1. Постановка задачи

Устройство предназначено для работы с тренажером по обучению ученика машиниста подвижного состава.

Тренажер представляет собой рабочее место ученика - ручки управления локомотивом и экран, воспроизводящий движение поезда по реальному участку пути. Параметры движения локомотива на экране соответствуют текущему положению управляющих ручек.

Алгоритм подготовки тренажера к работе:

- необходимо произвести видеосъемку участка пути, которая будет воспроизводиться на тренажере;

- во время видеозаписи требуется постоянно фиксировать скорость движения локомотива;

- при воспроизведении на тренажере записанного видео, нужно сравнивать две скорости: скорость локомотива, с которой он двигался во время записи видео со скоростью, с которой должен двигаться состав при текущем положении ручек тренажера и по результатам сравнения управлять скоростью воспроизведения видео файла;

Задача описываемого устройства - измерять скорость движения локомотива и фиксировать ее.

2. Описание решения

Существует множество способов измерения и фиксации скорости локомотива, например:

- использование сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS;

- использование лазерных оптических систем;

- автоматическое распознавание показаний спидометра локомотива;

- использование датчиков ускорения;

Использование акселерометров считается лучшим вариантом, т.к. на измерение ускорения не могут оказать влияния факторы, снижающие точность в других случаях (помехи для приема сигналов навигационных систем, условия видимости, уровень освещения и т.д.).

Схема решения имеет вид:

акселерометр → плата сбора данных → ВП LabVIEW → данные о скорости;

Идея решения - использовать акселерометр для получения данных о скорости.

Рис. 1 Виртуальный прибор LabVIEW

Рис. 2 Осциллограмма изменения ускорения

Реализация схемы.

Плата сбора данных непрерывно измеряет сигнал с акселерометра (частота дискретизации 20 кГц, число считываемых за раз отсчетов - 1000), при этом 20 раз в секунду плата выдает последовательности из 1000 отсчетов. Полученные отсчеты усредняются и умножаются на время, в течение которого они были получены. В результате перемножения получаем прирост скорости локомотива за 1/20 секунды.

Организовав цикл измерения ускорения и умножения его на время измерения, а так же суммируя получаемые значения изменения скорости - имеем значение скорости в данный момент.

Данная схема реализована с использованием двух различных акселерометров:

1) Акселерометр MMA6231Q фирмы Freescale Semiconductors, Inc. Особенности: напряжение питания 2,7...3,6 В, линейный выход, измерение ускорения по двум осям, диапазон измерения ускорения ±10д. Выходной сигнал -постоянное напряжение, пропорциональное приложенному ускорению.

2) Акселерометр Bruel & Kjer 4397. Особенности: измерение ускорения по одной оси, чувствительность 9,788 мВ/g. Выходной сигнал - напряжение, пропорциональное приложенному ускорению.

Для сохранения данных о текущей скорости применяется виртуальный прибор, конвертирующий значение текущей скорости в звуковые колебания определенной частоты. Таким образом, возможно, при видеосъемке движения состава, подавать на видеокамеру со звуковой карты ПК звук с данными о скорости, обеспечивая одновременно синхронизацию изображения со скоростью движения.

На рисунке 3 изображен виртуальный прибор, воспроизводящий звуковые колебания заданной частоты.

Рис. 3 Программа, реализующая воспроизведения звука заданной частоты

В результате работы программы на звуковой карте воспроизводятся колебания заданной частоты, а так же сохраняются в *.wav файл.

3. Используемое оборудование и ПО

Для реализации решения использовано следующее оборудование и ПО:

Многофункциональные платы сбора данных Nl USB 6009 и NI 9233 с USB carrier (Nl USB-9162), акселерометры MMA6231Q и Bruel & Kjer type 4397 под управлением виртуальных приборов, разработанных в среде графического программирования LabVIEW 8.2;

Краткая характеристика плат сбора данных.

Nl USB 6009: 8 аналоговых входов, 2 аналоговых выхода, 12 цифровых портов ввода/вывода и 1 счетчик, частота дискретизации 48 кГц по всем входам.

Nl USB 9233: 4 аналоговых входа, диапазон входных напряжений ± 5В, частота дискретизации 50 кГц.

Рис. 4 NI USB 6009 с акселерометром MMA6231Q

Рис. 5 NI USB 9233 с акселерометром Bruel & Kjer type 4397

4. Внедрение и развитие решения

Данный комплекс позволит проводить съемку любых железнодорожных участков, для последующего использования на тренажере по обучению помощника машиниста подвижного состава.

На данный момент полная работоспособность комплекса не обеспечена. Необходимо усовершенствовать программы работы с акселерометрами, а также взаимодействие между программами по определению скорости и воспроизведения звука.

Список литературы

1. А.Я. Суранов LabVIEW 7: справочник по функциям. Москва.: ДМК Пресс, 2005. 512 с.

2. Р.Ш. Загидуллин LabVIEW в исследованиях и разработках. Москва.: Горячая Линия - Телеком, 2005. 252 с.

..............................................................................................................................