基于单片机的机车轴温显示及报警装置

觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿RED＿TWIN-
KLE＿FLAG ＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿GREEN＿TWINKLE＿FLAG
＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
cmd ＝ CH452＿CLR＿BIT ＋ location;
LED＿GREEN＿TWINKLE＿FLAG
＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
cmd ＝ CH452＿CLR＿BIT ＋ location;
CH452＿cmd( cmd, LED＿CONTROLLER );
cmd ＝ CH452＿CLR＿BIT ＋ location ＋ 16;
其工作原理是： 通过机车上安装的探头采集轴承温度原始
数据，一方面经过总
线传输由微处理器
等其他辅助电路进
行数据的预处理，再
经过轴温显示报警
装置直观准确的显
示轴承温度并当温
度超过门限值时报
警；另一方面采集数
据被收集到数据库
图 1 系统结构图
中用于日后的维修检测等。 3 系统设计
本系统 采 用 富 士 通 MB90F543 单 片 机 作 为 控 制 器 ，此 款 单 片机应用广泛，价格低廉，功能稳定，拥有足够的通讯接口，满足 本系统设计要求。 采用两块 CH452 芯片作为温度显示数码管及 LED 灯驱动芯片。 （两款芯片的使用说明请参照其各自手册）
果良好。
参考文献 ［1］谭浩强．C 程序设计［M］．2 版．北京：清华大学出版社，2005 ［2］数码管驱动及键盘控制芯片 CH452 的中文手册［K］ ［3］DALLAS．Understanding and Using Cyclic Redundancy
CH452＿cmd( cmd, LED＿CONTROLLER );
break;
default
:
break;
妖
return(0);
妖
4 本系统的创新性
1）实时的检测机车各轴承的温度。
2）记录各温度检测点的数据．建立数据库，以便工作人员对
机车进行维修，并能据此描绘轴承故障曲线，节约维修成本。
3）在 机 车 司 机 室 或 者 机 车 设 备 间 安 装 温 度 检 测 装 置 ，循 环
Abstract According to the request of Ministry of Railways for engine intelligence and informationization,the device use to combine singlechip with nixie tude chip to display the real time temperature．Once over the limit,give an alarm．It has been applicable to all kinds of engine,function is stable． Keywords:SingleChip,hotbox show,temperature alarm
系统提供各车轴轴承的温度检测数据。
5） 该装置可以多工作日连续记录各路车轴轴承温度数据，
可以把这些数据送地面计算机上进行数据分析， 并建立机车轴
承状态数据库。
5 结束语
该装置是可悬挂便携式装置， 安装在机车内墙壁的合适位
置，也可方便地拆除带下机车。 在一般情况下，该装置是固定安
装在机车上的，实时检测并显示机车各轴承的代号和温度。 如果
控制命令字
for( ; (觹p＿char) 选＝ ＇＼0＇; p＿char＋＋ )
邀
buffer ＝ atoi( p＿char );
cmd ＝ CH452＿DIG0 ＋ ( offset ＜＜ 8 ) ＋ buffer;
／ ／ 合成加载字数据命令字
D＿VALUE[offset] ＝ cmd;
if( ( DOT＿FLAG ＆ (1 ＜＜ offset) ) )
CH452＿cmd( cmd, LED＿CONTROLLER );
cmd ＝ CH452＿SET＿BIT ＋ location ＋ 16;
CH452＿cmd( cmd, LED＿CONTROLLER )
break;
case INTERVAL:
LED＿TWINKLE＿FLAG ｜＝ 1 ＜＜
location;
cmd ＝ CH452＿CLR＿BIT ＋ location ＋ 16;
CH452＿cmd( cmd, LED＿CONTROLLER );
cmd ＝ CH452＿SET＿BIT ＋ location;
CH452＿cmd( cmd, LED＿CONTROLLER );
break;
case RED :
LED＿TWINKLE＿FLAG ＆ ＝
实时进行监控，任一轴承出现温度异常立即报警，从而防止事态
扩大造成列车事故。 但是该车载式轴温报警系统在实际运用中
存在以下几种缺陷：
1）列 车 高 速 运 行 时 ，该 系 统 报 警 后 司 机 必 须 马 上 停 车 进 行
检查，人为判断该轴承的温度或温升是否超限，从而延误了列车
的运行以及其它列车的正点运行。
邀
case GREEN :
LED＿TWINKLE＿FLAG ＆ ＝
觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿RED＿TWIN-
KLE＿FLAG ＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿GREEN＿TWINKLE＿FLAG
＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
108
基于单片机的机车轴温显示及报警装置
基于单片机的机车轴温显示及报警装置
欧 平 李家武 （西南交通大学，四川 成都 610031）
摘要 针对铁道部提出的机车智能化，信息化要求，本装置采用单片机与数码管驱动芯片相结合的方法，实现机车轴温的实 时显示，并且当温度超过门限值时报警。 该装置已经成功应用于各型号机车，功能稳定。 关键词：单片机，轴温显示，温度报警
2）在 实 际 运 用 中 ，该 系 统 对 列 车 的 环 境 以 及 磁 场 环 境 要 求
较高，当遇到雨雪天气等特殊情况，会发生误报警。
1．2 采用人工手持式远红外温度检测仪
对入库机车走行部轴承温度进行检测， 然后将检测记录数
据同门限值进行比较，从而判断机车轴承的质量状态。 采用此种
方式，轴温检测效率低下，检测数据准确性和可靠性差，无法形
成机车轴温档案，只能依照检测数据判断机车轴承的当前状态，
不能绘制机车轴承温升曲线从而判断机车轴承状态趋势
2 本装置的原理分析
为了改进目前落后的轴温显示方式， 铁道部及各科研单位
都对此投入了巨大的人力、 物力， 本装置就是在此背景下产生
的。 如图 1 所示，本装置主要分为三个部分：信息来源（信息采
集）；信息预处理（数据处理）；信息显示（轴温显示）。
系统的设计思想：由传感器采集原始数据，经过预处理后送 入 控 制 器 （MB90F543），控 制 器 选 择 开 通 数 码 管 或 者 LED 双 色 灯，通过写 CH452 驱动芯片寄存器，根据驱动芯片 CH452 的控 制 命 令 控 制 输 出 ，通 过 数 码 管 显 示 轴 温 ，通 过 双 色 LED 灯 显 示 状态（正常温度范围内显示绿色，超过正常温度则显示红色）也 可以根据不同需求改变 LED 的显示模式。 3．1 硬件结构与实现
cmd ＋＝ 0x80;
CH452＿cmd ( cmd, DIGITAL＿CONTROLLER ); ／ ／
写入加载字数据命令字
妖
2）双色 LED 灯显示程序如下：
INT8U CH452＿LED＿Write( INT16U location, enum COLOR＿MODE
mode )
邀
switch( mode )
case RED＿TWINKLING :
LED＿GREEN＿TWIN-
KLE＿FLAG ｜＝ 1 ＜＜ location; ／ ／ 对指定的 LED 设置黄色闪烁标志
LED＿TWINKLE＿FLAG ＆＝ 觸 ( 1
＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿RED＿TWINKLE＿FLAG ＆ ＝
《工业控制计算机》2010 年第 23 卷第 6 期
的功耗；另一块芯片用来实现 LED 双色灯的驱动。
3．2 软件设计与实现
1）数码管显示数据主程序如下：
cmd ＝ CH452＿TWINKLE ＋ spark; ／ ／ 合成设定闪烁控制命令字
CH452＿cmd( cmd, DIGITAL＿CONTROLLER ); ／ ／ 写 入 闪 烁
觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
break;
case LED＿OFF :
LED＿TWINKLE＿FLAG ＆＝ 觸( 1 ＜＜ lo-
cation ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿RED＿TWINKLE＿FLAG ＆ ＝
觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
铁道车辆、城市轨道车辆在运行的过程中，轴承会因为摩擦
而发热，对轴温进行实时监测，实时准确的显示轴温是一个重要
问题，通过这样一个装置能非常直观的反应轴承温度，发现问题
时立即报警让工作人员及时采取措施，以确保列车的行车安全。
1 轴温显示及报警技术的现状
1．1 采用车载式轴温报警系统
在列车运行中， 通过车载式轴温报警系统对机车轴承温度
｜＝ 1 ＜＜ location;
／ ／ 对指定的 LED 设置红色闪烁标志
LED＿TWINKLE＿FLAG ＆＝ 觸 ( 1
＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿GREEN＿TWINKLE＿FLAG
＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
109
break;
单片机（也可以 是 DSP、微 处 理 器 等 控 制 器 ）通 过 4 线 串 行 接 口 控 制 CH452 芯 片 ，CH452 的 数 码 管 显 示 驱 动 与 键 盘 扫 描 控制之间相互独立，单片机可以通过操作命令分别启用、关闭、 设定这两个功能。 CH452 的 4 线串行接口是由硬件 实 现 的 ，单 片机可以频繁地通过串行接口进行高速操作， 而绝对不会降低 CH452 的工作效率。
图 2 系统硬件原理图 单 片 机 与 CH452 连 接 如 图 2 所 示 ， 数 码 管 温 度 的 显 示 与 LED 的 状 态 显 示 彼 此 独 立 ， 因 此 采 用 两 片 CH452 与 单 片 机 并 联的方式。 一片可以动态驱动 8 个共阴数码管，所有数码管的相 同段引脚（段 A～段 G 以及小数点）并联后通过串接的限流电阻 R1（或 R12）连 接 CH452 的 段 驱 动 引 脚 SEG0～SEG7，各 数 码 管的阴极分别由 CH452 的 DIG0～DIG7 引脚进行驱动。 串接限 流电阻的阻值越大则段驱动电流越小，数码管的显示亮度越低， R1（或 R12）的阻值一般在 100Ω 至 1KΩ 之间，在其它条件相同 的 情 况 下 ，应 该 优 先 选 择 较 大 的 阻 值 ，以 降 低 CH452 芯 片 本 身
Fra Baidu bibliotek司机需要马上知道某个轴承的温度，可以按下该轴承的代号，这
时装置马上显示该轴承的温度。 它可以作为独立的功能装置工
作，也可以作为一个子系统，为综合性的机车设备故障诊断分析
系统提供机车轴温数据。 实现了车载装置的模块化。 拆装方便，
维护简单。
本系统设计简单易懂，成本较低容易实现，且此设计作为轴
温检测插件的独立子系统应用于各路局，机务段等。 实践检验效
显示机车各轴承温度，当轴承过热时，根据设定值报警，司机可
以实时观测到各轴承点的状态，避免机车重大事故的发生。
4）该 装 置 采 用 模 块 化 设 计 ，既 可 以 作 为 一 个 具 有 独 立 功 能
的车载轴温检测装置使用；又可以作为一个模块，在已经安装机
车故障检测系统平台的机车上使用， 通过总线为机车故障检测
／ ／ 对指定的 LED 设置闪烁标志
LED＿RED＿TWINKLE＿FLAG ＆ ＝
觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
LED＿GREEN＿TWINKLE＿FLAG
＆＝ 觸( 1 ＜＜ location ); ／ ／ 清除闪烁标志
break;
case GREEN＿TWINKLING : LED＿RED＿TWINKLE＿FLAG