CN201463828U - 具有防丢报警功能的数字式铁路轨距尺 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具有防丢报警功能的数字式铁路轨距尺，直线位移传感器设置在尺杆的一端，固定卡脚固定在另一端，直线位移传感器和AD转换器被转换为数字量通过SPI接口输出；直线位移传感器、单轴倾角传感器分别接至AD转换器，将轨距尺当前的倾角值转换成数字量；单片机控制编码器与无线发射模块相接，无线发射模块的发射信号由报警器中的无线接收模块进行接收。本实用新型能够以数字形式直观显示并保存所测量的轨距值与水平度，通过按键切换直线轨距、查照间隔和护背距离三种测量模式；当操作者远离尺体时，其身上的报警器能发出报警声；尺内保存的数据能通过USB接口移至PC机中，并通过软件实现线路排序和故障查找。
Description
技术领域
本实用新型是对现有铁路轨距测量尺结构的改进，公开了一种具有防丢报警功能的数字式铁路轨距尺，属于铁路设施检测装置技术领域。
背景技术
通常的铁路轨距尺为机械结构，由尺杆、提手、握把、连杆、弹簧、绝缘块、固定卡脚、活动卡脚、轨距刻度尺、刻度放大镜、水平仪、水平调节盘等部件组成。实际测量时，操作者持提手并握动握把，带动连杆以及活动卡脚，使两卡脚的间距减小，而后将两卡脚置于两根铁轨的内侧并松开握把。弹簧的弹力带动活动卡脚复位，使两个卡脚顶紧在铁轨内侧，此时轨距刻度尺的读数即为轨距。观察水平仪的同时旋动水平调节盘，使玻璃管内的气泡居于中央位置，此时水平调节盘的读数即为轨道面水平度。
这种轨距尺的不足之处在于：1)读数不够精确，而且容易出现误读；2)水平仪必须由人工调节，速度慢；3)不具有温度补偿功能，测量结果受温度影响大；4)不具备防丢报警功能，容易遗失。
发明内容
本实用新型公开一种具有防丢报警功能的数字式铁路轨距尺，为解决机械式轨距尺读数不精确、易误读、测量速度慢、无温度补偿、无防丢报警功能等不足之处。
本实用新型的技术方案如下：包括尺杆、提手、握把，握把和活动卡脚通过尺杆内部的连杆相连接构成滑动测量副，其中：直线位移传感器和绝缘块设置在尺杆的一端，其探杆连接于活动卡脚的根部，固定卡脚通过绝缘块固定在尺杆的另一端，活动卡脚的行程经直线位移传感器和AD转换器被转换为数字量通过SPI接口输出；直线位移传感器的VCC脚和OUT脚分别接至AD转换器的AIN2脚和AIN3脚，单轴倾角传感器的out1脚和out2脚分别与AD转换器的AIN0和AIN1相连接，将轨距尺当前的倾角值转换成数字量；OLED显示器、倾角传感器SCA103T和AD转换器LTC1863的SPI总线接口分别通过SPI总线与单片机的SPI接口相接，PB2、PB3和PB4分别是三者的片选信号；I2C存储器通过I2C总线与单片机相接，UART-USB转换芯片通过串行口与单片机相连接，功能键与单片机PA0-PA3脚相连接，并共同占用INT0中断，无线发射模块采用F05P型，单片机通过端口PC7控制编码器PT2262，编码器OUT端与无线发射模块的D端相接，无线发射模块的发射信号由报警器中的无线接收模块进行接收，无线接收模块采用J04V型，其同相数据输出端D和反向数据输出端invD分别与单片机ATtiny24V的模拟比较接口AIN0和AIN1相接，对接收到的编码器PT2262信号进行解码。
无线发射模块安装在电子线路壳体内，其作用距离为2-3米，当位于操作者身上的无线防丢报警器收到模块发出的信号时，报警不动作；当操作者远离轨距尺时，报警器因收不到信号而报警，提醒操作者不要将其遗忘。
本实用新型具有电源管理功能以降低功耗：当操作者松开握把时，直线位移传感器的探杆伸出最长，此时将关闭OLED显示器以节约电力.单片机控制AD转换器不断检测直线位移传感器，当发现伸出长度变短时，认为操作者恢复操作，重新开启OLED显示器；当轨距尺处于某一状态并达到一个设定时长时，单片机认为操作终止，将关闭OLED显示器，并进入低功耗状态，欲恢复操作状态按任意功能键即可.
本实用新型的积极效果在于：能够以数字形式直观显示并保存所测量的轨距值与水平度，可以通过按键切换直线轨距、查照间隔和护背距离三种测量模式，通过内置的温度传感器实现温度补偿功能；当操作者远离尺体时，其身上的报警器能发出报警声；尺内保存的数据能通过USB接口移至PC机中，并通过软件实现线路排序和故障查找。
本实用新型的优点是：1)显示直观，分辨力为0.1mm，机械式轨距尺仅为1mm；2)测量准确，轨距为±0.1mm，水平度为±0.1mm，较机械式轨距尺提高一个数量级；3)测量速度快，显示更新速度为每秒2-3次，数据稳定时间小于1秒；4)具有温度补偿功能，而机械式轨距尺需在轨距水平度测量的同时记录温度值，而后通过技术手册给出的公式计算出修正值，十分繁琐；5)具有存储记忆功能，传输至PC机后通过软件进行数据分析，不需操作者用本子记录，消除人为误差，准确性和自动化程度大为提高；6)具有无线防丢失报警功能，提示操作者不要将其遗忘；7)具有电源管理功能，使用时间长，一次充电可满足5个工作日的测量需要。
附图说明
图1为数字式轨距尺结构示意图。
图2为轨距尺电路原理框图。
图3为报警器电路原理框图。
具体实施实例
参照图1，本实用新型的尺身基本结构沿袭了机械式轨距尺的尺身构造，尺杆1上的全尺重心部位安装提手3和握把4，尺杆1两端设置绝缘块5，无线发射模块安装在电子线路壳体2内，活动卡脚6位于尺身左侧，固定卡脚7位于右侧。当操作者持提手3并握动握把4时，尺杆1内部连杆带动活动卡脚6向固定卡脚7方向运动；松开握把4后，活动卡脚6依靠弹簧弹力复位。
用于测量轨距值的滑动变阻式直线位移传感器8位于左侧绝缘块5的右侧，其探杆连接于活动卡脚6的根部，调整直线位移传感器8的安装位置以使活动卡脚6的行程位于直线位移传感器8的有效测量行程之内。
参见图2，直线位移传感器8的VCC脚和OUT脚分别接AD转换器LTC1863的AIN2脚和AIN3脚，分别对直线位移传感器8的电压进行采样转换，单片机将OUT端电压值除以VCC端电压值，再乘以直线位移传感器8的量程后加上一个与直线位移传感器8安装位置相关的长度值后得到当前的轨距值，这样可有效消除电源电压的波动对轨距测量的影响。
水平度测量采用芬兰VTI公司出品的SCA103T高精度单轴倾角传感器完成，该传感器通过引脚out1和out2以差动方式输出正比于其敏感轴倾角正弦值的电压，这两个输出端分别与AD转换器LTC1863的AIN0和AIN1相连接，AIN0和AIN1工作于差动输入模式，可有效抑制共模干扰。倾角传感器SCA103T兼具有温度测量功能，其温度测量值通过SPI数字接口输出。
显示器采用具有宽温度范围(-40℃～70℃)和主动发光特点的点阵型OLED显示器(128×64点)，可显示汉字、字母、数字和图形，具有SPI接口。
OLED显示器、倾角传感器SCA103T(作为温度测量用)和AD转换器LTC1863均具有SPI总线接口，因此将此三者通过SPI总线与单片机ATmega16的SPI接口相接，PB2、PB3和PB4分别是三者的片选信号。
采集转换到的轨距值和倾角值经单片机ATmega16处理，计算出水平度值，而后通过OLED显示器显示，操作者可直观读取。
单片机Atmega16具有I2C接口，可外扩两片128kB的I2C存储器AT24C1024，总记忆容量可达256kB，至少可存储20000组测量数据(包括轨距和水平度)。
UART-USB转换芯片FT232RL将单片机ATmega16的串行接口(RXD和TXD)通信规程转换成USB规程，用以实现将存储器内记忆的数据传至PC机中进行分析和处理。
单片机ATmega16通过端口PC7控制编码器PT2262，该编码芯片按照由编址焊盘决定的编码地址(每机一号，互不重复)对无线发射模块进行ASK调制，无线信号的覆盖半径为2-3米，当位于操作者身上的无线防丢报警器收到模块发出的信号时，报警不动作；当操作者远离轨距尺时，报警器因收不到信号而报警，提醒操作者不要将其遗忘。
测试电路具有4个功能键，共同占用INT0中断，并通过PA0-PA3进行区分。
根据图3，无线报警器中的接收模块采用J04V型，该模块具有同相数据输出端和反向数据输出端，分别与单片机ATtiny24V的模拟比较器接口AIN0和AIN1相接，这种接法具有较好的信噪比。
为防止同类设备的互相干扰，每台轨距尺中的无线发射模块均具有唯一的地址编码，与此对应，无线报警器也必须有同样的编码，才能正确解码。实际使用过程中，可能存在一个单位使用多台轨距尺的情况，因此报警器与轨距尺的对应关系应当可以灵活控制，为此设计了采用单片机软件解码的方式。当单片机ATtiny24V的PA3端切换为高电平时，单片机工作于对码模式，此时打开一台轨距尺的无线发射功能，并将报警器置于覆盖范围内，单片机将对这台轨距尺的地址编码进行解码和保存，然后将PA3切换回低电平，完成对码，此时该报警器与轨距尺便具有了一一对应的关系。在报警模式下(PA3低电平)，当轨距尺和报警器分离时，单片机将无法解码，通过PA7端使外接三极管Q导通，接通报警器报警。
Claims (1)
1.一种具有防丢报警功能的数字式铁路轨距尺，包括尺杆(1)、提手(3)、握把(4)，其特征在于：握把(4)和活动卡脚(6)通过尺杆(1)内部的连杆相连接构成滑动测量副，直线位移传感器(8)和绝缘块(5)设置在尺杆(1)的一端，其探杆连接于活动卡脚(6)的根部，固定卡脚(7)通过绝缘块(5)固定在尺杆(1)的另一端，活动卡脚(6)的行程经直线位移传感器(8)和AD转换器被转换为数字量通过SPI接口输出；直线位移传感器(8)的VCC脚和OUT脚分别接至AD转换器的AIN2脚和AIN3脚，单轴倾角传感器的out1脚和out2脚分别与AD转换器的AIN0和AIN1相连接，将轨距尺当前的倾角值转换成数字量；OLED显示器、倾角传感器SCA103T和AD转换器LTC1863的SPI总线接口分别通过SPI总线与单片机的SPI接口相接，PB2、PB3和PB4分别是三者的片选信号；I2C存储器通过I2C总线与单片机相接，UART-USB转换芯片通过串行口与单片机相连接，4个功能键与单片机PA0-PA3脚相连接，并共同占用INT0中断，无线发射模块采用F05P型，单片机通过端口PC7控制编码器PT2262，编码器OUT端与无线发射模块的D端相接，无线发射模块的发射信号由报警器中的无线接收模块进行接收，无线接收模块采用J04V型，其同相数据输出端D和反向数据输出端invD分别与单片机ATtiny24V的模拟比较接口AIN0和AIN1相接。
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