基于热式流量变送器的列车折关监测系统研究

摘要

铁路运输的安全关系整个国家人民的生命财产，一直以来相关部门展开了大量研究，并成功研制了多种安全监测装置。针对列车运行过程中涉及安全的重要事项、重点部位和部件，综合集成而构建功能完善、系统化、平台化的机车车载安全防护系统，简称6A系统。6A系统主要实现对空气制动、供电、绝缘设备、视频、防火和走行故障这六种常见的故障进行实时监测。列车空气制动系统，是以压缩空气为基础来进行制动，它主要依靠车辆贯通的制动主管实现列车的调速和停车。折角塞门关闭会导致车辆间气路的不畅通，使压缩空气不能正常流动到制动机而引起制动失控，造成列车的行车事故。
　　本文对基于热式流量变送器的列车折关监测系统进行研究。首先对列车空气制动系统的工作原理进行研究，并对如何预防折角塞门非正常关闭进行分析，建立判断折角塞门关闭的充排风的数学模型。通过采集空气的流量和压力信号，根据充排风的数学模型，实现对全列车贯通辆数的计算，保障列车的运行安全。设计一种基于恒温差的热式空气流量变送器，该传感器上集成测速铂电阻和测温铂电阻，实现对列车的充排风的流量测量。采用恒温差的惠斯通桥式电路，能有效补偿环境温度对空气流量的影响。采用多项式最小二乘法，建立空气流量与桥式电路电压信号的数学模型。经数据处理，输出标准的4～20mA电流信号。它具有响应速度快，测量范围宽，精度高和可重复性好等优点，满足系统的要求。
　　对折关监测系统中的折角塞门关闭监测模块软件和硬件进行设计，其硬件电路的设计包括采集单元、存储单元、单片机以及一些配套外围电路。系统能够自动监控整个列车制动时各种状态信息，如流量、压力、存储器、折角塞门关闭的位置、故障等。最后，将这些信息对应的报文通过串行通信发送到6A系统，实现对列车运行状态的实时监测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文主要内容

第二章 机车空气制动系统原理

2．1 机车空气制动系统

2．2 列车贯通状态检测原理

2．2．1 折角塞门

2．2．2 数学模型

2．2．3 列车贯通状态检测

2．3 流量变送器

2．3．1 热式流量变送器

2．3．2 工作原理

2．4 本章小结

第三章 热式空气流量变送器设计

3．1 流量传感器

3．2 硬件设计

3．2．1 总体结构

3．2．2 单片机选型

3．2．3 电源设计

3．2．4 电压跟随

3．2．5 D／A转换

3．2．6 VI转换

3．2．7 复位电路

3．2．8 JTAG接口电路

3．3 软件设计

3．3．1 MSP430开发环境

3．3．2 主程序流程

3．3．3 初始化

3．3．4 A／D采样

3．3．5 实时流量计算

3．3．6 电流输出

3．4 热式空气流量变送器测试

3．4．1 实验平台

3．4．2 实验数据拟合

3．4．3 调试与分析

3．5 本章小结

第四章 折角塞门关闭监测模块

4．1 系统功能结构

4．2 折角塞门关闭监测模块硬件设计

4．2．1 数据采集

4．2．2 电源电路

4．2．3 单片机

4．2．4 时钟电路和复位电路

4．2．5 存储电路

4．2．6 串口通信

4．2．7 BDM接口电路

4．3 折角塞门关闭监测模块软件设计

4．3．1 开发环境

4．3．2 软件流程

4．3．3 数据采集模块

4．3．4 数据存储模块

4．3．5 故障诊断模块

4．3．6 串口通信模块

4．4 折角塞门关闭监测模块调试

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间完成的论文