式只适用于列车运行速度较低的线路。测速和定位还可通过外加输入信号直接获取列车的位置和速度信息，但该方式的测量精度受到一些因素的制约，在性价比方面存在局限性。传感器在高速铁路的测速和定位技术中成为当前的主流产品，应用较广，有多种类型：脉冲转速传感器、惯性加速度传感器、相对传感器、地面传感器、绝对传感器等。 北京交通大学列车测速测距系统设计报告

- 2 - 1.系统使用背景 随着铁路运输运行速度的提高，为保障列车安全、高效运行，需要设计可靠、精确的列车测速测距系统，以满足行车组织的需要。在列车运行过程中，可能出现打滑、空转等问题，而镟轮等问题也会影响列车测速测距的精准度。为了解决以上问题，我们设计了如下的列车测速测距系统。

2.测速系统主体系统流程图 传感器 隔离电路 整形电路

信号交换 单片机 3.列车测速系统原理 3.1轮轴脉冲转速传感器 轮轴脉冲转速传感器在高速铁路中应用较为广泛。轮轴脉冲转速传感器测速的基本工作原理：利用车轮的周长作为“尺子”测量列车走行距离，根据所测距离测算列车运行速度，其基本公式为：

V=πDn/3.6 式中，π=3.14，D为车轮直径，n为车轮转速。 从上式可知，测量列车速度就是检测列车车轮转速和列车轮径。脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，使脉冲频率与轮轴转速成正比。输出的脉冲经隔离和整形后直接输入计算机CPU进行频率测量，再经换算从而得出车组速度和走行距离闭。其原理框图如图1所示。

图1 脉冲转速传感器原理框图 北京交通大学列车测速测距系统设计报告

- 3 - 3.2测速定位法 测速定位法是一种辅助定位方法。在轨道电路定位法定位法中，车在区间的始端还是终端是无法判断的，对列车定位时的最大误差就是一个区段的长度。为了得到较为准确的位置信息，在计算具体位置信息时通常要引入列车的即时速度信息。引入测速信息后大大减小了定位的误差。目前使用较多的列车测速一般是：通过测量车轮转速，然后将车轮转速换算为列车直线速度。

图2:编码里程仪测距原理 列车车轮运动一周，霍尔开关输出64个或128个脉冲。列车车轮运动一周，霍尔开关输出的脉冲数越多，测速和／或测距精度越高。

列车运动速度＝单位时间内霍尔开关输出的脉冲数×（πΦ／霍尔开关每周输出的脉冲数）

列车运动距离＝编码里程计输出的脉冲数×（πΦ／霍尔开关每周输出的脉冲数） 式中Φ为列车车轮的直径。 由于列车周而复始地运动，车轮轮径不断磨损，目前城市轨道交通系统中允许列车车轮的轮径范围为840mm～770mm，电力机车1250mm，内燃机车1050mm，客车915mm，货车840mm，地铁车840mm等等，计算时代入相应的轮径即可。因此Φ是个变量，要定期或不定期地进行修正。

3.3信标定位

信标是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。信标分有源信标和无源信标两种, 有源信标可以实现车地的双向通信, 无源信标类似于非接触式IC 卡, 在列车经过信标所在位置时, 车载天线发射的电磁波激励信标工作, 并传递绝对位置信息给列车。

城市轨道交通系统中所使用的信标大部分为无源信标, 安装在轨道沿线。信标的作用是为列车提供精确的绝对位置参考点(也可以提供线路的坡度、弯度等其它信息)。由于信标提供的位置精度很高, 达厘米量级, 常用信标作为修正列车实际运行距离的手段。采用信标定位技术的信息传递是间断的, 即当列车从一个信息点获得地面信息后, 要到下一个信息点才能更新信息, 若其间地面情况发生变化, 就无法立即将变化的信息实时传递给列车, 因此, 信标定位技术往往作为其它定位技术的补充手段。