液壓道岔智能數(shù)字壓力表設(shè)計(jì)
目前液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)在鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)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(jì)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(jī)核心數(shù)據(jù)就是油缸的壓力數(shù)值。通過(guò)對(duì)壓力數(shù)值的分析可以預(yù)判轉(zhuǎn)轍機(jī)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(jī)的故障。目前壓力測(cè)試使用機(jī)械壓力表。機(jī)械儀表易損壞且不具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取歷史數(shù)據(jù)功 能，人工依賴(lài)性較大，嚴(yán)重影響了道岔液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)狀況觀(guān)測(cè)的時(shí)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(jī)的檢測(cè)技術(shù)，可以 長(zhǎng)時(shí)間安裝在轉(zhuǎn)轍機(jī)、能存儲(chǔ)3個(gè)月的壓力值。有條件可以聯(lián)網(wǎng)把壓力值及時(shí)傳回室內(nèi)。有利于鐵路設(shè)備監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、確保道貧檢測(cè)時(shí)效 性和檢測(cè)質(zhì)量，壓縮道岔液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)的故障率。
1.研制道岔液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)智能數(shù)字壓力表的設(shè)計(jì)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(chǔ)功 能;智能數(shù)字壓力表可以對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)壓力在線(xiàn)監(jiān)測(cè)并記錄?？梢源鎯?chǔ)一 年的動(dòng)作壓力數(shù)據(jù)。③具有系統(tǒng)休眠功能，通過(guò)監(jiān)視電機(jī)啟動(dòng)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(gè)月。⑤*用外部供電模式時(shí)可擴(kuò)展 RS~485通信功能。⑥具有自檢測(cè)功能。⑦工作溫度:-40尤?70T；。
1.2產(chǎn)品性能要求
①測(cè)量壓力范圍：正常工作壓力0?14MPa，極限壓力不大于 20MPa;②測(cè)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(shí),工作電壓3.6V DC，功耗不大于 0.6W;外部供電時(shí),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(yàn):在7(?：條件下保溫2h后,產(chǎn)品應(yīng)能正常工作,性能 應(yīng)滿(mǎn)足1.2條要求。
1.4.2低溫要求
工作試驗(yàn):在-401條件下保溫2h后,產(chǎn)品應(yīng)能正常工作，性能 應(yīng)滿(mǎn)足1.2條要求。
2.設(shè)計(jì)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(jiàn)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(shí)產(chǎn)品安 裝凸臺(tái)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(diǎn):①焊接式或 過(guò)程式接頭選擇;②±0.25%非線(xiàn)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(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，信號(hào)器在休眠模式時(shí)，傳感 器無(wú)供電；當(dāng)收到電流監(jiān)控單元信號(hào)或收到CPU相應(yīng)指令時(shí),MOS 開(kāi)關(guān)打通，傳感器供電工作，從而延長(zhǎng)電池使用壽命。
液壓傳感器輸出電壓信號(hào)為0~100mV,信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大后再由 解算單元采集計(jì)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(dòng)電路、時(shí)鐘及存儲(chǔ)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(gè) 器件組成，這些器件特有針對(duì)多種應(yīng)用的不同外設(shè)集,此架構(gòu)與擴(kuò)展 功率描述組合使用,是在便攜式測(cè)量應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)電池壽命的最優(yōu) 選擇。③時(shí)鐘及存儲(chǔ)電路。時(shí)鐘單元采用時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘，與CPU的 接口電路采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)12C總線(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了接口電路設(shè)計(jì)，無(wú)需擴(kuò) 展任何外圍元件可構(gòu)成一個(gè)高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘及具有256Kb非易失性 SRAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。④數(shù)據(jù)采集模塊。產(chǎn)品采用內(nèi) 部電池供電時(shí)，經(jīng)可擴(kuò)展U盤(pán)/SD卡讀寫(xiě)模塊，將數(shù)據(jù)從CPU的 USRT或SPI接口經(jīng)U盤(pán)/SD卡讀寫(xiě)模塊存人移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。
產(chǎn)品采用外部供電模式時(shí)，傳感器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大后由 CPU采集處理數(shù)據(jù),通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RS485總線(xiàn)有線(xiàn)傳輸。
2.2軟件設(shè)計(jì)
軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，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(kāi)啟中斷，進(jìn)人程序主循 環(huán)。在主循環(huán)中:.CPU循環(huán)檢測(cè)是否有外部信號(hào)輸人(按鍵或電流監(jiān) 控器信號(hào)），若有則啟動(dòng)A/D中斷并讀取其標(biāo)志位，讀取A/D轉(zhuǎn)換 值,然后計(jì)算出對(duì)應(yīng)的壓力,驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示數(shù)據(jù),調(diào)用當(dāng)時(shí)時(shí)鐘且 存儲(chǔ)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(jì)如下:①健壯性設(shè)計(jì):軟件跑飛后，可自動(dòng)復(fù)位系 統(tǒng)，并且具有自檢功能，對(duì)于干擾信號(hào)和異?，F(xiàn)象能夠及時(shí)處理;② 多余物處理:軟件中不應(yīng)包含執(zhí)行不到的語(yǔ)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(jì):軟件應(yīng)包含自 檢測(cè)功能，實(shí)時(shí)輸出故障信息。
2.3 “可靠性、維修性”設(shè)計(jì)
①選用滿(mǎn)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(guò)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(huì)降低;③電源特性設(shè)計(jì),保證系統(tǒng)能在外接電 源波動(dòng)情況下正常工作(外部供電時(shí)）;④選用滿(mǎn)足使用環(huán)境要求的 表面處理工藝。電池可原位更換。
