目前，國內(nèi)外使用的車輪定位儀主要采用接觸式的定位方式，由于其測量原理的局限性，其檢測操作過程十分復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)快速檢測，使之難以在火車制造廠和火車檢測線中廣泛使用。針對這些不足，本文提出并設(shè)計(jì)了一種以ARM芯片LPC2214為核心的新型測量儀。

　　1 總體設(shè)計(jì)

　　1.1 性能要求

　　本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一款手持式的火車車輪參數(shù)測量儀，用來檢測車輪的磨損程度，確定車輪的工作狀況，保證車輛的正常和安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)的基本原理是使用激光傳感器測量車輪相應(yīng)的參數(shù)，將其傳給測量儀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、存儲和顯示等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要測量的車型包括貨車、客車和動(dòng)車3種，車輪型號有20種，并有以下具體的要求：

　　(1)在存儲和顯示測量數(shù)據(jù)時(shí)提供時(shí)間、地點(diǎn)編號、測量員編號等相關(guān)信息;

　　(2)測量范圍10 mm~100 mm,精度0.01 mm,并存儲一定數(shù)量的測量數(shù)據(jù);

　　(3)良好的人機(jī)交互界面;

　　(4)體積小，重量輕，低功耗。

　　1.2 電路總體設(shè)計(jì)

　　根據(jù)性能指標(biāo)，本設(shè)計(jì)采用NXP公司的ARM芯片LPC2214作為核心處理器件，外圍器件包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘PCF8563、FLASH存儲器SST25VF016B、RS232/485串口驅(qū)動(dòng)芯片和電源芯片，以及液晶屏和小鍵盤等，如圖1所示。

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　　LPC2214是一款性能優(yōu)異的微處理器，其基于一種支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32 bit ARM7TDMI-STM CPU,帶有256 KB片內(nèi)FLASH存儲器、2個(gè)UART串口、SPI接口、外部存儲器接口等，具有高達(dá)60 MHz的操作頻率，完全滿足設(shè)計(jì)需要[1,4].

　　本系統(tǒng)有5個(gè)外部傳感器，其中3個(gè)位移傳感器、2個(gè)激光傳感器，具體參數(shù)的獲取由這5個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)測量中，根據(jù)車型不同，可以簡要?dú)w結(jié)為如下測量方式：(1)動(dòng)車型的測量，獲取連在RS485線的3個(gè)位移傳感器值和激光傳感器4和激光傳感器5值;(2)普通客車和貨車的測量，先獲取連在RS485線的3個(gè)位移傳感器值和激光傳感器4值，再用繼電器閉合電磁線圈，延時(shí)2 s,讀取激光傳感器4值。

　　2 各部分軟硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)

　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘的縮寫是RTC(Real_Time Clock)。 RTC 是集成電路，通常稱為時(shí)鐘芯片。RTC通常為8PIN,有SOP8、MSOP8、TSSOP8等多種封裝。其中有6個(gè)I/O口的功能是一樣的，分為：晶體接口2PIN、MCU接口2PIN、主電源1PIN、地1PIN.這樣就剩下2個(gè)I/O的功能定義被區(qū)分開了。所以會(huì)有許多的RTC型號。例如 荷電科技的H1208、H8563、H1302、H1307、H1381等等。大家看到后會(huì)發(fā)現(xiàn)許多RTC在I/O口的定位上有明顯的區(qū)別，所以PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要多注意

　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘的任務(wù)流程圖如圖2所示。

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　　由于在保存測量數(shù)據(jù)時(shí)，需要同時(shí)保存測量時(shí)的時(shí)間，這樣便于日后檢查統(tǒng)計(jì)，而LPC2214內(nèi)部自帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘是掉電易失的，故在設(shè)計(jì)中采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563設(shè)計(jì)了外部時(shí)鐘電路。PCF8563是低功耗的CMOS 實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，具有16個(gè)8 bit寄存器，采用I2C接口，通過SDA和SCL 2條線與LPC2214相連，使用非常簡便。在其電源端接了一個(gè)1 F的電容(也可改用紐扣電池)，在測量儀斷電時(shí)為PCF8563提供電壓，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)功能。

　　另外，其第10~12個(gè)寄存器(09H~0BH)為分鐘、小時(shí)和日報(bào)警寄存器，此處不用報(bào)警功能，而將其改為存儲測量次數(shù)，節(jié)省了外部存儲空間，也保證了數(shù)據(jù)的安全性。需要存儲的測量次數(shù)為16 bit,考慮到3個(gè)報(bào)警寄存器并非所有位數(shù)都是有效的，實(shí)際分配為09H取8 bit,0AH和0BH取后4 bit,這樣正好16 bit,滿足測量數(shù)據(jù)的存儲范圍。

　　2.2 外部存儲器設(shè)計(jì)

　　本測量儀是一種手持式設(shè)備，對體積要求比較嚴(yán)格。為減小電路板面積和簡化布線，外部存儲器采用只有8個(gè)管腳的小封裝SST25VF016B.SST25VF016B是一款16 Mbit(000000H~1FFFFFH,2 MB)SPI接口串行FLASH,其采用的CMOS SuperFlash工藝保證更低的功耗，并具有4 KB、32 KB、64 KB以及Chip-Erase等4種靈活的擦除方式。SST25VF016B的連接如圖3所示。

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