AD7705在货车超偏载检测中的应用

AD7705在货车超偏载检测中的应用

余小华,黄采伦,陈安华

(湖南科技大学,湖南湘潭411201)

ApplicationoftheAD7705inDetectingtheOverloadandUnbalanced

LoadoftheFreightCars

YUXiaohua,HUANGCailun,CHENAnhua

(HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201,China)

摘要:在对货车进行超偏载检测的过程中,由于存在工频信号、脉冲发生器、电子开关和射频信号等干扰源,严重影响了超偏载检测传感器的信号拾取。利用AD7705在A/D转换环节中内置的信号调理电路,有效地抑制干扰,并简化了前向通道的设计。应用表明,该方法能有效地衰减检测现场的大部分干扰信号,提高超偏载检测的可靠性。

关键词:AD7705;超偏载;干扰;检测中图分类号:TP274文献标识码:B文章编号:1001

2257(2006)12

0075

03

位等原因,铁路货车的欠载、偏载和超载现象时常发生。长期以来由于受客观条件限制以及经济利益的驱使,铁路货车超载(或欠载)现象非常严重和普遍,从而造成车辆严重损伤,降低了车辆的使用寿命。因此,如何准确地检测货车的重量,判断超载和偏载就具有十分重要的意义。目前,国内外对超偏载的检测一般采用轨道衡系统,但准确度却一直不高,究其原因,是因为检测现场的信号干扰因素较多,难以准确可靠地提取出反映列车重量的信号

[1-2]

。

1 AD7705工作原理

AD7705的内部结构如图1所示,它采用 转换技术实现16位无丢失代码的A/D转换。选定的模拟输入信号被送到模拟调理电路的增益可编程放大器专用前端,经 调制、片内数字滤波器处理后,转换为串行数字信号输出。通过片内控制寄存器可对数字滤波器进行编程,调节滤波器的截

止点和输出更新率。

[3]

Abstract:Duringtheexaminationoftheover-loadandunbalancedloadofthefreightcar,thesig-nalsfromthedetectionsensorsareinfluencedser-iouslybecauseofthesomanydisturbancesources,suchastheworkfrequencysignal,pulses,electron-icsswitch,radiofrequencysignalsandsoon.Inthisarticle,thesignaldisposalcircuitoftheA/Dcon-versiontachesinsidetheAD7705isusedtorestrainthedisturbanceeffectively,andsimplifythedesignofthefrontchannel.Theapplicationsshowthatthemethodcanrestrainthemostofthedisturbancesignalsfromthedetectedsurroundingavailably,andthereliabilityoftheexaminationoftheover-loadandunbalancedloadisimproved.

Keywords:AD7705;overloadunbalancedload;disturbance;examination

图1 AD7705内部结构

0 引言

由于装车不准、装载不匀或运输过程中货物移

收稿日期:2006

0628

AD7705包括2个全差分模拟输入通道。片内的增益可编程放大器PGA可选择1,2,4,8,16,32,64,128等8种增益之一,能将不同摆幅范围的各类

输入信号放大到接近A/D转换器的满标度电压再

《

进行A/D转换,这样有利于提高转换质量。当电源电压为5V,基准电压为2.5V时,器件可直接接受从0~20mV至0~2.5V摆幅范围的单极性信号和从0~ 20mV至0~ 2.5V范围的双极性信号。必须指出:这里的负极性电压是相对AIN(-)引脚而言的,这2个引脚应偏置到恰当的正电位上。在器件的任何引脚施加相对于GND为负电压的信号是不允许的。输入的模拟信号被A/D转换器连续采样,采样频率fs由主时钟频率f

CLK

图2 列车超偏载检测系统结构

和选定的增

本系统为适应不同轨道衡台面的要求,采用总线式分布结构,由检测站计算机经CAN总线与各个超偏载数据采集盒相连接,每个称重台面对应一个超偏载数据采集盒。由图2所示1点和2点的2个磁敏位置传感器,检测来自一个方向的车轮的到达与通过,经磁敏检测放大器与超偏载数据采集盒相连,与软件配合完成对列车的检轴、判型、测速和定位。而压力传感器经滤波、放大电路后与A/D卡相连接,当列车转向架的第2个车轮经过1点后,启动称重电路,与软件配合完成对通过列车称重数据的多通道同步高速采集。

益决定。增益(16~128)是通过多重采样并利用基准电容与输入电容的比值共同得到的。

模拟信号由 调制器变换为占空比被模拟电压调制(调宽)的数字脉冲串,然后在片内使用低通数字滤波器将其解释成16位二进制数码并滤去噪声,以完成A/D转换。AD7705采用一个(sinc3)函数低通数字滤波器,其在Z域转换函数表述为:

H(Z)=

-N

N1-Z3

而在频域内可写成:H(f)=

sin(N f/fs)N sin( f/fs)

3

式中 N但器件产生的噪声源主要来自半导体噪声和量化噪声,故PGA放大量和滤波器第1陷波频率越低,则输出的半导体噪声和量化噪声越小,A/D转换器的实际分辨率越高。

为提高A/D转换质量,AD7705提供自校准和系统校准2种功能选择。当环境温度和工作电压发生变化,或者器件的工作状态改变如输入通道切换、增益或数字滤波器第1陷波频率变动、信号输入范围变化等任一项发生时,必须进行一次校准,自校准过程在器件内部一次完成。系统校准则是对整个系统增益误差和偏移误差,包括器件内部误差进行校准。在选定的增益下,先后在外部给AIN(+)端施加零标度电压和满标度电压。根据零标度和满标度的校准数据,片内微控制器计算出转换器的输入输出转换函数的偏移和增益斜率,对误差进行补偿。

3 AD7705在超偏载信号检测中的应

用

输电线路周围存在着一个50Hz的交变磁场,若轨道衡信号电缆有相当一段长度与输电线路平行,则轨道衡的电子系统与大地之间形成的闭合回路相当于一匝线圈,交变磁场就会在信号传输线上激发起一个相当量值的电动势。特别是大功率输电线路,即使远离信号电缆,也会通过电磁耦合和静电耦合的途径在轨道衡的信号线上引起干扰,造成不必要的计量误差。大容量变压器、电机会产生很大的漏磁,会影响区域内轨道衡的电子系统,产生工频感应干扰,影响称重数据的准确。对于这类干扰,可利用AD7705内置的数字低通滤波器来抑制。

超偏载数据采集盒完整的前向测试通道如图3所示,图中AD7705能将从传感器接收到的很弱的输入信号直接转换成串行数字信号输出,而不用外接信号调理电路。输出的AD值通过SPI三线接口模式发送给MCU。在超偏载数据采集盒中为满足数据采集与处理的要求,其MCU采用TI公司的数字信号处理器(DSP)TMS320VC33,TMS320VC33是TI的3X系列推出比较晚的一款,其性能可以理解为C31的改进型;设计者有1MB的片内SRAM,

》12)

2 超偏载检测系统结构

根据目前国内外动态轨道衡存在的问题及薄弱环节,采用了全新的总线式连接方式来实现列车超偏载的检测。系统结构如图2

所示。

响应相似。因此,图中的输出速率为50Hz,滤波器的第1个陷波频率为50Hz。这种(sinx/x)3滤波器的陷波位置多次在第1个陷波的倍频处重复。在这些陷波处滤波器提供大于100dB的衰减。对于50Hz的工频干扰在第1陷波位置已衰减180dB,这样有效地抑制了工频信号的干扰。另外,在每次AD采集时,我们用高采样频率连续采集8个AD值作为一组数据,去除其中的2个最大值和2个最小值,然后取剩下4个值的平均值作为一次采样结果,这样可以更有效地剔除系统的随机误差。

在动态轨道衡的称重过程中,不可避免地受到

图3 AD7705与DSP的接口

列车转动振谱、踏面擦伤冲击谱等的影响。根据铁路检修部门大量的数据统计,一般转动振谱主要集中在3~4kHz,而踏面擦伤频谱却主要在0.6~1.2kHz。从这组数据中,可以看出:AD7705内置的数字低通滤波器完全可以将信号中的转动振谱进行有效地衰减。

[5]

最大吞吐量能达到150MFLOPS[4]。AD7705的数据接口采用了SPI接口标准。SPI接口利用4根线可完成与DSP之间的主从通信,接口非常方便,这4根线分别为:时钟线(SCLK)、串行数据输入线(DIN)、串行数据输出线(DOUT)和片选线(CS)。DIN线用来向片内寄存器输入数据,而DOUT线用来访问寄存器里的数据;SCLK是串行时钟输入,所有的数据传输都与SCLK信号有关;CS作为片选信号,低电平有效,在本电路中由DSP地址线经CPLD译码后提供给每片AD7705。DRDY线作为状态信号以提示数据什么时候准备好,DSP可从寄存器读数据。输出寄存器中有新数据时,DRDY变成低电平,在数据寄存器更新前,若DRDY变为高电平,则提示此时不读数据,以免在寄存器更新的过程中读取数据。

图4是AD7705

内部数字滤波器在截止频率为

4 结束语

由于采用了AD7705,使得超偏载检测装置的结构紧凑,可靠性提高;可以对不同的高频成分予以剔除,同时对现场严重的工况频率很好地抑制;这样,装置能可靠的提取出反映货车重量的信号,准确地判断列车的超偏载状态。AD7705以其本身的低价格、高精度、可编程增益、自校准、小信号的转换、不需要附加另外的器件而使得它在数据检测领域具有很大的应用前景。参考文献:

[1] 易仲明,刘志申,等.铁路货车超偏载称量装置的研究

[J].华北水利水电学院院报,2002,3(23):60-62.[2] 李业德,贾茂盈.AD7705在汽车重量测量中的应用

[J].山东工程学院学报,2002,2(16):51-54.

[3] 沈国民,王 欢,等.16位高性能低功耗A/D转换器

AD7705及其应用[J].自动化与仪器仪表,2001,3(33):33-35.

[4] TMS320VC33digitalsignalprocessor[Z].TexasIn-strumentsInc.,2004.

图4 AD7705数字滤波器频率响应

[5] 张 渝,等.国内外车轮踏面损伤检测技术综述[J].机

车车辆工艺,2002,(1):1-5.

作者简介:余小华 (1981-),男,江西东乡人,湖南科技大学

硕士研究生,研究方向为测控技术及故障诊断。

15.72Hz的频率响应,这一频率与滤波器的第1个陷波频率(50Hz)对应,此曲线显示从直流到300Hz。在数字滤波器采样频率的两边这个频率曲线各重复一次。这种滤波器响应与一个平均滤波器的

《

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jfe1.html