基于ARM的轨道车辆振动检测系统研究

摘要

列车的振动性能的评价是新型轨道车辆研究、检验过程中的一项重要工作。随着列车的提速，能迅速掌握轨道车辆的振动数据和平稳性指标、检测和并记录不正常的数据，对确保轨道车辆的安全运行及维修保养十分重要。本文针对目前轨道车辆振动采集系统功能的不足，开发了一种基于ARM的轨道车辆振动检测系统。该轨道车辆振动检测系统分为基于K60的信号采集系统和基于Android的终端软件两部分。
　　本文设计了以MK60FX512VLQ15微控制器为核心的信号采集系统，K60微控制器通过SPI与三轴数字加速度传感器LIS3LV02DQ通信获取振动加速度数据，简化了系统的硬件结构，提高了其集成性。当工作在货车模式时，将振动数据存储在TF卡中;当工作在客车模式时，通过蓝牙内嵌模块将数据发送到基于Android系统的智能卫星导航仪。信号采集系统的硬件设计主要包括K60最小系统、电源模块、蓝牙发送模块及数据存储模块，并根据电路设计PCB电路板。通过IAR编译器编写代码完成了信号采集系统的软件设计，分别通过SPI、UART及SDHC模块实现了振动数据的采集、发送及存储功能。
　　为了能在封闭的车体内获取GPS信息，经过现场试验选择基于Android的智能卫星导航仪作为数据处理平台。采用MVC模式设计了基于Andorid的终端软件，将布局文件作为视图层、功能模块作为模型层、界面作为控制层，搭建了Eclipse开发平台编写终端软件。智能卫星导航仪通过蓝牙接收三向振动数据进行工程单位转换及平稳性指标的计算，可以实时显示振动波形、振动加速度最大值、平稳性指标及当前速度等信息，并将数据存储在SD卡中。
　　最后，对轨道车辆振动检测系统进行硬件调试、软件调试及系统联调，改进了终端软件蓝牙通信代码以保证数据的完整性和正确性。系统经过校准和检测后表明:实现了轨道车辆振动检测系统的基本功能，平稳性指标能够正确反映轨道车辆的振动性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 轨道车辆振动检测系统发展现状

1．2．2 嵌入式系统发展现状

1．2．3 移动智能终端发展现状

1．3 本文的主要工作

第2章 轨道车辆振动检测系统的总体方案设计

2．1 系统总体框架

2．2 器件选型

2．2．1 K60控制核心

2．2．2 三轴数字加速度传感器LIS3LV02DQ

2．2．3 基于Android的智能卫星导航仪

2．3 平稳性指标评价标准

2．4 Android平台架构

2．4．1 Android平台系统架构

2．4．2 Android应用程序组成

2．5 本章小结

第3章 信号采集系统硬件设计

3．1 K60最小系统及其引脚复用

3．1．1 电源电路

3．1．2 复位电路

3．1．3 晶振电路

3．1．4 JTAG接口电路

3．1．5 K60引脚复用

3．2 电源模块

3．3 数据采集模块

3．3．1 数字加速度传感器

3．3．2 模拟加速度采集

3．4 蓝牙发送模块

3．5 数据存储模块

3．6 PCB设计

3．7 本章小结

第4章 信号采集系统软件设计

4．1 数字加速度数据采集程序设计

4．1．1 LIS3LV02DQ寄存器

4．1．2 SPI总线接口

4．1．3 SPI通信程序设计

4．2 模拟加速度数据采集程序设计

4．3 蓝牙发送程序设计

4．4 存储模块程序设计

4．4．1 TF卡内部寄存器及存储结构

4．4．2 SDHC协议

4．4．3 数据存储程序设计

4．4．4 FAT文件系统

4．5 PIT周期定时器中断

4．6 本章小结

第5章 轨道车辆振动检测系统终端软件设计

5．1 终端软件总体设计

5．2 功能分析

5．3 终端软件实现机制

5．3．1 MVC模式

5．3．2 蓝牙通信

5．3．3 数据存储

5．3．4 曲线绘制

5．3．5 GPS定位

5．4 终端软件界面设计

5．5 主程序模块设计

5．5．1 蓝牙通信功能实现

5．5．2 绘图模块功能实现

5．5．3 文件读写模块功能实现

5．5．4 GPS定位模块功能实现

5．6 平稳性指标的计算

5．7 本章小结

第6章 轨道车辆振动检测系统调试与校准

6．1 信号采集系统调试

6．2 终端软件调试

6．3 系统联调

6．4 轨道车辆振动检测系统校准

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

硕士期间参与的科研项目与发表论文