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| 轨道状态检测系统数据采集模块设计 摘 要 现代社会轨道交通的发展日新月异，伴随着急速发展的同时，轨道交通线路运行更加繁忙，轨道作为列车运行的基础，承受的压力也越来越大，列车的安全性和舒适性面临极大挑战。在这种情况下，轨道状态的数据采集的实时性和准确性就显得格外重要。这种采集模块不仅能有助于提升轨道日常检测的检测效率和检测精度，还能在轨道交通安全运输运行和通畅方面起很大作用。 本文通过对国内外轨道检测研究现状的分析，和对轨道状态检测原理以及功能需求的研究，提出了数据采集模块硬件设计方案和软件设计方案。硬件方面根据系统性能要求，完成了包括光电编码器、陀螺仪、倾角仪、加速度计等关键元器件的选型。同时设计出了下位机采集系统完成了原理图以及PCB设计，主要包括供电电路、同步触发电路、传感器信号调理电路、A/D转换电路等。上位机软件方面，在Visual Studio 平台下完成软件的编写。实现了对模块采集来的数据的实时显示和存储的功能。最后，为了验证本课题的正确性和可行性，在实际轨道上进行了调试与测试工作。从调试和应用结果可以看出，该系统检测精度满足设计要求，可靠性高，具有良好的实时性和准确性。 关键词：轨道检测、数据采集、抗混叠滤波、STM32、传感器 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 1 绪论 3 1.1 背景及意义 3 1.2 发展与现状 4 1.3 本文研究内容及目标 5 2 系统原理及设计方案 6 2.1 轨道检测系统的检测原理 6 2.1.1 轨距的检测原理 6 2.1.2 高低的检测原理 7 2.1.3 轨向的检测原理 7 2.1.4 水平（超高）检测原理 8 2.1.5 三角坑检测原理 8 2.1.6 曲率的检测原理 9 2.1.7 速度和里程的检测原理 10 2.2 轨道检测系统的技术参数 10 2.3 数据采集模块的总体架构 11 2.3.1测量单元 12 2.3.2采集系统 12 2.3.2上位机系统 12 2.4 硬件设计方案 13 2.5 软件设计方案 13 2.6 关键元器件选型 13 2.6.1 2D数字激光传感器 13 2.6.2 三轴陀螺仪 14 2.6.3 倾角仪 16 2.6.4 三轴加速度计 17 2.6.5 旋转式增量编码器 18 3 硬件电路及软件设计 19 3.1 STM32F103C8T6最小系统电路设计 20 3.2 供电系统电路设计 22 3.3 正交采集电路设计 22 3.4 同步触发电路 23 3.5 信号调理电路 23 3.5.1 抗混叠滤波电路功能 24 3.5.2 理想滤波器频率特性 24 3.5.3 实际滤波器频率特性 25 3.5.4 滤波器类型选取 26 3.5.5 巴特沃斯低通滤波器设计 27 3.5.6电平调整电路 30 3.5.7 调整电路仿真及调试 32 3.5.8 电路制作及测试 33 3.6系统软件设计及验证 35 3.7 下位机软件设计 35 3.8上位机软件设计 36 4.8.1 上位机软件开发平台 36 3.8.2 上位机软件流程分析 37 3.9编程软件介绍 38 3.10上位机软件界面设计 41 3.11 软件可行性验证 41 4 采集模块的测试和实验结果 42 4.1 测试方案 42 4.2 测试结果 43 5 总结与展望 45 参考文献 47 |
