NXP

采用单片机的轨道压力测试仪设计

2019-11-28 14:19发布

站内问答 / NXP MCU
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<p> 作者：西北工业大学动力与能源学院 翟位雷 吴亚锋</p><p> 轨道电路是信号联锁的室外重要设备，起着保证行车和调车作业安全的作用。它能监督检查某一固定区段内的线路（包括站线）是否有列车运行、调车作业或车辆占用的情况，并能显示该区段内的钢轨是否完整。它是以钢轨为导线，轨缝间用接续线连续起来，一端接</p><p>电源，另一端连接受电器，通过轨道电流来工作。</p><p> 轨道电路能否正常工作直接影响到列车的安全行驶，因此，对轨道电路的检测尤为重要，目前市场上的检测设备还很少，而且普遍存在功耗大，价格昂贵，体积大等不足。为此，本文通过对轨道电路分析研究，设计一种高精度的压力</p><p>测试仪器来模拟火车对轨道的压力，从而验证轨道电路的性能。</p><br> <br> <br> <br> <br> <br> <p><br></p>
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4条回答
世啊木啊
2019-11-29 01:52
系统软件设计

1 采样和数据处理

①AD7705的读写时序

AD7705通过四线SPI与单片机通信，其读写时序图如图5(a)、(b)所示，读写过程中串行数据高位在前，低位在后。DRDY为低电平说明A/D已经转换完毕，数据已准备好，可以启动读写指令。任何时候要对AD7705进行读写操作都须检查DRDY是否为低。

图5 AD7705读写时序图

②AD7705的寄存器

第一个是通信寄存器(communication Register)，选择采集通道、下一次操作是读还是写，以及下一次读写哪一个寄存器。

第二个是设置寄存器（Setup Register），决定校准模式、增益设置、极性设置以及缓冲模式。

第三个是时钟寄存器(CLOCK Register)，设置滤波器记忆时钟控制位。

软件编程思路也是按这个顺序写的，先设置通信寄存器，其次写设置寄存器，最后设置时钟寄存器。设置完之后，只要检测到DRDY为低电平，就可以启动时钟来读取AD7705数据寄存器中已转换好的数据。

2 数据处理算法思路

数据处理主要是将电压信号转换成压力值，将采集来的数据进行转换。已知：传感器的参数为10mV对应的是30kN，A/D的满量程电压为1.5V，设采集的A/D值为K，设换算后的压力为X，10mV对应的A/D值为D，增益为64，则由以上参数可求出：

  (1)
        (2)

式(2)就是转换后的压力值和采集的A/D值的关系。

因为单片机不支持浮点运算，为了能精确的显示结果，用软件模拟浮点除法运算，其主要思想是：定义一整型变量INTD，将除的结果存入INTD中，因为是整型变量，所以除法的结果只取了整数部分，例如5/4=1，模拟除法的算法主要依据这一特性。

第一步，如果采集来的值K大于932，K/932存入整型变量中即可得到整数部分。

第二步，用K对932取余得到R，显然R小于932，然后得到小数点后第一位，再用R×10对932取余得到R1，小数点后第二位,以此类推，得到小数点后第三位dec3。

第三步，如果采集来的值K小于932，直接进行第二步操作。

第四步，与逻辑零点进行比较，得到理论压力值，并进行BCD转换在数码管上显示。



图6 软件流程图

3 程序编程思路及流程图

系统软件编程采用状态机机制，上电之后进行各个模块的初始化，包括I/O口初始化、定时器初始化、SPI初始化等。初始化完后进入系统循环，在循环体中根据任务标志位进行任务处理，主要任务有：欠压处理、数据采集、睡眠、关机等。在数据处理时，先采集通道2的值，然后采集通道1，如果传感器未接，则采集来的值为零或者近似零，系统报警等待。如果采集来的值大于零，则参与运算。求出理论值显示。

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