轨距尺实时数据传输的研究
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【摘 要】目的是在大数据、云计算、移动互联时代基础上，对生产工具进行智能化、网络化相结合的改进升级。本项目是在传统嵌入式技术的基础上融入蓝牙无线传输等新型技术，通过Arduino Bluno单片机等将检测的轨距、超高、间照等实际数据通过无线传输途径发送至终端设备，通过对数据的处理达到对轨道的测量，从而实现轨道尺的网络化和数字化的创新，提高轨道检测尺的智能化程度。要求实现连续测试、数据实时更新，使得测量效率得以提高。
【关键词】轨距尺；实时数据传输；蓝牙无线传输；Arduino Bluno单片机
0 引言
随着普通列车的提速和高速列车的开行，我们对轨道的质量有着越来越高的要求。为了更加准确、高效地测量高速铁路的几何尺寸，我们需要研制出一种可以全面满足实际需求的网络轨距尺。我们把距尺当作传感器使用，通过引入手持终端，实现了轨距尺与PC端的连接，进而达到我们要对数据进行实时传输和全面化处理的目的。测量者可以根据反馈信息一目了然地发现问题所在并进行及时的修复，极大地提高了工作效率，保证了铁路线路的稳定性。该项技术不仅简化了数据收集的步骤，而且节约了数据处理时间。这是轨距尺实现智能化的一项创新，达到了部颁1级轨距尺的规程要求，满足了高速铁路轨道线路的检测需求。
1 总体设计方案
网络轨距尺具有实时数据通信、传输和保存、连续测试、数据实时更新等功能，因此在硬件设计中需包含主体、Arduino Bluno单片机、电阻位移传感器、蓝牙模块、显示模块等，组成框图如图1所示。
2 硬件结构
2.1 轨距尺结构
主体由直径15mm的碳纤维管和带有管夹功能的金属件构成，金属件用于两端的固定，传感器支座固定，单片机及显示模块支座以及把手。在两端固定的金属件上使用由电木板制作的测量限位零件，传感器支座使用电木板制作。
测量原理：测量使用MIRAN米朗高精度KTR-75mm弹簧自恢复直线位移传感，由Arduino单片机采集电压值并计算为传感器金属杆的位移量，与轨距尺初始长度相加之后得到轨距测量值。
2.2 单片机模块 蓝牙模块
本轨距尺使用的是Arduino Bluno系列单片机，拥有蓝牙传输功能，与蓝牙设备配对即可传输数据，使用有蓝牙功能的安卓手机并安装为本轨距尺开发的应用程序即可接收数据并储存整理数据。
2.3 显示模块
使用128*64oled显示屏，通过SPI协议与单片机连接。
2.4 电阻位移传感器
采用KTR自恢复式位移传感器，对位移和长度进行直接测量，输出直流电压信号。
3 软件设计
系统软件主要完成测量轨距长度以及实时传输数据的功能，具体流程图如图2所示。当电阻位移传感器检测到轨距为全长时，它会等待测量完成并用最小电压值计算长度。如果不是全长，那就直接读取电压值，计算长度。
4 实验结果
4.1 操作界面
切换按键可切换使用模式；测量按键可触发相应模式下的测量；长按切换键可清零编号计数器。
4.2 静止测量
使用mode1时，轨距尺移动端（传感器端）先放下，压缩传感器后放下固定端，固定端靠拢钢轨，自复式传感器将自动伸长。两端均与钢轨紧贴后按下测量键即可测得数值并传输至移动设备。
4.3 活动测量
使用mode1时，传感器在自然长度下，轨距尺斜放在钢轨间，固定端不动，通过转动轨距尺滑动移动端使轨距尺旋转并达到最大压缩量后继续伸长至自然长度，单片机会自动判断开始位置及结束位置，取最小值即为轨距尺垂直于钢轨时测得的长度。（相比静止测量耗时稍长，但能确保轨距尺垂直钢轨，减少操作造成的误差）。
4.4 持续测量
使用mode2时，轨距尺持续测量长度，按下测量键传输当前数据。
5 结语展望
网络轨距尺的开发可以为自动化调整设备奠定基础，轨距尺作为一种传感器，使用更加方便了，也提高精调工作效率。现有的轨距调整方法对一段钢轨的调整需要至少三个工人运用多种工具，从测量到完成调整需要很长时间。如果遇到紧急维修很可能会面临通宵工作也赶不上。我们在现有数字式轨距尺的基础上增加数据传输功能以及自动测量的电机驱动支持，将测得的数据通过网络实时传输至数据分析平台以及轨距调整设备，工作人员只需要在手机上下载一个app便能测量，这个app目前是一个测试用的软件，已经能达到预期的效果。轨距尺具有实时数据通信、传输和保存、连续测试、数据实时更新等功能，并且能不受环境，外力，湿度等因素的影响，使得测量效率大大提高。
【参考文献】
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