專利名稱：基于pc104體系嵌入式鐵路稱重設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shè)備。
背景技術(shù)：
鐵路稱重設(shè)備通常是對傳感器輸出的信號依次進行信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理，見圖1?，F(xiàn)有的鐵路稱重設(shè)備，A/D轉(zhuǎn)換由A/D采集卡實現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)管理由工業(yè)控制計算機(簡稱工控機)和上位機來實現(xiàn)，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(yè)應(yīng)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采樣，一邊要進行數(shù)據(jù)分析處理，同時要實現(xiàn)人機界面、數(shù)據(jù)庫管理，對于一臺工控機的任務(wù)量過多，同時數(shù)據(jù)管理部分要求有良好的人機界面，用同一臺工控機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理難以達到良好的效果。
(2)A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析需要測試現(xiàn)場完成，原始數(shù)量較大，不便于傳輸。
(3)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障點多，系統(tǒng)中有一個組成部件出故障整個系統(tǒng)就會癱瘓，在以前的使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)硬盤損壞、CPU風(fēng)扇損壞導(dǎo)致CPU燒壞、內(nèi)存接觸不良等狀況。
(4)測試現(xiàn)場環(huán)境通常比較復(fù)雜，例如測試現(xiàn)場振動大、粉塵多、溫度變化范圍大、供電電源不穩(wěn)定等因素，使用工控機故障率較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有鐵路稱重設(shè)備使用工控機的不足，本實用新型提供一種基于PC104體系的嵌入式鐵路稱重設(shè)備。
本實用新型的技術(shù)方案是一種基于PC104體系嵌入式鐵路稱重設(shè)備，包括電源、上位機、傳感器、信號調(diào)理板，還包括PC104嵌入式系統(tǒng)，所述嵌入式系統(tǒng)包括集成有內(nèi)存、串口、并口、顯卡的主板和AD采集卡，所述AD采集卡底座插針嵌入所述主板，所述信號調(diào)理板的插接件與AD采集卡相連，所述信號調(diào)理板還外接傳感器，所述上位機與所述嵌入式系統(tǒng)連接，所述嵌入式系統(tǒng)、電源和信號調(diào)理板集成在一個機箱內(nèi)。
所述信號調(diào)理板具有16個通道性能一致的信號調(diào)理電路，外接16只傳感器。
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(tǒng)主機的信號調(diào)理板的對應(yīng)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(nèi)。
本實用新型的有益效果是(一)采用嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點1)把信號實時采集、處理部分與數(shù)據(jù)庫管理及人機界面部分分開，提高采樣、處理部分程序的可靠性，而不增加上位機的負擔(dān)。
采用PC104這種體系結(jié)構(gòu)，把有實時性要求的工作由嵌入式系統(tǒng)部分獨立完成，所有的硬件資源(CPU時間、內(nèi)存)全部用于數(shù)據(jù)采集和處理，保證可靠、連續(xù)的采樣。上位機的所有資源都可用于數(shù)據(jù)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數(shù)據(jù)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)嵌入式部分獨占CPU，可以使用多種高級算法，提高數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。
采用嵌入式系統(tǒng)來獨立處理數(shù)據(jù)運算工作，整個系統(tǒng)的資源都可以由數(shù)據(jù)采集、處理程序調(diào)度，可以完全控制并充分利用所有的系統(tǒng)資源來完成數(shù)據(jù)采集、處理工作，提高數(shù)據(jù)采集、處理過程的能控性，提高系統(tǒng)的可靠性。
3)提高采樣、處理部分硬件可靠性，減少底層維護工作量。
采用嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鐵路衡器，底層核心的數(shù)據(jù)采集、處理部分由嵌入式系統(tǒng)部分完成，這一部分的軟、硬件比工控機更健壯，不會感染病毒，系統(tǒng)不會崩潰，系統(tǒng)軟件部分通常是不需要維護的。而上位機部分僅提供界面與數(shù)據(jù)管理，與底層硬件無關(guān)，與普通計算機的功能沒有區(qū)別，只要有一定的計算機基礎(chǔ)的人員都可以做維護。
4)對環(huán)境適應(yīng)能力比工控機更強。
嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計盡可能減少機械部件，減少插接件，提高機械部分的可靠性。嵌入式系統(tǒng)采用電子盤取代機械式硬盤，一方面對振動的適應(yīng)能力加強，同時降低系統(tǒng)的功耗。嵌入式的組件，如內(nèi)存、串口、并口、顯卡等全部集成在主板上，盡可能減少插接件，提高了系統(tǒng)對粉塵和振動的適應(yīng)能力。
嵌入式系統(tǒng)的功耗比工控機小的多，系統(tǒng)散熱量小，不需要風(fēng)扇。另外，嵌入式系統(tǒng)的功耗低，對電源部分的壓力小，在電源部分的設(shè)計過程中可以更多的考慮對輸入電壓(市電)的適應(yīng)能力而不必過多的顧及電源的轉(zhuǎn)換效率，使電源部分對輸入電壓的適應(yīng)能力更強。
5)便于安裝、調(diào)試及維護。
嵌入式系統(tǒng)、電源、信號調(diào)理幾部分都集成到一個1U機箱內(nèi)，體積小，重量輕，便于攜帶、安裝、調(diào)試。
(二)采用獨立通道信號調(diào)理板的優(yōu)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，便于提取有效特征信息，數(shù)據(jù)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(shè)備結(jié)構(gòu)組成圖圖2是現(xiàn)有鐵路稱重設(shè)備方框圖；圖3是本實用新型鐵路稱重設(shè)備方框圖；圖4是信號調(diào)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(jié)構(gòu)圖。
圖中1-傳感器 2-信號調(diào)理板 3-A/D采集卡 4-工控機 5-嵌入式系統(tǒng)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(guān) 15-鍵盤接口16-鼠標(biāo)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-鍵盤鼠標(biāo)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(shè)備通常是將傳感器傳輸?shù)男盘栆来芜M行信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理。
如圖2所示，現(xiàn)有鐵路稱重設(shè)備主要包括傳感器1、信號調(diào)理板2、A/D采集卡3和工控機4。其中，A/D采集卡3實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，工控機4主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理等功能。
如圖3所示，本實用新型基于PC104體系嵌入式鐵路稱重設(shè)備主要包括傳感器1、信號調(diào)理板2、嵌入式系統(tǒng)5和上位機6。其中，嵌入式系統(tǒng)5實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析三部分功能，上位機6提供界面與數(shù)據(jù)管理。
本實用新型采用的嵌入式系統(tǒng)采用PC104體系的產(chǎn)品，主要參數(shù)如下CPU板300MHzCPU 128M內(nèi)存 32-128M電子盤可選ADT800 AD采集卡16通道 精度16位 采樣率100KHz(用于軌道衡)ADT650 AD采集卡16通道 精度12位 采樣率100KHz(用于超偏載)圖4是本實用新型產(chǎn)品中信號調(diào)理板一個通道的電路，可以根據(jù)一個通道的電路原理圖進行制版。本實用新型產(chǎn)品的信號調(diào)理部分是與AD采集卡相連的信號調(diào)理板，設(shè)計為16個通道性能一致的信號調(diào)理電路，可外接16只傳感器，實現(xiàn)每個通道獨立進行信號采集和處理。信號調(diào)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。濾波器采用有源低通濾波電路加端口元件低通濾波，用于消除稱重傳感器輸出信號包含的高頻干擾成分，同時加裝有增益調(diào)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(jié)構(gòu)圖。在-個1U機箱18內(nèi)集成有嵌入式系統(tǒng)5、信號調(diào)理板2和三個電源7、8、9。1U機箱上分設(shè)有顯示器10、COM1、COM2、鍵盤15、鼠標(biāo)16接口及電源插座11和電源開關(guān)14，還設(shè)有CH00～CH15共16路信號通道。其中，嵌入式系統(tǒng)采用的是SCM7020主板和ADT650采集卡。1U機箱內(nèi)各部件用L1顯示器線，L2AC220V電源線，L3串口1線，L4串口2線，L5鍵盤鼠標(biāo)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(fù)位控制 4鼠標(biāo)數(shù)據(jù) 5鍵盤數(shù)據(jù) 6鍵盤時鐘 7地 8+5V 9NC 10鼠標(biāo)時鐘JOUT線號表1CH0020CH012CH0221CH033CH0422CH054CH0623CH075CH0824CH096CH1025CH117CH1226CH138CH1427CH159AGND28AGND10AGND 29AGND當(dāng)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(tǒng)主機的信號調(diào)理板的對應(yīng)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(nèi)。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(quán)利要求1.一種基于PC104體系嵌入式鐵路稱重設(shè)備，包括電源、上位機、傳感器、信號調(diào)理板，其特征在于，還包括PC104嵌入式系統(tǒng)，所述嵌入式系統(tǒng)包括集成有內(nèi)存、串口、并口、顯卡的主板和AD采集卡，所述AD采集卡底座插針嵌入所述主板，所述信號調(diào)理板的插接件與AD采集卡相連，所述信號調(diào)理板還外接傳感器，所述上位機與所述嵌入式系統(tǒng)連接，所述嵌入式系統(tǒng)、電源和信號調(diào)理板集成在一個機箱內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式鐵路稱重設(shè)備，其特征在于，所述信號調(diào)理板具有16個通道性能一致的信號調(diào)理電路，外接16只傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式鐵路稱重設(shè)備，其特征在于，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(tǒng)主機的信號調(diào)理板的對應(yīng)通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式鐵路稱重設(shè)備，其特征在于，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(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于PC104體系嵌入式鐵路稱重設(shè)備，包括電源、上位機、傳感器、信號調(diào)理板，還包括PC104嵌入式系統(tǒng)，所述嵌入式系統(tǒng)包括集成有內(nèi)存、串口、并口、顯卡的主板和AD采集卡，所述AD采集卡底座插針嵌入所述主板，所述信號調(diào)理板的插接件與AD采集卡相連，所述信號調(diào)理板還外接傳感器，所述上位機與所述嵌入式系統(tǒng)連接，所述嵌入式系統(tǒng)、電源和信號調(diào)理板集成在一個機箱內(nèi)。本實用新型采用嵌入式系統(tǒng)，把信號實時采集、處理部分與數(shù)據(jù)庫管理及人機界面部分分開，提高了采樣、處理部分程序的可靠性，而不增加上位機的負擔(dān)，減少了底層維護工作量，對環(huán)境適應(yīng)能力比工控機更強，便于安裝、調(diào)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(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者佟祥國 申請人:北京東方瑞威科技發(fā)展有限公司