基於pc104體系嵌入式鐵路稱重設備的製作方法
2023-09-17 06:56:00 1
專利名稱：基於pc104體系嵌入式鐵路稱重設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種稱量裝置，特別是涉及一種鐵路稱重設備。
背景技術：
鐵路稱重設備通常是對傳感器輸出的信號依次進行信號調理、A/D轉換、數據採集、數據分析和數據管理，見圖1。現有的鐵路稱重設備，A/D轉換由A/D採集卡實現，數據採集、數據分析及數據管理由工業控制計算機(簡稱工控機)和上位機來實現，見圖2。工控機的主要特點是兼容性好，可擴展性強，通常面向一般的工業應用，但其也存在以下缺點(1)用同一臺工控機一邊要進行實時的採樣，一邊要進行數據分析處理，同時要實現人機界面、資料庫管理，對於一臺工控機的任務量過多，同時數據管理部分要求有良好的人機界面，用同一臺工控機實現數據採集與數據管理難以達到良好的效果。
(2)A/D轉換、數據採集、數據分析需要測試現場完成，原始數量較大，不便於傳輸。
(3)體系結構複雜，故障點多，系統中有一個組成部件出故障整個系統就會癱瘓，在以前的使用過程中經常出現硬碟損壞、CPU風扇損壞導致CPU燒壞、內存接觸不良等狀況。
(4)測試現場環境通常比較複雜，例如測試現場振動大、粉塵多、溫度變化範圍大、供電電源不穩定等因素，使用工控機故障率較高。
發明內容
為了克服現有鐵路稱重設備使用工控機的不足，本實用新型提供一種基於PC104體系的嵌入式鐵路稱重設備。
本實用新型的技術方案是一種基於PC104體系嵌入式鐵路稱重設備，包括電源、上位機、傳感器、信號調理板，還包括PC104嵌入式系統，所述嵌入式系統包括集成有內存、串口、並口、顯卡的主板和AD採集卡，所述AD採集卡底座插針嵌入所述主板，所述信號調理板的插接件與AD採集卡相連，所述信號調理板還外接傳感器，所述上位機與所述嵌入式系統連接，所述嵌入式系統、電源和信號調理板集成在一個機箱內。
所述信號調理板具有16個通道性能一致的信號調理電路，外接16隻傳感器。
所述傳感器接入信號通道箱的不同通道，信號通道箱接入嵌入式系統主機的信號調理板的對應通道。
所述信號通道箱是用兩條各具有80個高低位的接線端子焊接在通道電路板上，固定安裝在鋁殼內。
本實用新型的有益效果是(一)採用嵌入式系統的優點1)把信號實時採集、處理部分與資料庫管理及人機界面部分分開，提高採樣、處理部分程序的可靠性，而不增加上位機的負擔。
採用PC104這種體系結構，把有實時性要求的工作由嵌入式系統部分獨立完成，所有的硬體資源(CPU時間、內存)全部用於數據採集和處理，保證可靠、連續的採樣。上位機的所有資源都可用於資料庫管理和人機界面，沒有實時性要求，即使在稱重的同時進行資料庫查詢等大量使用CPU時間的工作時也不會對稱重有任何影響。
2)嵌入式部分獨佔CPU，可以使用多種高級算法，提高數據處理質量。
採用嵌入式系統來獨立處理數據運算工作，整個系統的資源都可以由數據採集、處理程序調度，可以完全控制並充分利用所有的系統資源來完成數據採集、處理工作，提高數據採集、處理過程的能控性，提高系統的可靠性。
3)提高採樣、處理部分硬體可靠性，減少底層維護工作量。
採用嵌入式系統結構的鐵路衡器，底層核心的數據採集、處理部分由嵌入式系統部分完成，這一部分的軟、硬體比工控機更健壯，不會感染病毒，系統不會崩潰，系統軟體部分通常是不需要維護的。而上位機部分僅提供界面與數據管理，與底層硬體無關，與普通計算機的功能沒有區別，只要有一定的計算機基礎的人員都可以做維護。
4)對環境適應能力比工控機更強。
嵌入式系統的設計儘可能減少機械部件，減少插接件，提高機械部分的可靠性。嵌入式系統採用電子盤取代機械式硬碟，一方面對振動的適應能力加強，同時降低系統的功耗。嵌入式的組件，如內存、串口、並口、顯卡等全部集成在主板上，儘可能減少插接件，提高了系統對粉塵和振動的適應能力。
嵌入式系統的功耗比工控機小的多，系統散熱量小，不需要風扇。另外，嵌入式系統的功耗低，對電源部分的壓力小，在電源部分的設計過程中可以更多的考慮對輸入電壓(市電)的適應能力而不必過多的顧及電源的轉換效率，使電源部分對輸入電壓的適應能力更強。
5)便於安裝、調試及維護。
嵌入式系統、電源、信號調理幾部分都集成到一個1U機箱內，體積小，重量輕，便於攜帶、安裝、調試。
(二)採用獨立通道信號調理板的優點將各個傳感器通道的信號分開，每個傳感器的信號都可以獨立獲取，使得信息量更大，便於提取有效特徵信息，數據處理過程更靈活，可以達到更好的處理效果，而且接線靈活，方便維護。
圖1是計量稱重設備結構組成圖圖2是現有鐵路稱重設備方框圖；圖3是本實用新型鐵路稱重設備方框圖；圖4是信號調理板一個通道的電路原理圖；圖5是本實用新型安裝和連線結構圖。
圖中1-傳感器 2-信號調理板 3-A/D採集卡 4-工控機 5-嵌入式系統6-上位機 7-5V電源 8-15V電源 9-10V電源 10-顯示器接口11-電源插座 12-COM1 13-COM2 14-電源開關 15-鍵盤接口16-滑鼠接口CH00～CH15-16路信號通道L1-顯示器線 L2-AC220V電源線 L3-串口1線 L4-串口2線L5-鍵盤滑鼠線 L6-5V電源線 L7-15V電源線 L8-16路信號線具體實施方式
如圖1所示，計量稱重設備通常是將傳感器傳輸的信號依次進行信號調理、A/D轉換、數據採集、數據分析和數據管理。
如圖2所示，現有鐵路稱重設備主要包括傳感器1、信號調理板2、A/D採集卡3和工控機4。其中，A/D採集卡3實現A/D轉換，工控機4主要實現數據採集、數據分析和數據管理等功能。
如圖3所示，本實用新型基於PC104體系嵌入式鐵路稱重設備主要包括傳感器1、信號調理板2、嵌入式系統5和上位機6。其中，嵌入式系統5實現A/D轉換、數據採集、數據分析三部分功能，上位機6提供界面與數據管理。
本實用新型採用的嵌入式系統採用PC104體系的產品，主要參數如下CPU板300MHzCPU 128M內存 32-128M電子盤可選ADT800 AD採集卡16通道 精度16位 採樣率100KHz(用於軌道衡)ADT650 AD採集卡16通道 精度12位 採樣率100KHz(用於超偏載)圖4是本實用新型產品中信號調理板一個通道的電路，可以根據一個通道的電路原理圖進行製版。本實用新型產品的信號調理部分是與AD採集卡相連的信號調理板，設計為16個通道性能一致的信號調理電路，可外接16隻傳感器，實現每個通道獨立進行信號採集和處理。信號調理電路的濾波和放大電路，選用的是美國AD公司的AD620，共模抑制比高、精度高。濾波器採用有源低通濾波電路加埠元件低通濾波，用於消除稱重傳感器輸出信號包含的高頻幹擾成分，同時加裝有增益調整的電位器，以確保16路性能的一致性。
如圖5所示，是本實用新型的安裝和連線結構圖。在-個1U機箱18內集成有嵌入式系統5、信號調理板2和三個電源7、8、9。1U機箱上分設有顯示器10、COM1、COM2、鍵盤15、滑鼠16接口及電源插座11和電源開關14，還設有CH00～CH15共16路信號通道。其中，嵌入式系統採用的是SCM7020主板和ADT650採集卡。1U機箱內各部件用L1顯示器線，L2AC220V電源線，L3串口1線，L4串口2線，L5鍵盤滑鼠線，L65V電源線，L715V電源線，L816路信號線進行連接。
J1線號表1Vin002Vin083Vin014Vin095Vin026Vin10
7Vin03 8Vin119Vin04 10Vin1211Vin0512Vin1313Vin0614Vin1415Vin0716Vin1517AGND 18AGND19Ref+ 20Ref-21Vout022Vout123Vout224Vout325AGND 26AGNDKBMS1線號表1音頻輸出 2音頻- 3復位控制 4滑鼠數據 5鍵盤數據 6鍵盤時鐘 7地 8+5V 9NC 10滑鼠時鐘JOUT線號表1CH0020CH012CH0221CH033CH0422CH054CH0623CH075CH0824CH096CH1025CH117CH1226CH138CH1427CH159AGND28AGND10AGND 29AGND當室外傳感器的引線長度不夠時，可使用與本實用新型配套的信號通道箱，將傳感器的引線先接入信號通道箱的不同通道，再由通道箱接入嵌入式系統主機的信號調理板的對應通道。信號通道箱用兩條各具有80個高低位的接線端子焊接在通道電路板上，固定安裝在鋁殼內。信號通道箱的線號表如下
CHXXE+激勵正CHXXE-激勵負CHXXS+信號正CHXXS-信號負。
權利要求1.一種基於PC104體系嵌入式鐵路稱重設備，包括電源、上位機、傳感器、信號調理板，其特徵在於，還包括PC104嵌入式系統，所述嵌入式系統包括集成有內存、串口、並口、顯卡的主板和AD採集卡，所述AD採集卡底座插針嵌入所述主板，所述信號調理板的插接件與AD採集卡相連，所述信號調理板還外接傳感器，所述上位機與所述嵌入式系統連接，所述嵌入式系統、電源和信號調理板集成在一個機箱內。
2.根據權利要求1所述的嵌入式鐵路稱重設備，其特徵在於，所述信號調理板具有16個通道性能一致的信號調理電路，外接16隻傳感器。
3.根據權利要求1所述的嵌入式鐵路稱重設備，其特徵在於，所述傳感器接入信號通道箱的不同通道，信號通道箱接入嵌入式系統主機的信號調理板的對應通道。
4.根據權利要求3所述的嵌入式鐵路稱重設備，其特徵在於，所述信號通道箱是用兩條各具有80個高低位的接線端子焊接在通道電路板上，固定安裝在鋁殼內。
專利摘要本實用新型公開了一種基於PC104體系嵌入式鐵路稱重設備，包括電源、上位機、傳感器、信號調理板，還包括PC104嵌入式系統，所述嵌入式系統包括集成有內存、串口、並口、顯卡的主板和AD採集卡，所述AD採集卡底座插針嵌入所述主板，所述信號調理板的插接件與AD採集卡相連，所述信號調理板還外接傳感器，所述上位機與所述嵌入式系統連接，所述嵌入式系統、電源和信號調理板集成在一個機箱內。本實用新型採用嵌入式系統，把信號實時採集、處理部分與資料庫管理及人機界面部分分開，提高了採樣、處理部分程序的可靠性，而不增加上位機的負擔，減少了底層維護工作量，對環境適應能力比工控機更強，便於安裝、調試及維護。
文檔編號G01G19/02GK2804817SQ20052001572
公開日2006年8月9日 申請日期2005年4月22日 優先權日2005年4月22日
發明者佟祥國 申請人:北京東方瑞威科技發展有限公司