CN115817571B - 一种地铁轨检系统数据同步采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁轨检系统数据同步采集系统及方法，包括MCU处理器、速度编码器、惯性导航传感器、时钟模块、加速度采集模块、轮廓采集模块和PC上位机；MCU处理器用于通过时钟模块获取实时的时钟，以同步接收速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至PC上位机；PC上位机用于实时接收MCU处理器同步接收的数据和轮廓采集模块采集的数据，并通过时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。本发明通过采用MCU处理器实时接收各传感器采集的数据，并依靠时钟模块进行同步，可实现对地铁轨道的在线监测，具有非常值得采纳与推广的意义。

Description

一种地铁轨检系统数据同步采集系统及方法

技术领域

本发明涉及数据同步技术领域，尤其涉及一种地铁轨检系统数据同步采集系统及方法。

背景技术

随着地铁轨道检测技术的发展，需要检测的项目随之增多，轨道的自动化检测依靠各种传感器采集各种数据，通过对各传感器采集的数据进行分析，从而得出轨道的各个参数是否符合要求。但由于传感器的种类和数量众多，如何控制各传感器同步采集成为一个重要的问题。

目前，现有技术在采集各传感器数据时是依靠PLC、数据转换器等分离式采集，各传感器各自将传输至工控机进行处理，很难做到同步采集与控制。

因此，需要对现有技术进行改进。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种地铁轨检系统数据同步采集系统及方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种地铁轨检系统数据同步采集系统，所述系统包括MCU处理器、速度编码器、惯性导航传感器、时钟模块、加速度采集模块、轮廓采集模块和PC上位机；其中，

所述速度编码器、惯性导航传感器、时钟模块、加速度采集模块、轮廓采集模块和PC上位机分别与所述MCU处理器连接，所述轮廓采集模块与所述PC上位机连接；

所述速度编码器用于采集车轮的转速、方向和里程；

所述惯性导航传感器用于采集被测物体的横滚角、俯仰角、方位角和XZY轴加速度；

所述加速度采集模块用于采集被测物体的X轴、Y轴加速度；

所述轮廓采集模块用于采集被测物体的轮廓；

所述时钟模块用于为整个系统提供稳定、准确的时钟信息；

所述MCU处理器用于通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步接收所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机；

所述PC上位机用于实时接收所述MCU处理器同步接收的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集系统中，所述惯性导航传感器通过RS422串口与所述MCU处理器连接。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集系统中，所述时钟模块由高精度有源温补晶振组成。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集系统中，所述加速度采集模块包括XY双轴加速度传感器和模数转换器；

所述模数转换器分别与所述XY双轴加速度传感器和所述MCU处理器连接。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集系统中，所述轮廓采集模块包括同步IO触发模块和轮廓仪；

所述同步IO触发模块分别与所述轮廓仪和所述MCU处理器连接；

所述轮廓仪与所述PC上位机连接。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集系统中，所述MCU处理器通过以太网与所述PC上位机连接。

第二方面，本发明提供一种地铁轨检系统数据同步采集方法，采用如所述第一方面所述的地铁轨检系统数据同步采集系统执行，所述方法包括：

所述MCU处理器实时接收所述速度编码器采集的车轮的转速、方向和里程，并根据里程等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据；

所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机；

所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集方法中，所述MCU处理器实时接收所述速度编码器采集的车轮的转速、方向和里程，并根据里程等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据的步骤包括：

所述MCU处理器实时接收所述速度编码器的正交编码脉冲信号，并根据所述正交编码脉冲信号计算车轮的转速、方向和里程；

所述MCU处理器判断是否达到预设里程；

若否，则返回执行所述MCU处理器实时接收所述速度编码器的正交编码脉冲信号，并根据所述正交编码脉冲信号计算车轮的转速、方向和里程的步骤；

若是，则所述MCU处理器根据等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集方法中，所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机的步骤包括：

所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后通过以太网传输至所述PC上位机；

所述MCU处理器本地校准时钟，并通过IO接口输出脉冲信号给所述PC上位机。

进一步地，所述地铁轨检系统数据同步采集方法中，所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理的步骤包括：

所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并接收所述脉冲信号；

所述PC上位机在接收到所述脉冲信号后同步校准时钟，以对接收的数据进行同步，并进行拆包处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种地铁轨检系统数据同步采集系统及方法，通过采用MCU处理器实时接收各传感器采集的数据，并依靠时钟模块进行同步，可实现对地铁轨道的在线监测，有利于解决多传感器数据难以同步的问题，具有非常值得采纳与推广的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种地铁轨检系统数据同步采集系统的功能模块示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种地铁轨检系统数据同步采集方法的流程示意图；

图3是本发明实施例二中步骤S101的细化流程示意图；

图4是本发明实施例二中步骤S102的细化流程示意图；

图5是本发明实施例二中步骤S103的细化流程示意图。

附图标记：

MCU处理器1，速度编码器2，惯性导航传感器3，时钟模块4，加速度采集模块5，轮廓采集模块6，PC上位机7，RS422串口8，以太网9；

XY双轴加速度传感器51，模数转换器52；

同步IO触发模块61，轮廓仪62。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有的地铁轨检系统数据同步采集技术存在的缺陷，本申请人基于从事此领域设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得地铁轨检系统数据同步采集技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图1，为本发明实施例一提供的一种地铁轨检系统数据同步采集系统的功能模块示意图，该系统适用于对地铁轨检系统数据进行同步采集的场景，该系统可以由软件和/或硬件实现。该系统具体包括如下模块：

MCU处理器1、速度编码器2、惯性导航传感器3、时钟模块4、加速度采集模块5、轮廓采集模块6和PC上位机7；其中，

所述速度编码器2、惯性导航传感器3、时钟模块4、加速度采集模块5、轮廓采集模块6和PC上位机7分别与所述MCU处理器1连接，所述轮廓采集模块6与所述PC上位机7连接；

所述速度编码器2用于采集车轮的转速、方向和里程；

所述惯性导航传感器3用于采集被测物体的横滚角、俯仰角、方位角和XZY轴加速度；

所述加速度采集模块5用于采集被测物体的X轴、Y轴加速度；

所述轮廓采集模块6用于采集被测物体的轮廓；

所述时钟模块4用于为整个系统提供稳定、准确的时钟信息；

所述MCU处理器1用于通过所述时钟模块4获取实时的时钟，以同步接收所述速度编码器2、惯性导航传感器3和加速度采集模块5采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机7；

所述PC上位机7用于实时接收所述MCU处理器1同步接收的数据和所述轮廓采集模块6采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。

在本实施例中，示例性地，所述MCU处理器1通过以太网9与所述PC上位机7连接。

需要说明的是，所述MCU处理器1还可以通过其它有线或无线的方式连接所述PC上位机7，比如工业串行总线、GPS网络等。

在本实施例中，示例性地，所述惯性导航传感器3通过RS422串口8与所述MCU处理器1连接。

在本实施例中，示例性地，所述时钟模块4由高精度有源温补晶振组成。

需要说明的是，有源晶振的输出信号质量好，稳定度高，不受外部电路影响，温补晶振则在温度频率稳定度方面有更大的优势，温度补偿分为：直接补偿和间接补偿，而间接补偿分为模拟和数字两种形式，鉴于该些设计在现有技术中已多有实现，也不是本方案设计的重点，在此不做深入的阐述。

在上述技术方案的基础上，可选地，所述加速度采集模块5包括XY双轴加速度传感器51和模数转换器52；

所述模数转换器52分别与所述XY双轴加速度传感器51和所述MCU处理器1连接。

需要说明的是，所述XY双轴加速度传感器51内设置有两个加速度计，即X轴加速度计和Y轴加速度计，这两个加速度计的敏感轴的轴线相互垂直。所述模数转换器52是用于将相互垂直的两个方向的加速度进行模数转换。

在上述技术方案的基础上，可选地，所述轮廓采集模块6包括同步IO触发模块61和轮廓仪62；

所述同步IO触发模块61分别与所述轮廓仪62和所述MCU处理器1连接；

所述轮廓仪62与所述PC上位机7连接。

需要说明的是，本实施例提供的同步采集系统的处理流程为：

所述MCU处理器1实时接收所述速度编码器2的信号，其信号为正交编码的脉冲信号，根据所述速度编码器2的正交编码脉冲信号计算车轮的转速、方向和里程，根据里程等距触发所述轮廓采集模块6，同步采集所述惯性导航传感器3和所述加速度采集模块5的数据，通过所述时钟模块4获取实时的时钟，将各传感器的数据汇总成一帧，通过所述以太网9实时传输至所述PC上位机7，所述PC上位机7再将各传感器的数据拆包处理。所述MCU处理器1接收的各传感器的数据与所述PC上位机7接收的所述轮廓仪62的数据依靠时钟信息进行同步，所述MCU处理器1通过IO接口定时与所述PC上位机7同步时钟，IO接口的信号为TTL脉冲信号，所述MCU处理器1首先将时钟信息通过所述以太网9发送至所述PC上位机7，然后所述MCU处理器1本地校准时钟的同时通过IO接口输出一个脉冲信号，所述PC上位机7通过IO接口接收到脉冲信号后立即同步校准时钟，确保所述MCU处理器1的时钟和所述PC上位机7的时钟误差在2ms以内。

尽管本文中较多的使用了MCU处理器、速度编码器、惯性导航传感器、时钟模块、加速度采集模块、轮廓采集模块和PC上位机等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明实施例提供的一种地铁轨检系统数据同步采集系统，通过采用MCU处理器实时接收各传感器采集的数据，并依靠时钟模块进行同步，可实现对地铁轨道的在线监测，有利于解决多传感器数据难以同步的问题，具有非常值得采纳与推广的意义。

实施例二

请参考图2，为本发明实施例二提供的一种地铁轨检系统数据同步采集方法的流程示意图。该方法由本发明实施例一所提供的地铁轨检系统数据同步采集系统执行，所述方法具体包括如下步骤：

S101、所述MCU处理器实时接收所述速度编码器采集的车轮的转速、方向和里程，并根据里程等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据。

请参考图3，在本实施例中，所述步骤S101可进一步的细化为包括如下步骤：

S1011、所述MCU处理器实时接收所述速度编码器的正交编码脉冲信号，并根据所述正交编码脉冲信号计算车轮的转速、方向和里程。

S1012、所述MCU处理器判断是否达到预设里程；若否，则返回执行所述步骤S1011，若是，则执行步骤S1013。

S1013、所述MCU处理器根据等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据。

S102、所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机。

请参考图4，在本实施例中，所述步骤S102可进一步的细化为包括如下步骤：

S1021、所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后通过以太网传输至所述PC上位机。

S1022、所述MCU处理器本地校准时钟，并通过IO接口输出脉冲信号给所述PC上位机。

S103、所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。

请参考图5，在本实施例中，所述步骤S103可进一步的细化为包括如下步骤：

S1031、所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并接收所述脉冲信号。

S1032、所述PC上位机在接收到所述脉冲信号后同步校准时钟，以对接收的数据进行同步，并进行拆包处理。

本发明实施例提供的一种地铁轨检系统数据同步采集方法，通过采用MCU处理器实时接收各传感器采集的数据，并依靠时钟模块进行同步，可实现对地铁轨道的在线监测，有利于解决多传感器数据难以同步的问题，具有非常值得采纳与推广的意义。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (10)

1.一种地铁轨检系统数据同步采集系统，其特征在于，所述系统包括MCU处理器、速度编码器、惯性导航传感器、时钟模块、加速度采集模块、轮廓采集模块和PC上位机；其中，

所述速度编码器、惯性导航传感器、时钟模块、加速度采集模块、轮廓采集模块和PC上位机分别与所述MCU处理器连接，所述轮廓采集模块与所述PC上位机连接；

所述速度编码器用于采集车轮的转速、方向和里程；

所述惯性导航传感器用于采集被测物体的横滚角、俯仰角、方位角和XZY轴加速度；

所述加速度采集模块用于采集被测物体的X轴、Y轴加速度；

所述轮廓采集模块用于采集被测物体的轮廓；

所述时钟模块用于为整个系统提供稳定、准确的时钟信息；

所述MCU处理器用于实时接收所述速度编码器采集的车轮的转速、方向和里程，并根据里程等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据；

所述MCU处理器还用于通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步接收所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机；

所述PC上位机用于实时接收所述MCU处理器同步接收的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。

2.根据权利要求1所述的地铁轨检系统数据同步采集系统，其特征在于，所述惯性导航传感器通过RS422串口与所述MCU处理器连接。

3.根据权利要求2所述的地铁轨检系统数据同步采集系统，其特征在于，所述时钟模块由高精度有源温补晶振组成。

4.根据权利要求3所述的地铁轨检系统数据同步采集系统，其特征在于，所述加速度采集模块包括XY双轴加速度传感器和模数转换器；

所述模数转换器分别与所述XY双轴加速度传感器和所述MCU处理器连接。

5.根据权利要求4所述的地铁轨检系统数据同步采集系统，其特征在于，所述轮廓采集模块包括同步IO触发模块和轮廓仪；

所述同步IO触发模块分别与所述轮廓仪和所述MCU处理器连接；

所述轮廓仪与所述PC上位机连接。

6.根据权利要求5所述的地铁轨检系统数据同步采集系统，其特征在于，所述MCU处理器通过以太网与所述PC上位机连接。

7.一种地铁轨检系统数据同步采集方法，采用如权利要求1-6中任一项所述的地铁轨检系统数据同步采集系统执行，其特征在于，所述方法包括：

所述MCU处理器实时接收所述速度编码器采集的车轮的转速、方向和里程，并根据里程等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据；

所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机；

所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理。

8.根据权利要求7所述的地铁轨检系统数据同步采集方法，其特征在于，所述MCU处理器实时接收所述速度编码器采集的车轮的转速、方向和里程，并根据里程等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据的步骤包括：

所述MCU处理器实时接收所述速度编码器的正交编码脉冲信号，并根据所述正交编码脉冲信号计算车轮的转速、方向和里程；

所述MCU处理器判断是否达到预设里程；

若否，则返回执行所述MCU处理器实时接收所述速度编码器的正交编码脉冲信号，并根据所述正交编码脉冲信号计算车轮的转速、方向和里程的步骤；

若是，则所述MCU处理器等距触发轮廓采集模块以及同步接收所述惯性导航传感器和所述加速度采集模块采集的数据。

9.根据权利要求7所述的地铁轨检系统数据同步采集方法，其特征在于，所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后连同时钟信息传输至所述PC上位机的步骤包括：

所述MCU处理器将通过所述时钟模块获取实时的时钟，以同步采集所述速度编码器、惯性导航传感器和加速度采集模块采集的数据，并将数据汇总成一帧后通过以太网传输至所述PC上位机；

所述MCU处理器本地校准时钟，并通过IO接口输出脉冲信号给所述PC上位机。

10.根据权利要求9所述的地铁轨检系统数据同步采集方法，其特征在于，所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并通过所述时钟信息对接收的数据进行同步和拆包处理的步骤包括：

所述PC上位机实时接收所述MCU处理器同步采集的数据和所述轮廓采集模块采集的数据，并接收所述脉冲信号；

所述PC上位机在接收到所述脉冲信号后同步校准时钟，以对接收的数据进行同步，并进行拆包处理。