针对铁路轨道经常塌陷、事故频发现状,为有效监测轨道塌陷情况,设计了一种基于微机电系统(MEMS)陀螺仪的铁路轨道塌陷监测系统。分析了系统的基本设计原理,以MEMS陀螺仪、GPS模块为姿态测量元件,采用可编程逻辑控制器(PLC)对陀螺仪和全球定位系统(GPS)模块信息进行实时采样,定制了Win CE操作系统的ARM存储控制。同时,应用卡尔曼滤波算法在Matlab上实现陀螺仪和GPS数据融合、消除噪声。系统测试前使用专用水平仪传感器进行静态检测。测试结果表明:在平整和颠簸两种路段下,系统检测值准确可靠。当系统检测出倾角误差绝对值大于0.4°时,能够准确反映塌陷超标并反馈信息。系统符合我国铁路轨道动态检测指标,可广泛应用于铁路轨道塌陷监测。进行比较，当超过轨道允许塌陷范围时，便安排专门维修人员抢修，保证铁路轨道正常运营。L/2L/2H右轨左轨(a)%水平方向塌陷L/2L/2H右轨左轨(b)%垂直方向塌陷H图1轨道塌陷检测原理1．2测量指标根据我国铁路轨道动态检测要求，参考轨道质量指数(TQI)［6］，制定了轨道动态塌陷检测指标，见表1。对于速度v不同的机车，轨道塌陷指标不同。检测标准按照每隔1m的峰值管理法［7］，取1m内水平和垂直最高塌陷值，分为I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ4个等级，等级越高塌陷程度越严重。表1轨道塌陷监测指标项目v≥160km/hI级Ⅱ级Ⅲ级为适应不同速度机车运行，放大电路-数控滚圆机滚弧机价格低电动滚圆机滚弧机倒角机多少钱根据轨道检测指标表1选取水平和垂直方向塌陷报警阈值分别为6mm和5mm，根据图1推导公式H=(L2+2×M2)tanθ(1)θ=arctan(H/(L2+2×M2))(2)式中L为检测距离;M为单轨宽度;θ为倾角。计算可得水平倾角θ为0．45°;垂直倾角θ为0．4°。本文有张家港市泰宇机械有限公司全自动倒角机采集网络整理，http://www.daojiaoj.com 由于系统根据检测轨道倾角值来判定轨道塌陷程度，所以当倾角θ变化大于0．4°时，便判定塌陷超标。2系统硬件和软件设计2．1系统总体设计轨道塌陷监测系统由数据采集单元、存储单元和数据处理3部分组成。系统主要通过可编程逻辑控制器(pro-grammablelogiccontroller，PLC)采集陀螺仪和GPS模块信号，得到倾角和对应的位置信息，然后串口发送数据至WinCE系统的AＲM［8］中，最后在PC终端上运用卡尔曼算法对数据进行融合、除噪声，从而显示分析轨道塌陷情况得出结论。图2为轨道塌陷监测系统的总体设计。2体设计框图应时间的陀螺仪数据，达到时间同步。系统采集信号包括两部分:陀螺仪信号和GPS信号。由于GPS传输回来经纬度信息能直接被PLC采集，只需在PLC程序中解调获得具体位置信息即可，不需要将信号放大［10］。陀螺仪信号相对弱，所以要对陀螺仪信号进行信号放大电路设计。先利用减法器将角度信号0位电压滤除，获得与电压信号成比例的净电压信号，再利用乘法器按比例放大，设计电路如图3所示信号放大电路2．3软件设计2．3．1系统控制中心设计根据系统控制的要求，选用型号为mini2440的AＲM9开发板，开发板采用SamsungS3C2440微处理器，采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证运行。为方便保存和显示数据，系统主板的操作系统定制为WinCE操作系统［11］。WinCE操作系统开发流程如图4所示。安装BSP打开PB安装向导平台定制添加系统组件添加修改驱动程序修改配置文件NY平台调试生成OS镜像(NK%BIN)下载到目标设备平台创建完成?导出SDK图4WinCE操作系统开发流程按照开发流程完成系统定制后，生成名为eboot．nbo的Bootloader镜像文件以及名为NK．bin的系统镜像文件，首先，下载Bootloader镜像文件，然后，完成NK．bin内核镜像文件的下载。经过调试和修改完成WinCE操作系统的定放大电路-数控滚圆机滚弧机价格低电动滚圆机滚弧机倒角机多少钱本文有张家港市泰宇机械有限公司全自动倒角机采集网络整理，http://www.daojiaoj.com