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1、列车折关检测系统分析及数据处理算法探讨列车折关检测系统分析及数据处理算法研究时间:-04-09 09:17:12来源:自动化与信息工程作者:王刚黄挚雄1引言列车在运行过程中,若发生折角塞门误关(简称折关，主要由人为 故意破坏非正常关闭折角塞门或者折角塞门由于长久工作而自然 损坏两方面原因造成)，在列车需要制动时，使空气制动功能受到影 响，制动力下降，严重时将造成列车冒进、追尾等事故。因此，列车” 折关”是铁路安全运行中存在的重要问题之一。铁道部1988年已 将防止折角塞门关闭造成事故问题列为铁路安全的重点攻关项 目。当前对列车折关检测主要是根据对列车管内气压数据的采样， 然后与正常情况下的数据
2、对比计算获得折关与否以及折关的具体 位置。基于此原理研发成的检测装置大致有三类:(1)列车尾部安 全装置，(2)列车折关检测报警记录装置(列车管贯通状态检测仪)， 列车制动主管漏泄检测仪。本文介绍的系统设计是基于列车折关 检测报警记录装置原理。2检测系统电路设计检测系统电路包括信号调理板、单片机电路、滤波放大电路、 A/D转换电路、显示电路等，如图1所示。单片机是系统的核心， 它控制A/D转换器采样经滤波放大后的压力、差压信号并转换 成数字量，按照一定的算法规则处理后,得到代表列车管贯通状态的 具体值并送显示电路。21滤波放大电路装置检测盒送出的压力P是OmA20mA信号,差压。DP是 101
3、0mA信号，这种电流源信号对激励电压的变化不敏感,长导线 传输也不会因电压降或感应噪声产生误差。由于列车运行时现场 条件恶劣且干扰严重，加之扩散硅压阻传感器本身对声压及其它杂 散干扰较为敏感,传感器送给主机的两个信号分别经过两个低通滤 波器,使信号质量得到提高，该低通滤波器采用MAX291，它是一个8 级巴特沃斯低通滤波器，为了防止信号过载使滤波器失效和损坏，两 输入信号均加有硬件过载保护电路。放大部分由LM124及外围元 件组成，它将P和DP分别放大到10V和5V+5V，供A/D转换使 用。图2是压力P信号的虑波放大电路原理图，可调比较电平是在 定压5kg和6kg二种情况下，为截取信号的有用
4、变化分量进行充分 放大而设置的。2. 2 A/D转换电路A/D转换过程中，每隔时间T对输入的连续信号进行采样，采样后的数据在时间上是离散的，然后经过量化（即编码）将模拟信号转 化成数字信号。在A/D转换器中,采用四舍五入的取整量化方 式。毫无疑问,量化会使信号失真,给系统带来量化误差，影响系统 的精度和过程平滑。为了减少量化误差对系统精度和平滑性的影 响，应该正确地选用A/D转换器。当监测列车管中气体的压力、差压变化时，需要同时对两个信号 进行实时采集并将其转换成数字量，为了提高系统的动态性能和测 量精度，采用了 12位高速A/D转换器MAX196来进行模数转换, 并用MAX6241做基准。经
5、前向处理后的P和DP信号分别送到 MAX196的CHO和CH1,在89C51的控制下完成A/D转换。图3 为A/D转换电路连接图。23I/O315丄2224P1.0MAXCLK图4微处理器与MAX7219连接方式图3 A/D转换连接2. 3显示电路装置的显示采用MAX7219驱动LED显示器。它与微处理器的连接简单,能够与微处理器任意三个端连接。如图4所示为微处理器与MAX7219的一种连接方式。P2.0LOADP3*0MAXI 96WKRDREFnoagnp dmREADJ jytVCCK9C51DIN7219MCU2 6M AX6241MAX7219是一种高集成化的串行输入/输出的共阴极L
6、ED 显示驱动器。每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，能够 多片级联，只需将上一片的DOUT连接下一片的DIN即可,CLK和 LOAD线全部公用，连在一起。在多片级联时，对MAX7219的操作 指令要注意LOAD信号的起止点，操作开始时,LOAD下降为低电 平，按照每片MAX7219两个字节,如果有N片,则发送2N个字节 后,LOAD上升为高电平。还需注意的是，先发送的指令将到达级联 的最后一片。MAX7219内部设有扫描电路,除了更新显示数据时 从单片机接收数据外，平时独立工作,极大地节省了 MCU有限的运 行时间和程序资源。3折关检测算法研究31数据分析及选择列车折关故障检测系统由于是一个存在各种非理想因素的复杂 系统，检测所测得的信号带有很大的随机性，其特征往往只能从统计 意义上予以描述。在这里，传统的滤波方法不可能将无用信号从测 量数据中分离出来，为了获取可信度较高的有用数字信息，采用从数 据系列中提取逼近真值数据的软件算法，由于这种软件滤波具有较 强的自适应性，其效果往往是硬件滤波电路所达不到的。对于n次等精度数据采集，存在着系统误差、随机误差和因突发 干扰引起的疏失误差，这都将使采集的数据偏离真值。此时，可用剔
