動態電子軌道衡是用於對行進中的鐵路列車進行動態測量的一種計量設備，隨著我國鐵路運輸業的快速發展，它被廣泛應用於冶金、煤炭、石油化工等領域中。目前，我國生產的動態電子軌道衡可以分為斷軌與不斷軌2種型式，無論哪種動態電子軌道衡，其電氣控製部分均由通用的計算機、獨立的傳感器信號數據釆集係統組成。當列車通過動態電子軌道衡時，傳感器的輸出信號經放大、濾波以及模數轉換後，通過外部的傳輸電纜，將數字信號輸入計算機，計算機對信號進行分析處理，判別出機車、車輛，並計算出車輛的重量、速度及其他信息。
動態電子軌道衡電氣控製部分現有的模式有以下幾方麵的不足：首先，控製部分采用市場上通用的計算機，無法應用於高溫、嚴寒的惡劣環境中，計算機所運行的環境均是基於通用的操作係統，易受外界因素（計算機軟件病毒等）的影響，降低了測量係統的穩定性；其次，由於傳感器信號釆集與計算機信息處理是2個完全獨立的部分，靠外部通訊電纜連接,降低了測量係統抗外界幹擾的能力。以高性能嵌入式控製器為基礎，將傳感器信號采集、信息處理、數據通訊融合一體的動態電子軌道衡稱重儀表可以彌補上述不足。
1係統概述
基於嵌入式控製器的動態電子軌道衡稱重儀表，其係統控製、信息處理、數據交換，是以Microchip公司生產的dsPIC304F6014A控製器為主，並結合PIC18F4520以及AT89C2051單片機共同完成信號的采集與處理，將係統所需的多種工作電壓、傳感器信號放大、濾波、數據采集、信息處理、數據通訊、係統參數設置、數據顯示等，整合到一個獨立的應用單元中。當列車通過動態電子軌道衡時，傳感器輸出的模擬信號經放大、濾波，並完成模擬量到數字量的轉換，控製器對通過列車波形存儲、分析、處理，完成通過列車機車、車輛的自動識別，計算出車輛的通過速度以及重量，同時與車號識別係統進行信息交換，分別得到機車、車輛的車型、車號，並將測量結果送入顯示單元。通過其內部的通訊接口，將測量結果送入外部計算機網絡中。整個係統結構框圖如圖1所示。

2係統硬件
2.1信號采集及處理
信號釆集及處理由dsPIC304F6014A、大容量的數據RAM及8路16位高速模數轉換器組成，實現列車通過測量區間時，對每路傳感器輸出波形的采集。信號釆集及處理電路原理如圖2所示。
Microchip公司生產的dsPIC304F6014A嵌入式控製器，提供多達144kbyte的片內FLASH、8kbyte的RAM、4kbyte的非易失的EEPROM數據存儲器和豐富的外設接口，其內核在設計上專門考慮了滿足功耗低、實時性強的工業級嵌入式產品領域的特點。由圖2可知，SA0〜SA2實現對8路16位模數轉換器模擬量輸入選擇，START用以啟動1次模數轉換，BUSY是模數轉換器反饋到嵌入式控製器的狀態信號，說明此次轉換已經完成，SD0-SD7用於將模數轉換器轉換的結果送入嵌入式控製器，L/H位用於選擇16位結果的高8位（或低8位），CS1選擇模數轉換器端口。大容量RAM的地址位分別為A0〜A15,讀控製為RD,寫控製為WR,RAM片選信號CS,3條控製線均為低電平有效，DO〜D7為數據總線，用以完成與控製器的數據交換。上述控製線分別與dsPIC304F6014A嵌入式控製器的I/O端口連接。串行通訊TXD1、RXD1用以實現整個儀表與外界PC機的信息交換。
由於現有單台麵斷軌軌道衡隻有4隻壓力傳感器，單台麵不斷軌軌道衡有4隻壓力傳感器和4隻剪力傳感器，在儀表的設計中，8路模擬量輸入CH0-CH7,可以滿足以上2種型式動態電子軌道衡對數字量的需要。
2.2顯示控製及與車號識別係統信號交換
顯示控製及與車號識別係統信號交換主要由18F4520微處理器、真空熒光顯示模塊組成，其結構如圖3所示。18F452O是Microchip公司生產的8位嵌入式控製器，具有豐富外圍通訊接口，其RXD,TXD用以實現與車號係統的信息交換。當收到車號識別係統送入的車型和車號信息幀後，對該信息幀分析處理，獲得通過列車機車、車輛的車型和車號信息,通過緩衝接口，將信息幀送入dsPIC30F6014A。儀表的數據顯示采用Noritake公司的128*64點陣的真空熒光圖形顯示模塊，可以完成結果和傳感器波形的顯示，其數據8位總線DO〜D7、CS、AO、RD、WR、C/D讀寫控製線，分別與18F4520微處理器的I/O口連接,以實現數據交換。該顯示模塊含有8位總線通訊接口、AC/DC電源轉換器，並具有較寬的工作電壓範圍和溫度範圍，其工作溫度為（一40〜+80）笆，能夠實現在高溫、嚴寒的惡劣環境中工作。
3軟件設計
3.1動態測量軟件
由於國內現有動態電子軌道衡主要有斷軌軌道衡與不斷軌軌道衡2種型式，不斷軌軌道衡的壓力傳感器與剪力傳感器合成後的波形，與斷軌軌道衡傳感器輸岀的波形相同。因此，僅結合不斷軌圖中，C0、Cl、C2、C3分別代表兩側鋼軌上的4隻剪力傳感器，P0、Pl、P2、P3分別表示兩側鋼軌上的4隻壓力傳感器。當鐵路貨車以規定的速度從測量區間的左側通過測量區間時，C0、C1輸出波形的方向一致，C2、C3輸出波形的方向一致，後一組與前一組剪力傳感器輸出相比，存在時間滯後。4隻壓力傳感器受正向垂直壓力，其輸出波形與剪力傳感器輸出呈現相同的時間滯後規律。以下分別為1節普通4軸貨車從左至右通過測量區間時傳感器輸出的實際波形。

通過上述傳感器輸出波形的合成，得到圖6所示波形。
圖6中：Po為貨車未到達測量區間時傳感器的輸出波形；R為貨車第1軸通過測量區間時傳感器的輸出波形，P?為貨車第1軸與第2軸通過測量區間時傳感器的輸出波形；P3為貨車第2軸通過測量區間時傳感器的輸出波形；P4為貨車第1軸與第2軸均離開測量區間時傳感器的輸出波形；R為貨車第3軸通過測量區間時傳感器的輸出波形；P6為貨車第3軸與第4軸通過測量區間時傳感器的輸出波形。
從上述波形分析可以得知，貨車的重量為

由於機車與車輛結構的不同，列車通過測量區間時，機車與車輛對應的傳感器波形也有差異，根據對波形的分析能實現機車車輛的判別。
3.2係統軟件
儀表軟件設計主要用Microchip公司特定的C語言完成，它能有效地利用單片機的資源，使係統程序更加簡潔，減少占用的內存資源。軟件主要包含動態稱重、靜態稱重、係統狀態測試、測量結果瀏覽、傳感器波形采集、列車波形顯示、車號係統連接測試、係統參數設置等，整個軟件流程如圖7所示。

4結束語
利用嵌入式控製器，將傳感器信號釆集、信息處理、數據通訊融合一體的動態電子軌道衡稱重儀表，具有良好穩定性。該儀表應用能提高動態電子軌道衡係統的可靠性，現場實際使用表明，係統運行穩定，完全符合動態電子軌道衡技術規範對儀表的要求。

作者：周用貴

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