基于数字倾角传感器的线路道岔电子检测尺设计

2.3 位移传感器

采用DC20型光栅尺位移传感器作为轨距测量工具。DC20型光栅尺采用双层防护胶条密封，可保证最佳的密封性能。读数头滚动系统采用450式五轴承滚动系统，保证光学感应系统能长期稳定地在光栅尺上顺畅滑行以及它高等级的测量精度。

                                  位移传感器输出信号波形见图4。

2.4  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）。

2.5 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。

2.6 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。

2.7 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。

2.8 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。

2.9 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。

2.10 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。

3 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。

4 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{

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

}