高速铁路轨道应力自动监测装置论文和设计-叶卫春

全文摘要

本实用新型公开了一种高速铁路轨道应力自动监测装置，包括激光测距装置、服务器和终端设备；所述激光测距装置与服务器无线连接，所述终端设备与服务器无线或宽带连接；所述激光测距装置包括第一单片机、第二单片机、RTC模块、摄像头、4G模块和激光测距模块，所述摄像头、4G模块和激光测距模块均与第一单片机电连接，所述RTC模块与第二单片机电连接，所述第二单片机通过MOS开关管与第一单片机电连接。本实用新型具有省时省力，能够提高工作效率的特点。

主设计要求

1.一种高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，包括激光测距装置（1）、服务器（2）和终端设备（3）；所述激光测距装置与服务器无线连接，所述终端设备与服务器无线或宽带连接；所述激光测距装置包括第一单片机（4）、第二单片机（5）、RTC模块（6）、摄像头（7）、4G模块（8）和激光测距模块（9），所述摄像头、4G模块和激光测距模块均与第一单片机电连接，所述RTC模块与第二单片机电连接，所述第二单片机通过MOS开关管与第一单片机电连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，所述第一单片机型号为STM32F407，所述第二单片机型号为STM32LXX系列。

3.根据权利要求1所述的高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，所述激光测距模块包括激光通信电路，激光通信电路包括芯片SP3232、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24和电容C27，电容C21的两端分别与芯片SP3232的第1引脚和第3引脚电连接，电容C22的两端分别与芯片SP3232的第15引脚和第16引脚电连接，电容C24的两端分别与芯片SP3232的第4引脚和第5引脚电连接，电容C23的一端与芯片SP3232的第2引脚电连接，电容C23的另一端与电容C27的一端电连接，电容C27的另一端与芯片SP3232的第6引脚电连接。

4.根据权利要求1所述的高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，还包括接收装置，所述接收装置包括底座（10）和设于底座上的感光元件（11）。

5.根据权利要求4所述的高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，所述感光元件平面呈标靶状。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的高速铁路轨道应力自动监测装置，其特征是，所述激光测距装置上还设有升级接口（12）、SIM卡卡槽（13）、若干个指示灯和按键。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及应力监测技术领域，尤其是涉及一种省时省力，能够提高工作效率的高速铁路轨道应力自动监测装置。

背景技术

目前，相关铁路局测量铁轨位移偏差主要使用的是GRP1000S轨检小车。使用全站仪实测得轨检小车上棱镜的三维坐标，然后结合标定的轨检小车几何参数、小车的定向参数、水平传感器所测横向倾角及实测轨距，即可换算出对应里程处的实测平面位置和轨面高程，继而与该里程处的设计平面位置和轨面高程进行比较，得到其偏差，用于指导轨面调整。然而，上述测量方法存在人员工作效率低、劳动强度大，仪器维护困难，测量时间受限以及数据的信息化管理环节缺失的问题。

因此，设计一种省时省力，能够提高工作效率的高速铁路轨道应力自动监测装置，就显得十分必要。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中，在对测量铁轨位移偏差装置，进行安装、回收、运送、测量的过程中存在费时费力，仪器易损坏，操作复杂，测量时间受限的问题，提供了一种省时省力，能够提高工作效率的高速铁路轨道应力自动监测装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高速铁路轨道应力自动监测装置，包括激光测距装置、服务器和终端设备；所述激光测距装置与服务器无线连接，所述终端设备与服务器无线或宽带连接；所述激光测距装置包括第一单片机、第二单片机、RTC模块、摄像头、4G模块和激光测距模块，所述摄像头、4G模块和激光测距模块均与第一单片机电连接，所述RTC模块与第二单片机电连接，所述第二单片机通过MOS开关管与第一单片机电连接。

本实用新型中，激光测距装置用于定时采集轨道位移相关数据，并上传到服务器；服务器提供激光测距装置和终端设备数据传输所需服务接口，并存储系统相关数据和文件；终端设备用于远程实时监测铁轨位移状态，并对位移量超过警戒值的进行报警，同时通过位移变动曲线，实时在线分析每个监测点一段时间内位移的变化趋势。本实用新型具有省时省力，能够提高工作效率的特点。

作为优选，所述第一单片机型号为STM32F407，所述第二单片机型号为STM32LXX系列。通过RTC模块定时唤醒STM32LXX系列，打开MOS开关管，给单片机STM32F407输入电源，单片机STM32F407控制激光测距模块的激光发射、摄像头的照片拍摄、4G模块传输位移数据和图片。

作为优选，所述激光测距模块包括激光通信电路，激光通信电路包括芯片SP3232、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24和电容C27，电容C21的两端分别与芯片SP3232的第1引脚和第3引脚电连接，电容C22的两端分别与芯片SP3232的第15引脚和第16引脚电连接，电容C24的两端分别与芯片SP3232的第4引脚和第5引脚电连接，电容C23的一端与芯片SP3232的第2引脚电连接，电容C23的另一端与电容C27的一端电连接，电容C27的另一端与芯片SP3232的第6引脚电连接。

作为优选，本实用新型还包括接收装置，所述接收装置包括底座和设于底座上的感光元件。接收装置的感光元件用于反射激光信号，底座则用于固定。

作为优选，感光元件平面呈标靶状。采用标靶平面结构设计，可以通过激光测量测距装置和标靶间的距离获得轨道的远近位移；可以通过测距装置的摄像头获得的图像中圆形图案的位置并通过计算获得轨道的横向和纵向位移。

作为优选，所述激光测距装置上还设有升级接口、SIM卡卡槽、若干个指示灯和按键。上述设计用于扩展激光测距装置的功能。

因此，本实用新型具有如下有益效果：（1）本实用新型采用了RTC模块定时唤醒测距装置，定时自动测量铁轨位移，并采用4G模块自动将位移数据上传到服务器，自动完成位移数据的测量、数据传输，无需操作人员到现场操作；（2）省时省力，提高人员工作效率，降低劳动强度。

附图说明

图1是本实用新型的一种原理框图；

图2是本实用新型中激光测距装置的一种原理框图；

图3是本实用新型中激光通信电路的一种电路图；

图4是本实用新型中接收装置的一种结构示意图；

图5是本实用新型中激光测距装置的一种结构正视图；

图6是本实用新型中激光测距装置的一种结构后视图。

图中：激光测距装置1、服务器2、终端设备3、第一单片机4、第二单片机5、RTC模块6、摄像头7、4G模块8、激光测距模块9、底座10、感光元件11、升级接口12、SIM卡卡槽13、激光传感器模组14、摄像头模组15、4G天线16、基站17。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述：

实施例：如图1和图2所示的一种高速铁路轨道应力自动监测装置，包括激光测距装置1、服务器2和终端设备3；所述激光测距装置与服务器无线连接，所述终端设备与服务器无线或宽带连接；所述激光测距装置包括第一单片机4、第二单片机5、RTC模块6、摄像头7、4G模块8和激光测距模块9，所述摄像头、4G模块和激光测距模块均与第一单片机电连接，所述RTC模块与第二单片机电连接，所述第二单片机通过MOS开关管与第一单片机电连接。

其中，所述第一单片机型号为STM32F407，所述第二单片机型号为STM32LXX系列。通过RTC模块定时唤醒STM32LXX系列，打开MOS开关管，给单片机STM32F407输入电源，单片机STM32F407控制激光测距模块的激光发射、摄像头的照片拍摄、4G模块传输位移数据和图片。

如图3所示，所述激光测距模块包括激光通信电路，激光通信电路包括芯片SP3232、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24和电容C27，电容C21的两端分别与芯片SP3232的第1引脚和第3引脚电连接，电容C22的两端分别与芯片SP3232的第15引脚和第16引脚电连接，电容C24的两端分别与芯片SP3232的第4引脚和第5引脚电连接，电容C23的一端与芯片SP3232的第2引脚电连接，电容C23的另一端与电容C27的一端电连接，电容C27的另一端与芯片SP3232的第6引脚电连接。

如图4所示，本实用新型还包括接收装置，所述接收装置包括底座10和设于底座上的感光元件11。接收装置的感光元件用于反射激光信号，底座则用于固定另外，通信单元包括CAN通信接口。通信单元提供CAN通信接口，用于和外部主机通信。显示单元包括面板指示灯。面板指示灯用于显示板卡的工作状态。其中，感光元件平面呈标靶状。采用标靶平面结构设计，可以通过激光测量测距装置和标靶间的距离获得轨道的远近位移；可以通过测距装置的摄像头获得的图像中圆形图案的位置并通过计算获得轨道的横向和纵向位移。

如图5和图6所示，激光测距装置采用铝制外壳，除正面包含的激光传感器模组14和摄像头模组15外，背面还包含升级接口12、SIM卡卡槽13、多个指示灯和按键等；激光测距装置顶面装4G天线16。4G天线和升级接口均自带防水功能，整个装置满足防水IP67的要求。所述激光测距装置上还设有升级接口12、SIM卡卡槽13、若干个指示灯和按键。上述设计用于扩展激光测距装置的功能。

本实用新型的工作方式和原理如下：

将激光测距装置安装在现有的观测桩上，接收装置安装在铁轨轨腰上；通过安装在铁轨附近的激光测距装置，获取测量数据信号，再通过测量盒中的4G模块将数据经基站17、互联网传输，发送至服务器，用户通过终端设备对铁轨位移情况进行实时监控。

应理解，本实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

设计图

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