МЕХАТРОНИЧНО УСТРОЙСТВО ЗА КОЛЕВА

Студент 4-та година, отдел MAUT SamGUPS,

канд. пед. науки, ст.н.с. отдели MAUT,

ОБОБЩЕНИЕ

Статията описва мехатронно устройство за шаблон за коловози, предназначено за използване в технологичния процес на обслужване на стрелки чрез измерване и оценка на параметрите на измерване, а именно определяне на междурелсие и относителното положение на нишките на релсите по височина

Разработеното устройство се поставя върху шаблона на коловоза на пътния бригадир и поддържа офлайн работа.

Ключови думи: Междурелсие, стрелки, геометрия на коловоза, ширина на коловоза, ниво на относително положение на релсата, мехатронно устройство.

Разработеното мехатронно устройство ви позволява да автоматизирате въвеждането на резултатите от измерванията, което би опростило работата на линейните служители, намалявайки времето за извършване на измервания и въвеждане на данни в обща база данни.

Мехатронното устройство се управлява от платката Arduino Nano, която е напълно функционално миниатюрно устройство, базирано на микроконтролера ATmega328, адаптирано за използване с прототипни платки. Платката е избрана въз основа на широката си функционалност и малкия размер.

Средата за разработка е базирана на езика за програмиране Processing. Езикът за програмиране е подобен на този, използван в проекта Wiring. Програмите за Arduino са написани на обикновен C++, допълнени с прости и ясни функции за управление на вход / изход на щифтове. Програмите се обработват с помощта на препроцесор и след това се компилират с помощта на AVR-GCC.

Пиновете на платформата Arduino могат да работят както като входове, така и като изходи. По подобен начин аналоговите изходи на Arduino могат да бъдат конфигурирани и да работят по същия начин като цифровите I/O портове.

Поддръжка на микроконтролери ATmega328серийни интерфейси I2C (TWI) и SPI. Софтуерът Arduino включва библиотеката Wire, за да улесни работата с I2C шината.

ATmega328 в Arduino Nano идва с буутлоудър на фърмуер, който ви позволява да качвате нови програми на микроконтролера без нужда от външен програмист. Взаимодействието с него се осъществява по оригиналния протокол STK500.

Фигура 1 показва структурното мехатронно устройство на шаблона на пистата, което включва: нано микропроцесорна платка Arduino, батерия, LCD екран, електронна линийка KTF-1750, Bluetooth hc-05, сензор за ъгъл на наклон STS-112-2 инклинометър, бутон за захранване, резистор 10 kOhm

Фигура 1. Структурна схема на мехатронно устройство за междурелсие

Електронната линийка KTF-1750 Liner се използва за измерване на ширината на коловоза - това е просто механично устройство, което генерира различно изходно съпротивление, когато плъзгачът се движи. Като прекарате напрежение през себе си и го приложите към аналоговия вход на платката Arduino, можете да измерите съпротивлението, което се генерира от линийката в аналогова форма. В този пример прилагате наблюдение на състоянието на вашия сензор, като настроите комуникация между вашата платка Arduino и компютър, използвайки сериен протокол.

Когато плъзгачът на линийката се движи, съпротивлението в краищата на проводника, който е свързан към централния конектор, се променя. Когато съпротивлението между централния конектор и страничния конектор, който е свързан към 5 волта, е близо до 0 (и съпротивлението в другия край е близо до 10 kΩ), напрежението в централния щифт се доближава до 5 волта. Когато съпротивлението се промени, напрежението на централния щифт клони към земята, тоест към 0 волта. Това напрежение е аналогово ичете като вход.

Платките Arduino имат вграден аналогово-цифров преобразувател, който чете променящото се напрежение и го преобразува в цифрова стойност в диапазона от 0 до 1023. В момента, когато валът се завърти докрай в една от посоките, щифтът ще бъде 0 волта, стойността, която ще се генерира, ще бъде 0. Когато валът се завърти докрай в другата посока, към щифта се подават 5 волта и числената стойност ще бъде 10 23. В позициите между крайностите функцията analogRead () връща цифрова стойност между 0 и 1023, която ще бъде пропорционална на напрежението на щифта. В работата беше използван методът за настройка, направени бяха изчисления и стойностите на обхвата на преобразувателя бяха коригирани до стойността на скалата, зададена на шаблона.

За показване на информация се използва 16x2 LCD, на графичен течнокристален дисплей има една голяма мрежа от пиксели. Можете да показвате текст върху него, но е по-добре да показвате изображения. Графичните LCD дисплеи обикновено са по-големи и имат повече изводи за свързване.

Инклинометърът STS-112-2 се използва за определяне на относителното положение на нишките на релсите по височина.

Наклонът се определя с помощта на земната гравитация, геомагнитното поле, жироскопичния ефект или се използват косвени измервания. Ако единствената сила, действаща върху обекта, е силата на гравитацията, тогава в този случай за определяне на статичния ъгъл на наклон се използва MEMS акселерометър, устройство, което измерва проекцията на ускорението (суперпозицията на собственото ускорение на акселерометъра и вектора на гравитацията) върху неговата чувствителна ос. Ъгълът на наклона се определя от големината на измерената проекция. Силата на гравитацията има постоянна стойност, всички допълнителни сили, действащи върху даден обект, ще променят изходаданни от акселерометъра и следователно при изчисляване на ъгъла на наклон.

Фигура 2. Интерфейс на средата за разработка Arduino

За удобство Arduino IDE използва стандартни библиотеки за опростяване на работата със сензори.

Работата на сензорите на мехатронното устройство на коловоза се синхронизира със специализиран софтуер на компютър на трета страна чрез комуникационно устройство. Пътният работник задава числата:

Тези параметри се предават и показват на LCD екрана. Позволява на работника визуално да вижда и сравнява измерените параметри с показанията на механичния манометър

Това дава възможност да се елиминират грешките при обвързването на измерваните параметри с мястото на измерване.

Фигура 3 показва интерфейса на мехатронното устройство на шаблона на коловоза.

Фигура 3. Интерфейс на мехатронното устройство за междурелсие

Екранът показва основните параметри, мястото и точките, на които се извършват измерванията, както и резултатите от измерването. Позволява на съветника за измерване да сравни резултатите с механичен шаблон, преди да изпрати данните към таблетния компютър.

Разработеното мехатронно устройство за междурелсие е предназначено за използване в технологичния процес на поддръжка на стрелка чрез измерване и оценка на параметрите на междурелсие и нивелацията на две успоредни релси една спрямо друга. Има модулна система, която ви позволява лесно да заменяте и добавяте компоненти, разширявайки функционалността на системата, а поради ниската цена на компонентите е възможно масово приложение.

Следваща посока в развитието на мехатронното устройство е разширяване на неговата функционалност, необходима за по-широка диагностика на коловоза и стрелките, чрез увеличаване на измервателните средства в устройството.

Референции:

Petin V. A. P29 Проекти с помощта на контролера Arduino. - Санкт Петербург: BHV-Петербург, 2014. - 400 с.: ил. - (Електроника)
Petin V. A. P29 Проекти с помощта на контролера Arduino. - 2-ро изд., преработено. и допълнителни - Санкт Петербург: BHV-Петербург, 2016. - 464 с.: ил. - (Електроника)
Sommer W. S61 Програмиране на микроконтролерни платки Arduino / Freeduino: Per. с него. - 2-ро изд., преработено. и допълнителни - Санкт Петербург: BHV-Петербург, 2016. - 256 с.: ил. - (Електроника)
Черничкин М. Ч-49 Голяма енциклопедия на електротехника / Черничкин Михаил Юриевич. — М.: Ексмо, 2011. — 272 с.: ил.