軌距尺實時數據傳輸的研究

謝嘉誠　余朝剛　劉以聲　袁鳳梅　王江楠

【摘 要】目的是在大數據、云計算、移動互聯時代基礎上，對生產工具進行智能化、網絡化相結合的改進升級。本項目是在傳統嵌入式技術的基礎上融入藍牙無線傳輸等新型技術，通過Arduino Bluno單片機等將檢測的軌距、超高、間照等實際數據通過無線傳輸途徑發送至終端設備，通過對數據的處理達到對軌道的測量，從而實現軌道尺的網絡化和數字化的創新，提高軌道檢測尺的智能化程度。要求實現連續測試、數據實時更新，使得測量效率得以提高。

【關鍵詞】軌距尺；實時數據傳輸；藍牙無線傳輸；Arduino Bluno單片機

0 引言

隨著普通列車的提速和高速列車的開行，我們對軌道的質量有著越來越高的要求。為了更加準確、高效地測量高速鐵路的幾何尺寸，我們需要研制出一種可以全面滿足實際需求的網絡軌距尺。我們把軌距尺當作傳感器使用，通過引入手持終端，實現了軌距尺與PC端的連接，進而達到我們要對數據進行實時傳輸和全面化處理的目的。測量者可以根據反饋信息一目了然地發現問題所在并進行及時的修復，極大地提高了工作效率，保證了鐵路線路的穩定性。該項技術不僅簡化了數據收集的步驟，而且節約了數據處理時間。這是軌距尺實現智能化的一項創新，達到了部頒1級軌距尺的規程要求，滿足了高速鐵路軌道線路的檢測需求。

1 總體設計方案

網絡軌距尺具有實時數據通信、傳輸和保存、連續測試、數據實時更新等功能，因此在硬件設計中需包含主體、Arduino Bluno單片機、電阻位移傳感器、藍牙模塊、顯示模塊等，組成框圖如圖1所示。

2 硬件結構

2.1 軌距尺結構

主體由直徑15mm的碳纖維管和帶有管夾功能的金屬件構成，金屬件用于兩端的固定，傳感器支座固定，單片機及顯示模塊支座以及把手。在兩端固定的金屬件上使用由電木板制作的測量限位零件，傳感器支座使用電木板制作。

測量原理：測量使用MIRAN米朗高精度KTR-75mm彈簧自恢復直線位移傳感，由Arduino單片機采集電壓值并計算為傳感器金屬桿的位移量，與軌距尺初始長度相加之后得到軌距測量值。

2.2 單片機模塊 藍牙模塊

本軌距尺使用的是Arduino Bluno系列單片機，擁有藍牙傳輸功能，與藍牙設備配對即可傳輸數據，使用有藍牙功能的安卓手機并安裝為本軌距尺開發的應用程序即可接收數據并儲存整理數據。

2.3 顯示模塊

使用128*64oled顯示屏，通過SPI協議與單片機連接。

2.4 電阻位移傳感器

采用KTR自恢復式位移傳感器，對位移和長度進行直接測量，輸出直流電壓信號。

3 軟件設計

系統軟件主要完成測量軌距長度以及實時傳輸數據的功能，具體流程圖如圖2所示。當電阻位移傳感器檢測到軌距為全長時，它會等待測量完成并用最小電壓值計算長度。如果不是全長，那就直接讀取電壓值，計算長度。

4 實驗結果

4.1 操作界面

切換按鍵可切換使用模式；測量按鍵可觸發相應模式下的測量；長按切換鍵可清零編號計數器。

4.2 靜止測量

使用mode1時，軌距尺移動端（傳感器端）先放下，壓縮傳感器后放下固定端，固定端靠攏鋼軌，自復式傳感器將自動伸長。兩端均與鋼軌緊貼后按下測量鍵即可測得數值并傳輸至移動設備。

4.3 活動測量

使用mode1時，傳感器在自然長度下，軌距尺斜放在鋼軌間，固定端不動，通過轉動軌距尺滑動移動端使軌距尺旋轉并達到最大壓縮量后繼續伸長至自然長度，單片機會自動判斷開始位置及結束位置，取最小值即為軌距尺垂直于鋼軌時測得的長度。（相比靜止測量耗時稍長，但能確保軌距尺垂直鋼軌，減少操作造成的誤差）。

4.4 持續測量

使用mode2時，軌距尺持續測量長度，按下測量鍵傳輸當前數據。

5 結語展望

網絡軌距尺的開發可以為自動化調整設備奠定基礎，軌距尺作為一種傳感器，使用更加方便了，也提高精調工作效率。現有的軌距調整方法對一段鋼軌的調整需要至少三個工人運用多種工具，從測量到完成調整需要很長時間。如果遇到緊急維修很可能會面臨通宵工作也趕不上。我們在現有數字式軌距尺的基礎上增加數據傳輸功能以及自動測量的電機驅動支持，將測得的數據通過網絡實時傳輸至數據分析平臺以及軌距調整設備，工作人員只需要在手機上下載一個app便能測量，這個app目前是一個測試用的軟件，已經能達到預期的效果。軌距尺具有實時數據通信、傳輸和保存、連續測試、數據實時更新等功能，并且能不受環境，外力，濕度等因素的影響，使得測量效率大大提高。

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[責任編輯：朱麗娜]