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一种全数字化电气化铁路接触网检测仪的研发

作　者: 张文亮
导　师: 赵圣之；王道睿
学　校: 山东大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 接触网 激光测距 字符叠加器 倾角传感器 嵌入式U盘读写器
分类号: U225
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 126次
引　用: 1次
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内容摘要


接触网是电气化铁路的供电系统,其在铁路空间位置的准确测量十分重要,是保证列车安全运行的根本所在。根据我国铁路建设特点,接触网的位置参数很容易发生变化,特别是在高速列车大批投入运行的冲击下,接触网的位置参数需要频繁测量修正,传统的测量方式已经不能满足安全、快速、准确的测量要求,和铁路运营信息化管理的发展方向。本文在深入分析接触网空间位置测量特点的基础上,从开发一个符合要求、性能稳定、携带方便的测量仪器出发,通过建立合理的数学模型,应用光学、电子、机械和计算机等方面技术,研究开发了一种全数字化电气化铁路接触网几何参数检测仪,实现了对电气化铁路接触网的全数字化测量和管理。文中详细阐述了与测量相关的电路模块和数据管理方面的技术要点和试验方法,同时,按照计量相关标准和要求对整个仪器的计量性能进行了分析和评估。传感器性能是影响电子测量仪器性能的关键因素。本文中按照工业现场使用要求,分别研究了相位式激光测距传感器、增量式光电编码器和倾角测量芯片等传感器模块的工作原理、性能特征及其在工业环境中的应用技术。在实用性能方面,介绍了系统采用摄像机成像方式来瞄准目标和将测量的数据通过U盘传输的方法,涉及视频图像字符叠加技术和嵌入式U盘文件读写技术。本仪器系统以美国Silicon Laboratories公司的8051F系列SOC单片机作为控制单元,各个功能模块分别用一个单片机控制,中心单片机通过串口与各模块通信。所以文中还涉及到了多个单片机之间相互通信的软硬件技术。本文所研究开发的接触网测量仪器为电气化铁路接触网几何参数的测量提供了一种全新测量手段,使电气化铁路接触网的测量和管理实现信息化成为可能,在铁路部门投入使用以来,获得了较高评价,具有良好的经济和社会效益。

全文目录


中文摘要  10-11
ABSTRACT  11-14
第1章 绪论  14-17
  1.1 简介  14
  1.2 立题背景  14-15
  1.3 立题依据  15
  1.4 课题创新点及意义  15-16
  1.5 章节安排  16-17
第2章 系统整体设计规划  17-20
  2.1 系统设计基本要求  17
  2.2 光机结构设计统  17
  2.3 材料的选择  17-18
  2.4 整体电路设计规划  18
  2.5 系统软件设计规划  18-20
    2.5.1 嵌入式软件设计  18-19
    2.5.2 计算机数据管理软件  19-20
第3章 参数测量的数学模型  20-24
  3.1 基本参数概念解释  20
  3.2 轨距的测量原理  20-21
  3.3 超高的测量原理  21
  3.4 导高、拉出值测量原理  21-23
  3.5 侧面限界红线标高的测量原理  23-24
第4章 激光测距传感器原理及应用  24-31
  4.1 激光测距原理  24
  4.2 相位式激光测距仪  24-27
  4.3 激光测距数据的修正  27-31
    4.3.1 常温下激光测距值的标定  27-28
    4.3.2 标准不确定度评定  28-29
    4.3.3 不同温度下测距数据的修正  29-31
第5章 光电编码器的应用  31-38
  5.1 光栅的工作原理  31-33
  5.2 光电编码器  33-38
    5.2.1 光电编码器工作原理简介  33-34
    5.2.2 信号处理电路设计  34-36
    5.2.3 角度值计算  36-38
第6章 字符叠加器的设计  38-46
  6.1 MB90092芯片主要特点  38-39
  6.2 MB90092芯片内部功能结构  39
  6.3 字符叠加器系统设计  39-45
    6.3.1 字符显示模块的硬件设计  40-41
    6.3.2 视频字符叠加器的软件设计  41-44
    6.3.3 使用MB90092注意事项  44-45
  6.4 字符叠加器应用例图  45-46
第7章 倾角测量模块的设计  46-54
  7.1 SCA103T-4D性能简介  46-49
  7.2 角度计算  49
  7.3 单片机部分程序设计  49-51
  7.4 数据处理流程  51-52
  7.5 非线性补偿  52-54
第8章 单片机数据写入U盘  54-60
  8.1 CH375的工作原理  54-55
  8.2 CH375内部物理端点  55
  8.3 CH375的软件接口  55-57
  8.4 CH375电路硬件设计  57-59
  8.5 应用CH375常见问题及解决方法  59-60
第9章 系统其它方面设计  60-67
  9.1 主单片机程序设计  60-63
    9.1.1 系统控制框图  60
    9.1.2 蓝牙串口适配器的使用  60-61
    9.1.3 UART串口的扩展  61
    9.1.4 主单片机程序设计举例  61-63
  9.2 计量学误差分析  63-65
  9.3 计算机软件简介  65
  9.4 结束语  65-67
参考文献  67-69
附录  69-70
致谢  70-71
学位论文评阅及答辩情况表  71

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 电气化铁路 > 接触网
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