机车速度记录仪

设段， 共两个段， Ｐ ．来控制选中某一个段。也可以采用 通过 １０ 存储器分页的方法实现。
位为“ 一条记录”， 并采用定长格式， 即每条记录的长度相同， 在 程序中 定义为一个结构体。由于数据存储空间仅为６Ｋ ， ４Ｂ当空
Ｖ ＇ 二Ｆ ｆ Ｄ ＇
其中：一 ６
Ｎ
机车速度信号
析查询运行数据以及维护速度传感器， 从而能降低故障率， 保障
收稿 日期 ：０５ ０ －１ ２０ － ７ ３
Ｄ 车轮直径 —
了 速度传感器输出信号频率 一
Ｎ — 轮对转一圈速度传感器感应出的脉冲个数（ ７） Ｎ＝ ４
Ｕ ｏ
若将 Ｕ 点视为地点， Ｒ 则输出 Ｕ 相对于 Ｕ ｏ Ｒ点的电平则为
１ Ｖ施密特电路的高电平翻转电压 场 ： ７５ ， ．
Ｕ ＝ ５（５ Ｒ ） ＇ ４０ Ｖ Ｒ 十 ８＂ ＝ ８ｍ Ｒ／ Ｕ ｏ
Ｕ Ｕｉ ， Ｕ Ｈ ｎ
图 ５ 比较器传输特性曲线
在定时时间到或检测到 Ｉ 卡插人时， Ｃ 便在中断服务程序中置相
个要考虑的问题， 一是数据存储器的容量， 二是掉电之后数据要 能保存。这里选用两片 Ｄｌｓ 司的带 电池 的 ３Ｋ ＲＭ ａａ 公 ２ ＢＡ Ｄ１ ０ Ｓ ３ 以简化电路设计， ２ 提高稳定性， 记录数据的同时还要记 录当时的时间、 期， 日 因此还要有时间日 期芯片， 同样选用 Ｄｌ ａａ ｓ
６ １ ｈｉｅ ｏＡｔｎｔｎ ｐｉｔｎ — ０ Ｔｃｎ ｕｓ ｕ ａｏ ＆内ｐ ａｏｓ ｅ ｑ ｆ ｉ ａ ｌ ｉ ｃ
仪 器 仪 表 与检 测 技 术
Ｉｓｒｍｅ ｔｔ ｎ ｄ ｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｎｔ ｕ ｎａｉ ａ Ｍ ａ ｕｅ ｎ ｏ ｎ
《 自动化技术与应用）０５ ） ０ 年第２ 卷第 １ 期 ２ ４ ０
１ 引言
速度信号是机车运行中的重要数据之一， 机车上的许多控 制环节都需要速度信号， 比如最重要的电力机车闭环调速系统 要利用速度信号来构成闭环控制系统， 司机控制室的列车运行
监控记录装置要以速度信号为工作基准， 因此速度信号的正确
行车安全， 同时方便了８ 型电力机车的维护。 Ｋ
２ 系统的硬件设计
由于电路接成施密特反相比较器， 因此， 在输人电压 Ｕ 高 ｉ ｎ
《 自动化技术与应用）０５ ） ０ 年第 ２ 卷第１ 期 ２ ４ ０
仪器仪表与检测技术
Ｉ ｔ ｍｅ ｔｔ ｎ ｄ ａ ｕｅ ｅ ｔ ｎ ｒ ｎ ｉ ａ Ｍ ｓ ｒｍ ｎ ｓｕ ａｏ ｎ ｅ
２４ 速度记录及 Ｉ 卡转储 ． Ｃ
机车运行的速度数据要按一定的要求记录下来， 记录有两
中断设置， 外部计数器的设置等。初始化之后开始主循环。程 序采用了前后台结构， 定时器中断和外部中断为前台程序， 读取 计数器值， 计算速度值， 数据记录和 Ｉ Ｃ卡转储为后台程序。主 循环完成后台程序的功能， 中断服务程序完成前台程序的功能。
部空间寻址范围为 ６Ｋ ， ４ Ｂ 因此需要加人一些逻辑电路来扩展外
这样， 程序结构清晰， 执行效率高， 而且维护起来也很方便。
３１ 数据记录模块 ．
数据记录部分的程序比较复杂， 这里详细介绍一下。数据
记录程序记录机车运行过程中速度的变化， 数据记录的最小单
部数据空间， ８８ 的存储器分段的内存结构， 参考 ０６ 将单片机的 外部空间分段， Ｋ 数据存储器为数据段， ６ Ｂ ４ 其他外围芯片为外
单片机 夕 二
输人端的电容 Ｃ 用于滤掉转速信号的毛刺及干扰脉冲， １
到对输人电路的保护作用。
［
晶振
狡 州一
１Ｄ 为正反向限幅二极管， 输入电压过高时， 当 二极管导通起 ｛ ’ Ｄ ，２ 份
看门狗
「 下石
｛ 接口｝
电路采用的Ｌ １ Ｍ ３ ９比较器用单电源供电， 输入信号为交流
一
７５４ ０ ．－ ８ ｍＶ
一一 凡一 Ｆ －
４ ．‘
为输出信号， 电路完成对速度信号的波形整形。电路的工作状
态为：
通过电阻Ｒ ， ３Ｒ 分压， ４ 设置电路中的偏置电压 Ｕ （Ｃ １ ＲＶ Ｃ 为
１Ｖ ： ５） Ｕ ＝ ４（３ Ｒ ）Ｖ Ｃ ＝ ．＂Ｃ １ ０５１ ７５ Ｒ ＋ ４ －Ｃ １ ０５Ｖ Ｃ ＝ ．． ＝ ． Ｒ Ｒ／ ５ Ｖ 比较器输出波形
《 自动化技术与应用）０５ ） ０ 年第２ 卷第１ 期 ２ ４ ０
仪 器 仪 表 与检 测 技 术
Ｉｓｒｍｅ ｔｔ ｎ ｄ ａ ｕｅ ｎ ｎｔ ｕ ｎａｉ ａ Ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｏ ｎ
基于单片机的 ８ Ｋ型电力机车速度 记录仪的设计与应用
黄志武，张建波 ，刘剑锋
（ 中南大学 信息科学与工程学院， 湖南 长沙 ４０ ５ １Ｙ ） （ ７
２２ 系统的总体构成 ．
系统应该具备信号调理， 脉冲计数， 速度数据存储， 数据转 储等功能， 其中信号调理完成将传感器输出的正弦波转换成
２３ 信号调理与计数原理 ．
采用定时器（ 单片机） 与计数器（２４相结合的方式， ８５） 单片 机每隔一定的时间去读取计数器的计数值， 从而计算出信号的 频率， 但是速度传感器送出来的是幅值大约为 士ｌｖ的不规则 ｏ
２１ 速度计算原理 ．
８ 型电力机车的速度信号由无源永磁式电磁感应脉冲式 Ｋ 转速传感器产生， 输出与转速成正比的正弦波信号， 轮对转一圈
是保证机车正常运行的重要前提。
８ 电力机车为４ Ｋ 轴机车， 每个轴上装有一个速度传感器，
共有 ４ 路速度传感器。研制本装置的目的就是为了在机车运行
感应出７个脉冲， 型电 机车的 径为１０ｍｌ由 得 ４ ８ Ｋ 力 轮 ２ ｍ ｔ， 此可 ５ ｍ
出机车的速度计算式：
过程中实时检监测并记录这几路速度传感器是否正常， 并将机 车运行过程中各路传感器的信息记录下来， 机车回段后将数据 通过 Ｉ 卡转存下来， Ｃ 再导人地面的微机数据库， 供工作人员分
Ｔ Ｍ方波， 脉冲计数完成 ＴＬ Ｔ 方波频率的计算， 速度数据存储完
成机车运行速度数据的记录， 数据转储完成将记录的速度数据
正弦波， 而且有时又会有很多毛刺， 因此要先经过信号调理电路
将其转换为同频率的叨 １电平的脉冲方波， 使计数器能对其进
行计数。
转存至Ｉ卡。 Ｃ
系统的整体构成如下：
速度信号 方 波
信号， 作为单电源反相输入交流信号的施密特比较电路， 其基本
电路如图 ３ ：
图 １ 系统硬件框图
图 ２ 速度信号调理电路
当输人电压低于 Ｕ 时， 。 比较器输 于Ｕ 时， 较器输出低电平； 。 比
是其输出波形， ５ 图 是传输特性曲 出状态翻转为高电平。图４
线。
Ｕｎ ｉ
摘 要： 速度信号是电力机车运行中的重要数据， 电力机车闭环调速系统要利用速度信号来构成闭环控制系统， 司机控制室的列车 运行监控记录装置要以速度信号为工作基准。速度记录仪以 Ｍ Ｓ１ Ｃ５ 单片机为控制和处理核心， 加以相应的外围电路， 将机
车在行驶过程中的速度信息记录下来， 供工作人员分析查询以及维护速度传感器， 从而降低故障率， 保障行车安全。 关键词： 速度； 信号调理； 记录
中图分类号： Ｐ６． 文献标识码： 文章编号： ０３ ２１ ０５１０６－ Ｔ３ １ ８ Ｂ １ － ４（ ０） － ０ ３ ０７ ２ ００ ０
Ａ ｃｏ ｏ ｔ ｌ ｒ ａｅ Ｓ ｅ ｄ ｃ ｒｉｇ Ｍｉ ｃ ｎｒ ｌ 一ｂ ｓｄ ｅ Ｒ ｏｄｎ ｒ ｏｅ ｐ ｅ
ｆ ｒ Ｅｅ ｔｉ Ｌ ｃ ｍｏ Ｉ ｏ ８ Ｋ ｌｃｒ ｏ ｏ ｃ ｔ ｖｅｓ
８５ ２４
一
一 一 门 ‘注 引 附 月 认 ‘ 入 一 一 什
带 ＝
（ 正弦波） 信号
ｒ调 理
计数器
」『
门
５ １
习
ｎ ６ 一
ｐ
信号调理电路如下： 电路是以比较器 Ｌ １ 为核心构成的 Ｍ３ ９ 整形电路， 为提高电路的抗干扰性能， 接成了施密特滞回比较电
路， 如图２ ：
时间
芯片
应的标志位。在主循环中不停的判断标志位， 执行相应的程序。
公司的 池的 带电 时间日 期芯片Ｄ１ ８Ｚ Ｓ ８ ［ｏ ２ ７１ 这样， 单片机的外围芯片有： 片 Ｄ１ ０占用 ６Ｋ ， 片 ２ Ｓ ３， ２ ４Ｂ２ ８ ４占 Ｋ ２ ， 用８ 字节，片Ｄ１ ８， 用１ 字节。而单片机的外 ５ １ Ｓ２ ７占 ４ ８ Ｋ
施密特电路的高电平翻转电压 Fra bibliotek ， ，Ｕ ＝ ５（ ＋ ８ －ｏ ＝一 ８ｍ ５ Ｒ ）Ｕ 一 ４０ Ｖ ， Ｒ／ ， Ｒ
可以看出， 电路具备滞回比较的特性， 有较高的抗干扰能 力， ，Ｌ 玩 Ｕ 又可称为电路的门限电压。
Ｔｃｎｕｓ ｕ ｍ ｔｎ ｐｉｔｍ ｝ ６ ｅｈｉｅ ｏＡｔ ａｏ ＆人ｐｃ ｉ ｑ ｆ ｏ ｉ ｌ ｏ ａ １
Ｈ Ａ Ｇ ｉ ｗ ， Ｎ Ｊ 一 ｏＬＵ ｎ ｆ ｇ Ｕ Ｎ Ｚ 一 ｕＺ Ａ Ｇ ｂ Ｈ ｉ ｂ ， Ｊ 一 ｅ ｍ Ｉ ｉ ａ ｎ
（ ｆｍｔｎ ｎ ａ Ｅｇｅｉ Ｃｌ ｅ，ｅｒ ｏｈ ｖｓ ， ｎ ｈ １ ７， ａ Ｓ ｔＵｉｒｔ Ｃａ ｓ ４０ ５Ｃｉ ） Ｉｏ ａ Ｓｅ ｅ ｎｎ ｒｇ ａ Ｃｎａ ｕ ｎｅｉ ｈ ｇ ａ ０ ｈ ｎｒ ｉ ｃ ｃ ｎ ｉｅｎ ｏ ｇ ｏ ｉ ｄ ｔｌ ｙ ｎ
Ａ ｓａ ： ｓ ｅ ｓｎ ｉａ ｉｐｒｎｄ ｕ ｗｅ ｅｃｉｌｏｏｖ ｇｎ， ｕ ｄ ｔ ｃｓ ｌｐ ｉ ｓｔ ｏｅｃｉｌｏｏｖ ｔ ｂ ｒ ｔ ｈ ｐ ｄ ａ ｓ ｍ ｏａ ａ ｍ ｎ ｔ ｏ ｍｔｅ ｇ ｉ ｓ 场 ｈ ｌｅ ｏ ｔ ｎ ｙｅ ｆ ｔ ｏ ｍｔｅ ｔ ｃ Ｔｅ ｉ ｌ ｎ ｔｔ ｅ ｇ ｔ ｈ ｌ ｒ ｃ ｉ ｏ ｔ ｓ ｅ ｃ ｉ ｉ ｅ ｅ ｄ ｉ ｇ ｍ ｌ ｒ ｃ ｉ ｏ ｏ ｏ ｍ ｓ ｅ ｃ ｃ ｐｓ ｔ ｃｓ ｌ ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｇ ｄ ａｔ ｏ ｉ ａ ｍ厉 ｕ ｉ ｍｎｏｒ ｏ ｅｉｌｏｏｖ ｃ Ｔｅ ｄ ｐ ｔｌ ｅ ， ｉｓ ｒ ｄ ｈ ｗｒｎ ｄ ｕ ｒ ｎ ｇ ｉｒ ｒ ｒ ｏ ｍｔｅ ． ｓ ｅ ｏ ｏ ｈ ｌｅ ｏ ｏ ｏ ｙ ｍ ｎ ｉｒ ａ ｅ ｓ ｋ ｇ ｍ ｅ ｏ ｄ ｎ ｅ ｏ ｓ ｄ ｅ ｅ ｔ ｎ ｎ ｏｔ ｅ ｄ ｎ ｉ ａ ｈ ｐ ｃ ｃ ｂ ｅ ｉｏ ｍｏ ｏｌｏｏ ｅ ｇｔ ｄ ｖ ｉｒ ｉ ｒ 场ａ ｄ ｒ ｒ Ｍ Ｓ１ ｉａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｒｐ ｄ ｇ ｐｅ ｌ ｉ， ｕ ｄ ｎ ｒａ ｎ ｏ ｍｔ ｓ ｓｅ ｆ ｔ ｆ ｉ ｅ ｅ ｉ ｃ ｓ ｅ ｒ ｏ ｅｗｈ ５，ｎ ｔ ｗｈ ｏ ｓ ｎｉ ｐｒｈｒ ｃｃ ｔ ｉｓ ｆ ｐ ｅ ｄ ｉ Ｃ ｅ ｃ ｔ ｄ ｉ ｉ ｈ ｒ ｏ ｎ ｅ ａ ｉｕｓ ｔ ｅ ｏ ｄ ｏ ｔ ｅ ｅ ｉ ｒ ｉｓ ｒ ｓｆ ｂ ｓ ｎ ｙ ｎ ａ ｔ ｎ ｏｔ ｐ ｄ ｏ ｎ ｒ ｎ ｒ ｈ ｒ ｉ ａｔ ｚ ａ ｍ ｉｅａ ｅ ｈ ｓ ｅ ｓ ｓ ｉｏ ｅｔｅ ｕ ｔ ｔｇ ｓｅ ． ｔ ｍｍ ｅ ｔａ ｌｅ ａ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ｎ ｎ ｃ ｆ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｅ ａ ｃ ｙ ｅ ｎ ｄ ｓ ｅ ｆ Ｋ ｙ ｄ： ｄ Ｓ ｎ ｃ ｄｉ ｉ ； ｉ ｒ ｅ ｗ ｒｓＳｅ ； ａ ｏ ｉ ｎ ｇ Ｒｇｔ ｏ ｐｅ ｉ ｌ ｔ ｎ ｅ ｓ ｇ ｎ ｏ ｅ
寒
幸
７５ ４ ０ ．＋ ８ ｍＶ
七 ＿ －－ － － － －－ － ７５ ．Ｖ ＿ ＿ －
． １ 闷 ．
了－ Ｖ －－－一 一 －－－
． Ｊ
图３ 比较器电路 Ｕ 点为电路设置的偏置电压，ｉ为输人的速度信号，ｏ Ｒ Ｕ ｎ Ｕ