傳感器課程設(shè)計(jì)---列車測速測距系統(tǒng)

1、<p><b>　　傳感器原理及應(yīng)用</b></p><p><b>　　課題研究</b></p><p>　　課題名稱： 列車測速測距系統(tǒng) </p><p>　　院 系： 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 測控技術(shù)

2、與儀器 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、 各種檢測方式與比較- 2 -</p><p>　?。ㄒ唬?測速電機(jī)- 2 -</p><p>　?。ǘ?光電式- 2 -</p><p>　　（三） GPS- 2 -</p>&

3、lt;p>　　（四） 航位推算系統(tǒng)- 3 -</p><p>　?。ㄎ澹?雷達(dá)測速- 3 -</p><p>　　（六） 未來的方向- 3 -</p><p>　　二、 傳感器的選擇及安裝- 3 -</p><p>　　三、 光電轉(zhuǎn)速傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 4 -</p><p>　?。ㄒ唬?光電傳感器-

4、 4 -</p><p>　?。ǘ?調(diào)理電路- 6 -</p><p>　?。ㄈ?測量系統(tǒng)主機(jī)部分設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　?、?單片機(jī)- 8 -</p><p>　?、?程序模塊設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>　?、?主程序流程圖程序流程圖- 10 -</p><p>

5、　?、?動(dòng)態(tài)顯示仿真- 12 -</p><p>　　四、 雷達(dá)部分- 13 -</p><p>　?。ㄒ唬?雷達(dá)測速系統(tǒng)- 13 -</p><p>　　① 雷達(dá)測速原理及安裝- 13 -</p><p>　?、?系統(tǒng)框圖- 14 -</p><p>　?、?環(huán)節(jié)選型- 14 -</p>&

6、lt;p>　　五、 修正部分- 15 -</p><p>　　（一） 定位技術(shù)背景- 15 -</p><p>　?。ǘ?多傳感器融合測速方法及問題- 16 -</p><p>　　（三） 修正方法- 17 -</p><p>　?。ㄋ模?列車打滑實(shí)驗(yàn)的傳感器速度曲線- 18 -</p><p>　　

7、六、 無線傳輸- 19 -</p><p>　　七、 電源- 20 -</p><p>　　八、 參考文獻(xiàn)- 20 -</p><p>　　附錄A 光電傳感系統(tǒng)總程序清單- 21 -</p><p>　　摘要： 目前, 安全問題日益受到重視, 使得對各種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究不斷加強(qiáng), 列車速度和位置的檢測, 作為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的先決條

8、件也就顯得越來越重要。隨著鐵路大提速，列車運(yùn)行速度越來越快，傳統(tǒng)的測速方法存在一些不足之處。為此本文提出了一種適合列車運(yùn)行中實(shí)時(shí)監(jiān)測的多傳感器融合的測速測距系統(tǒng)。論文重點(diǎn)研究了多傳感器信息融合在城市軌道交通列車測速定位的應(yīng)用。以信息融合技術(shù)為基礎(chǔ)，研究以速度傳感器為核心的多傳感器融合列車測速定位系統(tǒng)，并且有效地防止空轉(zhuǎn)等故障現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光電式傳感器；航位推算系統(tǒng)；雷達(dá)測速；列車；測速

9、測距</p><p><b>　　各種檢測方式與比較</b></p><p><b>　　測速電機(jī)</b></p><p>　　從應(yīng)用情況看, 測速電機(jī)方式雖然比較簡單, 但在低速時(shí)感生電動(dòng)勢較低, 造成測量精度降低, 車速低于一定值時(shí)甚至不能推動(dòng)測速單元工作, 并且系統(tǒng)可靠性較差。 </p><p

10、><b>　　光電式轉(zhuǎn)速傳感器</b></p><p>　　由于車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)直接反映列車的運(yùn)動(dòng), 因此可以利用車軸轉(zhuǎn)動(dòng)信息獲得列車的運(yùn)行速度,所以我們可以采用光電式轉(zhuǎn)速傳感器。不足：由于利用輪軸旋轉(zhuǎn)信息進(jìn)行測速測距, 不可避免地受到車輪走行狀態(tài)的影響。</p><p><b>　　GPS</b></p><p>　　不

11、足：①當(dāng)線路平行股道十分接近或有多個(gè)列車進(jìn)出站時(shí), 難以識別列車占用的是哪一股道; ②在地形復(fù)雜地段, 例如在山區(qū)和隧道內(nèi), 由于無線電波傳播特性的影響會產(chǎn)生信號盲區(qū)。</p><p><b>　　航位推算系統(tǒng)</b></p><p>　　受到傳感器本身溫漂、敏感度等的影響，航位推算系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)測量具有較高的精度，但長時(shí)間使用會導(dǎo)致較大的累積誤差，因此在使用航位推算

12、系統(tǒng)進(jìn)行列車測速定位時(shí)，需要解決累積誤差的補(bǔ)償問題。</p><p><b>　　雷達(dá)測速</b></p><p>　　雷達(dá)測速是一種直接測量速度的方法，可以直接得到列車實(shí)際的運(yùn)行速度，不需要通過車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的信息來間接測量。在機(jī)車上安裝雷達(dá), 始終向軌面發(fā)射電磁波, 由于機(jī)車和軌面之間有相對運(yùn)動(dòng), 根據(jù)多普勒頻移效應(yīng)原理, 在發(fā)射波和反射波之間產(chǎn)生頻差,通過測量頻差可以

13、計(jì)算出機(jī)車的運(yùn)行速度, 并累積求出走行距離。有效地防止空轉(zhuǎn)、滑行外, 也推動(dòng)了定位停車裝置的開發(fā)。不足：由于信號傳輸波段有時(shí)會受到干擾。</p><p>　　原理：多普勒頻率的直觀理解：振蕩源發(fā)射的電磁波以恒速傳播，如果接受者相對于振蕩源是不動(dòng)的，則它在單位時(shí)間內(nèi)收到電磁波的振蕩數(shù)目與振蕩源發(fā)出的相同，即兩者的頻率相等。若振蕩源與接受者之間有相對接近的運(yùn)動(dòng)，則接受者在單位時(shí)間內(nèi)收到的振蕩數(shù)目要比不動(dòng)時(shí)多一些，也就

14、是接受的頻率增高，當(dāng)二者背向相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率降低。</p><p><b>　　未來的方向</b></p><p>　　綜合化；盡量采用智能化、數(shù)字化的處理方法；各種方法如何提升測量精度；整合化系統(tǒng)。</p><p><b>　　傳感器的選擇及安裝</b></p><p>　　最終選用：光電式+

15、雷達(dá)測速+航位推算系統(tǒng)。</p><p><b>　　安裝位置</b></p><p><b>　　光電轉(zhuǎn)速傳感器</b></p><p>　　此檢測裝置根據(jù)實(shí)際安裝情況位置進(jìn)行安裝。如右圖，將信號盤固定在車輪轉(zhuǎn)軸上，光電轉(zhuǎn)速傳感器正對著信號盤。</p><p><b>　　雷達(dá)</

16、b></p><p><b>　　如圖</b></p><p>　　光電轉(zhuǎn)速傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　光電傳感器</b></p><p>　　光電式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。傳感器的輸出信號易于數(shù)字化處理

17、，滿足列車運(yùn)行控制系統(tǒng)智能化、小型化的發(fā)展趨勢。另外，它具有頻譜寬、不易受電磁干擾的影響、非接觸式測量、響應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　選用的傳感器型號為SZGB-3（單向）</p><p>　　SZGB-3, 20電源電壓為12V DC </p><p>　　SZGB-3型傳感器主要性能介紹如下：</p><p>　　1)供

18、單向計(jì)數(shù)器使用，測量轉(zhuǎn)速和線速度.</p><p>　　2)采用密封結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定.</p><p>　　3）光源用紅外發(fā)光管，功耗小，壽命長.</p><p>　　4) SZGB-3, 20電源電壓為12V DC</p><p>　　SZGB-3型傳感器主要性能介紹如下：</p><p>　　SZGB-3.型光電轉(zhuǎn)速

19、傳感器，使用時(shí)通過連軸節(jié)與被測轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，供二次儀表計(jì)數(shù)使用。</p><p>　　(1)輸出脈沖數(shù)：60脈沖（每一轉(zhuǎn)）</p><p>　　(2)輸出信號幅值：50r/min時(shí)30mV</p><p>　　(3)測速范圍:50---5000r/min</p><p>　　(4)使用時(shí)間:可連續(xù)使用,使

20、用中勿需加潤滑油</p><p>　　5)工作環(huán)境:溫度-10～40℃,相對濕度≤85%無腐蝕性氣體</p><p><b>　　調(diào)理電路</b></p><p>　　因?yàn)镾ZGB-3型傳感器50r/min時(shí)30mV，單片機(jī)輸入電壓0~5伏左右，調(diào)理電路放大倍數(shù)在100倍左右。轉(zhuǎn)速信號處理電路包括信號放大電路、整形及三極管整形電路。采用兩級放大

21、電路，每一級都采用反響比例運(yùn)算電路如圖4.4.設(shè)計(jì)的電壓放大倍數(shù)為3000倍。其中第一級放大倍數(shù)為10，第二級放大倍數(shù)為10.放大后電壓變化范圍為0～4.8V。LM324采用12V雙電源供電，由于電源的供電電壓在一定范圍內(nèi)有副值上的波動(dòng)，形成干擾信號。為起到消除干擾，實(shí)現(xiàn)濾波作用，故供電電源兩端需接10UF的電容接地，電容選擇金屬化聚丙已烯膜電容。兩級運(yùn)放放大所采用的供電電源均采用此接法。。</p><p>　　

22、LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器， 除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3.3所示的符號來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該

23、輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3.4</p><p>　　圖3.3放大器圖 圖3.4 引腳圖</p><p>　　由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。</p><p>　　整形電路的主要作用是將正弦波信號轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號，正弦波信號電壓的最大幅值約為

24、4.8V，最小幅值為0V。整形電路設(shè)計(jì)的是一種滯回電壓比較器，它具有慣性，起到抗干擾的作用。從而向輸入端輸入的滯回比較器。在整形電路的輸入端接一個(gè)電容C5（103），起到的作用是阻止其他信號的干擾，并且將放大的信號進(jìn)行濾波，解耦。R12和13是防止電路短路，起到保護(hù)電路的作用。</p><p>　　一次整形后的信號基本上為±5V的電平的脈沖信號，在脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，常用的是+5V的脈沖信號。如果直接采用-5V

25、的脈沖計(jì)數(shù)，會增加電路的復(fù)雜性，故一般不直接使用，而是先進(jìn)行二次整形。</p><p>　　第二次用三極管整形電路，當(dāng)輸出為-5V的信號時(shí)，三極管VT2（8050）的基-射極和電阻R18組成并聯(lián)電路電流經(jīng)過R18.R17,三極管VT2處于反向偏置狀態(tài)，所以，VT2的集-射極未接通，故處于截止?fàn)顟B(tài)。電源回路由R19，三極管VT2的集-射極組成，采用單電源+12V供電，由于集射極截止，處于斷路狀態(tài)，故輸出電壓U0為V

26、。當(dāng)?shù)谝淮握屋敵鰹?5V的信號時(shí)，三極管VT2基-射極處于正向偏置狀態(tài)，有電流I通過，故此時(shí)三極管的集-射極處于通路狀態(tài)。電源電流流經(jīng)電阻R19，三極管的集-射極到地端，由于集-射極導(dǎo)通時(shí)的電阻很小，可以忽略不計(jì)。電源電壓主要在R19上，其輸出電壓約為0V。綜上所述，三極管整形的電路的輸入關(guān)系是：信號為-5V時(shí)，U0=+12V；信號為+5V時(shí)，U0=0V。</p><p>　　測量系統(tǒng)主機(jī)部分設(shè)計(jì)</p&

27、gt;<p><b>　　單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）的簡稱，是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行I/O接口等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。目前，新型單片機(jī)內(nèi)還有A/D及D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入/輸出等部

28、件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場合，因此，確切的稱謂應(yīng)是微控制器（Microcontroller）. </p><p>　　系統(tǒng)使用的單片機(jī)是STC 89C51型單片機(jī)。STC 89C51單片機(jī)是基于MCS-51單片機(jī)為內(nèi)核的，其輸入/輸出管腳以及指令系統(tǒng)和MCS-51單片機(jī)是完全兼容的。其優(yōu)越的性價(jià)比使其成為頗受歡迎的8位單片機(jī)。如圖3.6是STC 89C51

29、結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　STC 89C51單片機(jī)的特點(diǎn)： </p><p>　　⑴ 它內(nèi)部有一個(gè)8位的CPU，具有4KB的EEPROM。</p><p>　?、?128字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲器，21個(gè)特殊功能寄存器SFR。</p><p>　?、?4個(gè)8位并行I/O口，其中P0、P2為地址/數(shù)據(jù)線，可尋址64KB ROM和64KB RA

30、M.</p><p>　　⑷ 一個(gè)可編程全雙工串行口,具有5個(gè)中斷源。</p><p>　　⑸ 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 </p><p>　　左圖是STC 89C51單片機(jī)引腳分布圖。由圖我們可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶I/O口外，其余管腳是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成MCS-51單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)，即： ①地址總線（A

31、B）：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址。 ②數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0提供。 ③控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。</p><p><b>　　程序模塊設(shè)計(jì)</b></p>

32、<p>　　軟件部分由數(shù)據(jù)處理程序、按鍵程序設(shè)計(jì)、中斷服務(wù)子程序、LED顯示程序等幾個(gè)部分組成。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理完成對各種測量數(shù)據(jù)的處理，如各種數(shù)據(jù)的計(jì)算、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等。</p><p>　　按鍵程序包括按鍵防抖動(dòng)處理、判鍵及修改項(xiàng)目等。</p><p>　　定時(shí)器1完成定時(shí)功能，定時(shí)2Oms，并每隔20ms進(jìn)行一次顯示，每隔1秒讀一次

33、計(jì)數(shù)結(jié)果。單片機(jī)對在1秒內(nèi)計(jì)數(shù)的值進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成每分鐘的速度送顯存以便顯示。</p><p>　　具體算法如下:主程序在對定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、堆棧等進(jìn)行初始化后即判斷標(biāo)志是否為 1，如果為 1，說明要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，首先將標(biāo)志清零，以保證下次能正常判斷，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理程序，由于這里的閘門時(shí)間為 1s，而顯示要求為轉(zhuǎn)/分，因此，要將測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的方法是將測得的數(shù)據(jù)乘以60，但由于轉(zhuǎn)軸上安裝有11只

34、孔，每旋轉(zhuǎn)一周可以得到11個(gè)脈沖，因此，要將測得的數(shù)據(jù)除以11，所以綜合起來，將測得的數(shù)據(jù)乘以5.4545即可得到每分鐘的轉(zhuǎn)速。計(jì)算得到的結(jié)果是二進(jìn)制的整數(shù)，要將數(shù)據(jù)送往顯示緩沖區(qū)需要將該數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼。運(yùn)算得到的是壓縮BCD碼，需要將其轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼，從標(biāo)號CBCD開始的一段程序即作了這樣的處理。需要說明的是，這里多位二進(jìn)制乘法和多位二進(jìn)制到BCD碼的轉(zhuǎn)換都是用了現(xiàn)成的成熟子程序，因此，首先將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓結(jié)合實(shí)際BCD碼，

35、然后再轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼，看似多寫了些程序，實(shí)際上這對于保證程序的質(zhì)量很有好處。定時(shí)器T1用作定時(shí)發(fā)生器，在定時(shí)中斷程序中進(jìn)行數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描，同時(shí)產(chǎn)生1s的閘門信號。1s閘門信號的產(chǎn)生是通過一個(gè)計(jì)數(shù)器Count，每次中斷時(shí)間為20ms，每計(jì)</p><p>　　主程序流程圖程序流程圖</p><p><b>　?、僦鞒绦蛄鞒虉D</b></p><

36、;p><b>　　流程圖</b></p><p><b>　?、陲@示子程序流程圖</b></p><p><b>　　顯示子程序流程圖</b></p><p>　?、鄱〞r(shí)計(jì)數(shù)子程序流程圖</p><p><b>　　動(dòng)態(tài)顯示仿真</b></p&

37、gt;<p><b>　　雷達(dá)部分</b></p><p><b>　　雷達(dá)測速系統(tǒng)</b></p><p><b>　　雷達(dá)測速原理及安裝</b></p><p><b>　　測速公式：</b></p><p><b>　　2.參

38、數(shù)選擇</b></p><p>　?。?）首先測速雷達(dá)工作頻段為24.15GHz</p><p>　　（2）測速范圍0.5~400km/h</p><p>　?。?）雷達(dá)視線和列車運(yùn)行速度的夾角θ=35°</p><p><b>　　系統(tǒng)框圖</b></p><p><

39、b>　　環(huán)節(jié)選型</b></p><p><b>　　1.雷達(dá)微波部分</b></p><p>　　選用NJR4211的微波模塊，發(fā)射頻率為24.15GHz，輸出功率為4mW，</p><p>　　2.信號處理電路：微波模塊將多普勒頻移信號轉(zhuǎn)換成頻率電信號，放大濾波后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字電路輸入數(shù)據(jù)處理核心。</p

40、><p><b>　　3.A/D轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　選擇ADI公司的AD644。它是一種單片式的高速、高性能的14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它提供3.3vCMOS電平輸出，采樣速率可達(dá)65Msps,一般采樣速率為40Msps，輸入模擬帶寬可達(dá)250MHz。</p><p><b>　　4.單片機(jī)</b></p&g

41、t;<p>　　選擇AT89C51，與光電轉(zhuǎn)速傳感器頻率輸出接口兼容。</p><p><b>　　修正部分</b></p><p><b>　　定位技術(shù)背景</b></p><p>　　測速定位通過不斷測量列車的運(yùn)行速度、對列車的即時(shí)速度進(jìn)行積分的方法，得到列車的運(yùn)行距離，輔助其他定位方法( 如查詢-應(yīng)答器

42、定位、電子地圖匹配) 來獲取列車的位置信息。下面對幾種主要的測速測距方法進(jìn)行分析比較。</p><p>　　1) 脈沖轉(zhuǎn)速傳感器（我們用的是光電傳感器）是通過列車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生數(shù)字脈沖，輸出脈沖信號通過信號處理后，可直接輸入微處理器進(jìn)行計(jì)算，得到高測量精度的速度、距離信息。</p><p>　　2) 多普勒雷達(dá)依靠雷達(dá)向地面發(fā)射信號，檢查雷達(dá)回波頻率與發(fā)射信號頻率的不同，根據(jù)多普勒效應(yīng)計(jì)算列

43、車的運(yùn)行方向和速度，再對列車的速度進(jìn)行積分，得到列車的運(yùn)行距離。</p><p>　　3) 航位推算系統(tǒng)在航天、航空和航海領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，航位推算系統(tǒng)一般使用慣性傳感器作為航向傳感器和位移傳感器，具有不與外界發(fā)生光電聯(lián)系和不受氣候條件限制的特點(diǎn)。隨著慣性傳感器的民用普及和成本降低，它成為列車測速測距的一種可選方案。</p><p><b>　　問題：</b><

44、/p><p>　　由于以車輪轉(zhuǎn)動(dòng)作為采集對象間接獲取列車速度，車輪磨損產(chǎn)生的輪徑變化、運(yùn)行過程中的空轉(zhuǎn)和滑行會產(chǎn)生較大的誤差。</p><p>　　雷達(dá)和航位推算系統(tǒng)是直接測量列車速度和距離的方式，不存在車輪磨損、空轉(zhuǎn)、滑行等造成的誤差。但是，多普勒雷達(dá)測速方法比較復(fù)雜，需要考慮雷達(dá)校正、不同地面反射系數(shù)等問題; </p><p>　　航位推算系統(tǒng)受到傳感器本身溫漂、敏

45、感度等的影響，在短時(shí)間內(nèi)測量具有較高的精度，但長時(shí)間使用會導(dǎo)致較大的累積誤差，因此在使用航位推算系統(tǒng)進(jìn)行列車測速定位時(shí)，需要解決累積誤差的補(bǔ)償問題。</p><p>　　多傳感器融合測速方法及問題</p><p>　　1) 空轉(zhuǎn)滑行的檢測能力及速度補(bǔ)償問題。車輪的空轉(zhuǎn)和滑行是速度傳感器產(chǎn)生較大誤差的原因之一，通過雷達(dá)和 DR（線路數(shù)據(jù)庫信息）信息的檢查和融合，降低空轉(zhuǎn)和滑行帶來的誤差。&l

46、t;/p><p>　　2) 輪徑修正問題。列車在運(yùn)行中車輪的磨損和形變是產(chǎn)生速度傳感器較大誤差的另一個(gè)原因，通過雷達(dá)和 DR 信息的檢查和融合，降低輪徑變化帶來的誤差。</p><p>　　3) 絕對位置信息的修正問題。根據(jù)線路數(shù)據(jù)庫信息( DB) ，進(jìn)行類似應(yīng)答器定位的位置修正，減少位置信息的累積誤差。</p><p>　　圖1 多傳感器融合模型</p>

47、<p>　　通過節(jié)點(diǎn)N1空轉(zhuǎn)滑行檢查和補(bǔ)償、節(jié)點(diǎn)和 N2輪徑校正節(jié)點(diǎn)融合，消除速度傳感器的誤差;將校正后的速度傳感器信息與雷達(dá)和DR速度信息在N3速度與信息估計(jì)節(jié)點(diǎn)融合，計(jì)算出列車的實(shí)際速度;然后將計(jì)算出的速度信息與雷達(dá)和DR 距離信息在N4距離信息估計(jì)融合，計(jì)算出列車走行距離; 最后通過 N5位置信息修正節(jié)點(diǎn)，將距離信息與 DB 融合，修正列車位置。</p><p>　　上述模型可根據(jù)實(shí)際線路的測速

48、定位精度需求、綜合成本，既可以同時(shí)使用雷達(dá)和 DR，也可以簡化模型，單獨(dú)使用雷達(dá)或者 DR。DR 能夠修正雷達(dá)在列車低速運(yùn)行時(shí)測量精度較低的缺點(diǎn)，雷達(dá)能夠修正DR在列車長時(shí)間運(yùn)行時(shí)的累積誤差。</p><p><b>　　修正方法</b></p><p>　　1.信標(biāo)安裝于軌旁，存儲著線路絕對物理位置數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　當(dāng)列車駛近信

49、標(biāo)，讀取器傳輸一個(gè)無線電載波頻率給信標(biāo)，并接收當(dāng)讀取器越過信標(biāo)時(shí)由信標(biāo)反射回來的調(diào)制信號。來自信標(biāo)的反射信號為讀取器提供一個(gè)線路精確位置，與列車物理地圖的一點(diǎn)相對應(yīng)。每個(gè)信標(biāo)的數(shù)據(jù)都會通過讀取器來驗(yàn)證，以確保其準(zhǔn)確性。然后，該數(shù)據(jù)會通過一個(gè)RS-485串口連接傳輸?shù)矫總€(gè)車載ATP通道上。ATP處理器根據(jù)這些數(shù)據(jù)對通過速度傳感器和多普勒雷達(dá)得到的列車位置進(jìn)行校正，從而得到列車在系統(tǒng)中的準(zhǔn)確位置。全線設(shè)有若干個(gè)信標(biāo)，這樣系統(tǒng)就可以不斷校正列

50、車位置，從而保證列車位置的準(zhǔn)確性。</p><p>　　2.采用輪徑校準(zhǔn)技術(shù)</p><p>　　采用輪徑校準(zhǔn)技術(shù)保證列車位置計(jì)算的精確性。由于速度傳感器需根據(jù)列車輪徑值大小，及車輪轉(zhuǎn)速計(jì)算列車走行距離，從而確定列車位置，因此，當(dāng)列車更換新輪或車輪磨損時(shí)，系統(tǒng)還需及時(shí)校正車輪輪徑值大小以保證列車位置的精確性。列車定位系統(tǒng)采用2個(gè)信標(biāo)之間的已知距離進(jìn)行輪徑值校準(zhǔn)，即當(dāng)列車在平直軌道上連續(xù)通過

51、2個(gè)有效信標(biāo)，并及時(shí)讀取其中有效位置信息后，系統(tǒng)將根據(jù)2信標(biāo)間的有效距離計(jì)算出當(dāng)前列車車輪的輪徑值。</p><p><b>　　3.采用多普勒雷達(dá)</b></p><p>　　采用多普勒雷達(dá)防止因空轉(zhuǎn)打滑而導(dǎo)致的列車位置誤差。多普勒雷達(dá)能精確測量5 km/h以上的速度，以防止因雨、雪天氣等外界因素，導(dǎo)致車輪空轉(zhuǎn)打滑而使系統(tǒng)得不到準(zhǔn)確的列車運(yùn)行速度。</p>

52、;<p>　　4. 為確定列車精確位置，系統(tǒng)采用列車長度來確定列車兩端位置。如圖3所示，列車定位過程如下。</p><p><b>　　圖3 列車定位過程</b></p><p>　　1.為了防止位置誤差累計(jì)過大，系統(tǒng)沿軌道設(shè)置若干信標(biāo)。當(dāng)遇到信標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)先檢查信標(biāo)的位置坐標(biāo)是否在當(dāng)前計(jì)算的列車位置誤差范圍之內(nèi)。如果信標(biāo)坐標(biāo)不在當(dāng)前計(jì)算得到的位置(超過位

53、置誤差范圍)、信標(biāo)的坐標(biāo)錯(cuò)誤或其坐標(biāo)位置不在軌道數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)即認(rèn)為列車位置錯(cuò)誤，并采取緊急制動(dòng)。只有在檢查通過后，系統(tǒng)才會根據(jù)信標(biāo)位置信息更新列車位置，并重置位置誤差。此外，當(dāng)列車連續(xù)通過2個(gè)有效信標(biāo)后，VATP會自動(dòng)校準(zhǔn)輪徑，以消除人為輸入車輪直徑所產(chǎn)生的誤差。</p><p>　　2.系統(tǒng)根據(jù)上一個(gè)信標(biāo)的位置，不斷計(jì)算從上一個(gè)信標(biāo)開始的位移和位置誤差，并以此來計(jì)算列車當(dāng)前位置(包括列車前端和后端的位置誤差)

54、。這樣就可以確保列車始終在系統(tǒng)計(jì)算得到的虛擬占用區(qū)域內(nèi)。見圖4。</p><p><b>　　圖4列車位置確定</b></p><p>　　3.在確定列車位置之后，車載信號系統(tǒng)會將信息實(shí)時(shí)發(fā)給軌旁。軌旁信號系統(tǒng)擁有與車載信號統(tǒng)相同的軌道物理地圖，這樣軌旁就可以實(shí)時(shí)校驗(yàn)并更新列車位置，從而實(shí)現(xiàn)軌旁信號系統(tǒng)對列車位置的實(shí)時(shí)追蹤。通過以上方法，信號系統(tǒng)就可以實(shí)時(shí)得到列車精確

55、位置，進(jìn)而維持區(qū)間列車追蹤運(yùn)行間隔，并實(shí)現(xiàn)列車站臺精確停車功能。</p><p>　　列車打滑實(shí)驗(yàn)的傳感器速度曲線</p><p><b>　　無線傳輸</b></p><p>　　通過GPRS模塊處理打包由單片機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)，再通過GPRS、 GSM或GSMR等無線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面實(shí)驗(yàn)室、手持設(shè)備、PC機(jī)等設(shè)備上。實(shí)現(xiàn)快捷方便的異

56、地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　選用DTP_S05C DTP_S05Ci傳輸模塊</p><p><b>　　簡介</b></p><p>　　GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間

57、斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。針對GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特性，DTP_S05Ci在DTP_S05模塊基礎(chǔ)上，嵌入了IP協(xié)議棧，提供完整的移動(dòng)IP應(yīng)用，包括：Direct Socket，SerialNet，Web，用戶可以直接使用AT+i指令完成通訊工作，而不需再重新編寫程序調(diào)用AT指令來進(jìn)行通訊。可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、遠(yuǎn)程抄表、道路交通監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、GPS定位、金融交易、移動(dòng)辦公等領(lǐng)域。</p

58、><p><b>　　特征</b></p><p>　　◆ 針對GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù), 嵌入了TCP/IP協(xié)議棧 ◆ 標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口，簡單的AT+i指令操作 ◆ SerialNet透明模式，簡化了二次開發(fā)過程 ◆ 支持域名解析，可以不用固定IP◆ 提供單片機(jī)和計(jì)算機(jī)編程源代碼 ◆ 頻段為雙頻900MHz和1800MHz◆ 最大發(fā)射功率：2W◆ 工作溫度：-

59、25 — +60℃ ◆ 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，能工作于各種惡劣環(huán)境 ◆ 天線接口 50Ω/SMA（陰頭） ◆ 直流5~12V供電，電流待機(jī)40mA，發(fā)射時(shí)300mA ◆ 鋁合金外殼體積為：53×97×27mm ◆ 可以根據(jù)用戶要求定制特殊功能</p><p>　　我們本次方案采用兩節(jié)車廂共用一個(gè)無線傳輸模塊，供需10個(gè)。</p><p><b>　　電源&l

60、t;/b></p><p>　　所需電壓：單片機(jī)直流2~5.5V，傳感器直流5~30V，GPRS模塊直流5~12V。</p><p>　　方案設(shè)計(jì)：利是用24V蓄電池給傳感器供電，然后利用三段集成穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到5V給單片機(jī)，調(diào)節(jié)到12V給GPRS模塊供電。</p><p><b>　　選用電池：</b></p><p&

61、gt;　　24V系列鉛酸蓄電池（規(guī)格--型號）</p><p>　　24V6AH（鉛酸免維護(hù)蓄電池）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳艷華;;軌道交通列車定位技術(shù)的選擇與比較[J];電子設(shè)計(jì)工程;2010年11期 </p><p>　　王斌;劉昭度;何瑋;佀海;張景波;;車用測距雷達(dá)研

62、究進(jìn)展[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年03期</p><p>　　林仲揚(yáng);;漫談雷達(dá)測速[J];國外電子元器件;2006年10期</p><p>　　黃榮星;GPRS/GPS技術(shù)在鐵路調(diào)度中的應(yīng)用[J];上海鐵道科技;2004年01期</p><p>　　蔣維龍;基于數(shù)據(jù)融合的輪速信號處理技術(shù)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年 </p><p&g

63、t;　　謝宜生;基于微波雷達(dá)的高速公路測距測速系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2011年 </p><p>　　附錄A 光電傳感系統(tǒng)總程序清單</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned

64、 int</p><p>　　uint mm=1234;</p><p>　　uchar code table[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,}; </p><p>　　delay(uint m)</p><p>　　{ uint i,j;</p>&l

65、t;p>　　for(i=m;i>0;i--)</p><p>　　for(j=60;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xian_shi() </p><p>　　{ uchar qian,bei,shi,ge;</p><p>

66、<b>　　uint jj;</b></p><p><b>　　jj=mm;</b></p><p><b>　　jj*=20;</b></p><p><b>　　//jj+=1;</b></p><p>　　qian=jj/1000;</p&g

67、t;<p>　　bei=jj%1000/100;</p><p>　　shi=jj%100/10;</p><p><b>　　ge=jj%10;</b></p><p><b>　　P2=0x10;</b></p><p>　　P0=table[qian];</p>&

68、lt;p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　//P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x20;</b></p><p>　　P0=table[bei];</p><p><b>　　delay(1);</

69、b></p><p><b>　　//P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x40;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b&g

70、t;　　//P2=0;</b></p><p><b>　　P2=0x80;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　//P2=0;</b></p>&

71、lt;p><b>　　}</b></p><p>　　timer_init() //定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化函數(shù)</p><p><b>　　{ EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　ET1=1;<

72、;/b></p><p>　　TMOD=0X51;</p><p>　　TH0=(65535-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65535-50000)%256;</p><p><b>　　TH1=0;</b></p><p><b>　　TL1=0;<

73、/b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><

74、b>　　{ </b></p><p>　　timer_init();</p><p>　　P0=0; //開始數(shù)碼管不顯示</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　

75、xian_shi();</p><p>　　delay(2); //數(shù)碼管刷新時(shí)間單位毫秒</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p>　　{

76、 TR0=0;</p><p><b>　　TR1=0;</b></p><p>　　TH0=(65535-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65535-50000)%256;</p><p><b>　　mm=0;</b></p><p><b&g

77、t;　　mm|=TH1;</b></p><p>　　mm=(mm<<8)|TL1;</p><p>　　//mm-=55536;</p><p><b>　　TH1=0;</b></p><p><b>　　TL1=0;</b></p><p>&

78、lt;b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer1() interrupt 3 //顯示0000說明出錯(cuò)</p><p>　　{ TR1=0; <

79、/p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　mm=0; </b></p><p>　　// TH1=0; </p><p>　　// TL1=0; </p><p>　　// TR1=1; </p><p&