基于数字倾角传感器的线路道岔电子检测尺设计

　　调试电路

　　C8051F060的片内 JTAG 调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品进行非侵入式（不占用片内资）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察并修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及行和停机命令。在使用 JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。JTAG接口使用MCU上的4个专用引脚（TMS、TCK、TDI、TDO）。

　　万年历时钟芯片电路 　

　　每次测量后记录测量时间，以便在上位PC机形成报表。DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

　　DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。DS1302与CPU的连接如图5所示。

　　EEPROM电路

　　测量的数据保存在EEPROM中。AT24C512是ATMEL公司推出的具有I2C总线容量达512Kbit（64K×8）的EEPROM，该芯片的主要特性如下：存储容量为65536byte；与100kHz、400kHz、1MHz I2C总线兼容；100000次编程/擦写周期；单电源、读写电压为1.8V~5.5V；ESD保护电压>4kV；数据可保存40年；写保护功能，当WP为高电平时，进入写保护状态；CMOS低功耗技术，最大写入电流为3mA；128byte页写入缓存器；自动定时的写周期；具有8引脚DIP及20 引脚SOIC封装等多种封装形式。EEPROM电路见图6。

 　　 RS232电平转换电路

　　MAX232是单电源双RS232发送/接受芯片，采用单一+5V电源供电，只需外接4个电容，便可构成标准的RS232通信接口。单片机和计算机、数字倾角(角度)传感器接口电路如图7所示。图中的C3、C4、C5、C6是电荷泵升压及电压反转部分电路，产生V+、V-电源供EIA电平转换使用，C7 是VCC对地去藕电容，其值均为0.1μF。电容C3~C7安装时必须尽量靠近MAX232芯片引脚，以提高抗干扰能力。

　　液晶显示电路

　　JM19264A是具有192*64点阵的图形点阵液晶模块，它与单片机联接构成功能强、结构简单、人机对话界面丰富的应用系统。本仪器中，单片机采用直接访问式接口电路与液晶显示电路进行控制。

　　液晶屏显示内容及键盘布局

　　线路道岔电子检测尺外部由JM19264A液晶显示屏、RS232接口和４＊４的键盘构成，右端是可旋转移动的轴，通过轴的移动产生位移信号输入单片机，单片机每隔0.5s刷新一次液晶显示屏数据。H后的"＋"号代表左端高，"－"号表示左端低。L后的"＋"表示比标准值大，"－"表示比标准值小。液晶屏显示及键盘布局见图8。

　　线路道岔电子检测尺的使用

　　在使用线路道岔电子检测尺进行测量时，线路道岔电子检测尺的左端紧挨着钢轨的一侧，另一端用螺旋器移动中心轴使之接触钢轨另一侧，按下键盘上的确认键后，该系统便会很精确地将需要的数据测量出来。测量完成后按下保存键便可保存该点的数据。通过RS232与PC机连接后可获取所测量点的所有信息。

　　抗震动、防冲击的结构设计

　　由于线路道岔电子检测尺轻巧便携，因此也很容易产生碰撞、跌落。为了让系统可靠地工作，应避免震动、冲击直接作用到传感元件上，因此在设计结构上采取了金属盒装的结构。将控制装置紧固安装在金属盒内，仅留外部接口、液晶显示屏和键盘在金属盒外，避免内部元件直接受外部冲击、碰撞，提高了器件抗冲击能力。

　　系统的编程

　　采用Silicon Laboratories IDE集成编辑、编译、仿真、下载软件包，用C语言进行软件编写。系统通电后，首先要对单片机进行初始化，包括单片机的I/O端口和交叉开关、定时器的初始化、两个串行通讯口的初始化，液晶显示器的初试化等。整个程序由器件初始化程序、液晶显示器的初试化程序、串行口中断程序、外部中断0处理程序、显示程序、键盘扫描处理程序、轨距和水平计算程序程序、万年历时钟芯片DS1302读写程序、EEPROM AT24C512读写程序等组成。

　　部分源代码程序如下：

　　位移测量传感器过零信号中断入口程序
void Init0_ISR() interrupt 0 // 外部中断0，边沿触发
{
uchar distance_flag; //位移测量传感器运动方向标志保存字
SFRPAGE=0x01;
TMR3H=0; //过零点,复位计数器为零.
TMR3L=0;
P05=1;
distance_flag=P0;
distance_flag=distance_flag&0x20; //位移测量传感器B信号脚
if(distance_flag==0)
{
distance_positive_flag=0;//位移测量传感器运动方向标志位为0表示负方向运动
}
else
{
distance_positive_flag=1; //位移测量传感器运动方向标志位为1表示正方向运动
}
}
向数字倾角(角度)传感器发送命令子程序
void sendserial(unsigned char *senddata,unsigned char len2)
{
uchar i;
ES0=0; //禁止中断 for(i=0;i<len2;i++)
{
SFRPAGE=0x00;
SBUF0=*(senddata+i); //将数据送出
while(TI0==0); //发送标志位是否产生
TI0=0;
}
ES0=1; //允许中断
}

　　结语

　　线路道岔电子检测尺从方案的调研、论证和选取及电路的设计、软件的控制等各个环节，都充分考虑外界环境的各种可能的情况，对钢轨轨距、水平度实现了高精确数字化测量，可以起到提前排除因轨道变化引起的行车安全隐患。该装置的准确性和高速测量提高了铁路的安全性，并降低了员工的劳动强度。