MMA7260Q轨道倾角和间距测量及数据采集装置的研究设计

编号 200702262007022609 南京航空航天大学金城学院南京航空航天大学金城学院 毕 业 设 计毕 业 设 计 题 目 倾角及间距测量技术与 数据采集方法的设计与 应用 学生姓名 陈鑫 学 号 2007022609 系 部 自动化系 专 业 电气工程与自动化 班 级 20070226 指导教师 张建兵 讲师 二一一年六月 南京航空航天大学金城学院南京航空航天大学金城学院 本科毕业设计（论文）诚信承诺书本科毕业设计（论文）诚信承诺书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） （题目：倾角及间距测 量技术与数据采集方法的设计与应用） 是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加 以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写的成果作品。 作者签名： 2011 年 6 月 11 日 （学号） ：2007022609 毕业设计（论文）报告纸 i 倾角及间距测量技术与数据采集方法的设计与应 用 摘 要 随着现代科技的快速发展，各国的轨道交通都处于高速成长和发展阶段，其中包括城市 地铁、轻轨和高速铁路等轨道交通工具，人们逐渐对轨道交通的安全性和舒适性提出就越来 越高的要求。其中，对于轨道建设过程中的间距和倾角测量方法就提出了更高的要求，因而 设计出高效可靠的轨道测量仪器迫在眉睫。论本论文通过研究轨道设计综合指标的基础上， 设计出了具有间距和倾角测量功能的精密测量仪器，其具有功耗低，操作方便，并能数据存 储和上传的特点。 本文主要采用 MSP430 系列单片机、 NOKIA5110 型显示系统、MMA7260Q 角度传感器、 容栅、容栅传感器等相结合组成的倾角和间距测量及数据采集系统。其中，利用 MMA7260Q 角度传感器可以对轨道的三维角度变化进行实时测量；而利用容栅、容栅传感器对轨道的间 距进行测量；其两者的测量数据 MSP430 系列单片机和 NOKIA5110 型显示系统进行数据处 理和显示，其倾角测量精度可以达到 0.1° ；轨道间距测量精度可以达到 0.1mm；从而最终达 到精确测量轨道倾角和间距变化的和数据传输存储的目的。本测量系统装置是结合传统测量 工具和精密的传感器，利用现代电气测试技术设计而成。相对于传统的测量工具，其具有精 度高、使用方便快捷、动态化测量、数据实时传输和存储等特点，在工程测量方面具有很广 泛的利用价值。 关键词：轨道，间距，倾角，容栅传感器，角度传感器，数据传输 毕业设计（论文）报告纸 ii Angle and distance measurement technology and data acquisition methods of design and application Abstract With the rapid development of modern science and technology,national rail transit are in high-speed growth and development stage,including city subway, LRV and high-speed rail rail traffic tools,the rail transit, people gradually put the safety and comfort and high demand.Among them, the spacing for rail construction process and inclination measurement method is put forward higher request,thus designed high efficient and reliable rail measuring instrument is imminent.Concerning this paper research course design on the basis of comprehensive index,designed with spacing and inclination measurement functions of precision measuring instrument,it has low power consumption, easy to operate, and can data storage and upload features. This paper mainly using MSP430 MCU, NOKIA5110 display system, MMA7260Q Angle transducer, Capacitive grate, the Capacitive grate transducer composed of Angle and distance measurement and data acquisition system.Among them, the use of MMA7260Q Angle sensor can change the orbit of 3d view real-time measuring,and the Capacitive grate transducer, using the sensors to measured track spacing.The measured data of both MSP430 MCU and NOKIA5110 type display system, data processing and display the dip Angle measuring precision can reach 0.1° ,Track spacing measuring precision can reach 0.1 mm,and in the end reach his accurate measurement of the rail Angle and distance change and data transmission storage purpose.The measurement system device is combined with the traditional measuring tools and sophisticated sensor, using modern electrical testing technology design becomes.Compared with the traditional measuring tool, it has high precision, use convenient, dynamic measurement, data real-time transmission and storage characteristics, in engineering measurement is very extensive use value. Key Words：Rail;Spacing;inclination;Capacitive grate;Angle transducer;Data transmission 毕业设计（论文）报告纸 iii 目录 倾角及间距测量技术与数据采集方法的设计与应用 1 摘 要 . i 第一章 引 言 1 1.1 中国轨道交通概况 . 1 1.1.1 中国铁路主要干线 1 1.1.2 高速铁路介绍 1 1.1.3 中国高铁发展 . 1 1.2 轨道结构介绍 . 2 1.3 轨道的工作特点 . 3 1.4 轨道检测 . 4 1.4.1 轨道几何尺寸静态检查 4 1.4.2 轨道几何尺寸动态检查 4 1.5 轨道基本指标 . 6 第二章 测量系统方案设计 7 2.1 系统构成 . 7 2.2 系统参数 . 7 2.2.1 处理器 8 2.2.2 间距测量-容栅传感器 9 2.2.3 倾角测量仪-加速度传感器 11 2.2.4 显示系统 NOKIA5110 . 15 第三章 主要电路设计 17 3.1 硬件电路设计 . 17 3.1.1 主体机械结构 18 3.1.2 MMA7260Q 角度传感器电路设计安装 . 20 毕业设计（论文）报告纸 iv 3.1.3 间距测量表头设计安装 20 3.1.4 MSP430 处理器 21 图 3.9 软件流程图 22 （1） 系统时钟初始化 23 （2） ADC 初始化程序 24 （3） 数据采样转换程序 24 （4）初始化 NOKIA5110LCD 26 3.1.5 测量系统控制介绍 . 26 3.1.6 电源 27 3.2 整体电路 . 28 第四章 测试结果分析 29 4.1 系统主要数据测试 . 29 4.1.1 间距测量数据 29 4.1.2 角度测量数据 29 4.1.3 数据存储 31 第五章 总结展望 32 参 考 文 献 33 致 谢 34 附 录 35 1源程序清单 35 毕业设计（论文）报告纸 1 第一章 引 言 1.1 中国轨道交通概况中国轨道交通概况 目前，中国已投入运营的高速铁路营业里程达到 7531 公里，居世界第一位，根据中长期 铁路网规划，到 2020 年，铁路营业里程将达到 12 万公里以上。其中，新建高速铁路将达到 1.6 万公里以上；加上其他新建铁路和既有提速线路，我国铁路快速客运网将达到 5 万公里以 上，连接所有省会城市和 50 万人口以上城市，覆盖全国 90%以上人口。构成五纵七横八连线 的高速交通网。 1.1.1 中国铁路主要干线 我国铁路已基本形成以北京为中心，以四纵、三横、三网和关内外三线为骨架，联接着 众多的支线、辅助线、专用线，可通达全国的省市区的铁路网。四纵是指京广线、京九线、 京沪线、北同蒲太焦襄渝川黔焦柳线；三横是指京秦京包包兰兰青青藏线、 陇海兰新线、沪杭浙赣湘黔成渝贵昆线；三网是指东北铁路网、西南铁路网和台 湾铁路网；关内外三线是指京沈线、京通线、和京承锦承线。 1.1.2 高速铁路介绍 高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化） ，使营运速率达到每小时 200 公 里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时 250 公里以上的铁路系统。 高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。广义 的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。 1.1.3 中国高铁发展 2008 年 3 月 31 日，时速 350 公里的首列国产化 CRH3 高速动车组在“唐车”下线，进入 测试运行。 之前有外国宣称试验了 500 公里的高速列车，但目前全世界投入实际运营的最高速度， 仍是武广高铁,最高时速 394KM/H。事实上，中国的高铁速度代表了目前世界的高铁速度。作 为中国第一条真正意义上的高速铁路，京津高铁从一问世就站在世界前沿，创造了运营速度、 运量、节能环保、舒适度四个世界第一。 毕业设计（论文）报告纸 2 2010 年 12 月 3 日，在京沪高铁枣庄至蚌埠段进行综合试验的“和谐号”CRH380A 新一代 高速动车组试车最高时速达 486.1 公里。大大超过此前沪杭高铁 416.6 公里的纪录。 中国再 度刷新世界铁路运营速度纪录，演绎“高铁奇迹”。 目前，中国已投入运营的高速铁路营业里程达到 7531 公里，居世界第一位，已成为世界 上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的 国家。现在，中国每天开行的动车组就有 1000 多列，运送旅客约百万人次。 高铁具有输送能力大，速度快，安全性好，舒适方便，能源消耗低，受气候变化影响小， 正点率高，环境影响轻，经济效益好等特点。