动态电子轨道衡是用于对行进中的铁路列车进行动态测量的一种计量设备，随着我国铁路运输业的快速发展，它被广泛应用于冶金、煤炭、石油化工等领域中。目前，我国生产的动态电子轨道衡可以分为断轨与不断轨2种型式，无论哪种动态电子轨道衡，其电气控制部分均由通用的计算机、独立的传感器信号数据釆集系统组成。当列车通过动态电子轨道衡时，传感器的输出信号经放大、滤波以及模数转换后，通过外部的传输电缆，将数字信号输入计算机，计算机对信号进行分析处理，判别出机车、车辆，并计算出车辆的重量、速度及其他信息。
动态电子轨道衡电气控制部分现有的模式有以下几方面的不足：首先，控制部分采用市场上通用的计算机，无法应用于高温、严寒的恶劣环境中，计算机所运行的环境均是基于通用的操作系统，易受外界因素（计算机软件病毒等）的影响，降低了测量系统的稳定性；其次，由于传感器信号釆集与计算机信息处理是2个完全独立的部分，靠外部通讯电缆连接,降低了测量系统抗外界干扰的能力。以高性能嵌入式控制器为基础，将传感器信号采集、信息处理、数据通讯融合一体的动态电子轨道衡称重仪表可以弥补上述不足。
1系统概述
基于嵌入式控制器的动态电子轨道衡称重仪表，其系统控制、信息处理、数据交换，是以Microchip公司生产的dsPIC304F6014A控制器为主，并结合PIC18F4520以及AT89C2051单片机共同完成信号的采集与处理，将系统所需的多种工作电压、传感器信号放大、滤波、数据采集、信息处理、数据通讯、系统参数设置、数据显示等，整合到一个独立的应用单元中。当列车通过动态电子轨道衡时，传感器输出的模拟信号经放大、滤波，并完成模拟量到数字量的转换，控制器对通过列车波形存储、分析、处理，完成通过列车机车、车辆的自动识别，计算出车辆的通过速度以及重量，同时与车号识别系统进行信息交换，分别得到机车、车辆的车型、车号，并将测量结果送入显示单元。通过其内部的通讯接口，将测量结果送入外部计算机网络中。整个系统结构框图如图1所示。

2系统硬件
2.1信号采集及处理
信号釆集及处理由dsPIC304F6014A、大容量的数据RAM及8路16位高速模数转换器组成，实现列车通过测量区间时，对每路传感器输出波形的采集。信号釆集及处理电路原理如图2所示。
Microchip公司生产的dsPIC304F6014A嵌入式控制器，提供多达144kbyte的片内FLASH、8kbyte的RAM、4kbyte的非易失的EEPROM数据存储器和丰富的外设接口，其内核在设计上专门考虑了满足功耗低、实时性强的工业级嵌入式产品领域的特点。由图2可知，SA0〜SA2实现对8路16位模数转换器模拟量输入选择，START用以启动1次模数转换，BUSY是模数转换器反馈到嵌入式控制器的状态信号，说明此次转换已经完成，SD0-SD7用于将模数转换器转换的结果送入嵌入式控制器，L/H位用于选择16位结果的高8位（或低8位），CS1选择模数转换器端口。大容量RAM的地址位分别为A0〜A15,读控制为RD,写控制为WR,RAM片选信号CS,3条控制线均为低电平有效，DO〜D7为数据总线，用以完成与控制器的数据交换。上述控制线分别与dsPIC304F6014A嵌入式控制器的I/O端口连接。串行通讯TXD1、RXD1用以实现整个仪表与外界PC机的信息交换。
由于现有单台面断轨轨道衡只有4只压力传感器，单台面不断轨轨道衡有4只压力传感器和4只剪力传感器，在仪表的设计中，8路模拟量输入CH0-CH7,可以满足以上2种型式动态电子轨道衡对数字量的需要。
2.2显示控制及与车号识别系统信号交换
显示控制及与车号识别系统信号交换主要由18F4520微处理器、真空荧光显示模块组成，其结构如图3所示。18F452O是Microchip公司生产的8位嵌入式控制器，具有丰富外围通讯接口，其RXD,TXD用以实现与车号系统的信息交换。当收到车号识别系统送入的车型和车号信息帧后，对该信息帧分析处理，获得通过列车机车、车辆的车型和车号信息,通过缓冲接口，将信息帧送入dsPIC30F6014A。仪表的数据显示采用Noritake公司的128*64点阵的真空荧光图形显示模块，可以完成结果和传感器波形的显示，其数据8位总线DO〜D7、CS、AO、RD、WR、C/D读写控制线，分别与18F4520微处理器的I/O口连接,以实现数据交换。该显示模块含有8位总线通讯接口、AC/DC电源转换器，并具有较宽的工作电压范围和温度范围，其工作温度为（一40〜+80）笆，能够实现在高温、严寒的恶劣环境中工作。
3软件设计
3.1动态测量软件
由于国内现有动态电子轨道衡主要有断轨轨道衡与不断轨轨道衡2种型式，不断轨轨道衡的压力传感器与剪力传感器合成后的波形，与断轨轨道衡传感器输岀的波形相同。因此，仅结合不断轨图中，C0、Cl、C2、C3分别代表两侧钢轨上的4只剪力传感器，P0、Pl、P2、P3分别表示两侧钢轨上的4只压力传感器。当铁路货车以规定的速度从测量区间的左侧通过测量区间时，C0、C1输出波形的方向一致，C2、C3输出波形的方向一致，后一组与前一组剪力传感器输出相比，存在时间滞后。4只压力传感器受正向垂直压力，其输出波形与剪力传感器输出呈现相同的时间滞后规律。以下分别为1节普通4轴货车从左至右通过测量区间时传感器输出的实际波形。

通过上述传感器输出波形的合成，得到图6所示波形。
图6中：Po为货车未到达测量区间时传感器的输出波形；R为货车第1轴通过测量区间时传感器的输出波形，P?为货车第1轴与第2轴通过测量区间时传感器的输出波形；P3为货车第2轴通过测量区间时传感器的输出波形；P4为货车第1轴与第2轴均离开测量区间时传感器的输出波形；R为货车第3轴通过测量区间时传感器的输出波形；P6为货车第3轴与第4轴通过测量区间时传感器的输出波形。
从上述波形分析可以得知，货车的重量为

由于机车与车辆结构的不同，列车通过测量区间时，机车与车辆对应的传感器波形也有差异，根据对波形的分析能实现机车车辆的判别。
3.2系统软件
仪表软件设计主要用Microchip公司特定的C语言完成，它能有效地利用单片机的资源，使系统程序更加简洁，减少占用的内存资源。软件主要包含动态称重、静态称重、系统状态测试、测量结果浏览、传感器波形采集、列车波形显示、车号系统连接测试、系统参数设置等，整个软件流程如图7所示。

4结束语
利用嵌入式控制器，将传感器信号釆集、信息处理、数据通讯融合一体的动态电子轨道衡称重仪表，具有良好稳定性。该仪表应用能提高动态电子轨道衡系统的可靠性，现场实际使用表明，系统运行稳定，完全符合动态电子轨道衡技术规范对仪表的要求。

作者：周用贵

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