高速机车轴温测试系统

课程名称：工程测试技术

设计题目：高速机车轴温测试系统

院系：机械工程系

专业：机制二班

年级：2010级

姓名：张振、季川、苏晓茜

指导教师：曾祥光

西南交通大学峨眉校区

2013年6月6日

课程设计任务书

专业姓名学号

开题日期：年月日完成日期：年月日题目高速机车轴温测试系统

一、设计的目的

为了积极避免机车轴温现象给行车安全带来的隐患，多年来，人们一直致力与轴温探测系统的研究。此处课程设计的目的在于研究DS1820传感器与单片机结合测试高速机车的轴温，避免轴温带来的危险。

二、设计的内容及要求

此处设计基于DS1820温度传感器与单片机的结合，测试高速机车的轴温。要求能检测机车每根轴的轴温、每台牵引电机的轴和抱轴瓦的温度。检测的温度通过微机处理，可随时在屏幕上显示。

三、指导教师评语

四、成绩

指导教师(签章)

年月日

西南交通大学

目录

一、测试任务 (4)

1、测试系统的主要技术参数 (5)

2、对测试系统的其他要求 (5)

二、测试方案的选择 (5)

1、传感器类型的选择 (6)

2、红外轴温探测 (7)

3、DS1820 (8)

4、检测计算机系统的选择 (12)

5、DS1820在单片计算机温度测控中的应用 (13)

三、测试系统的硬件和软件设计 (14)

1、系统的硬件构成 (14)

2、传感器与主机的数据传输 (15)

3、测试系统的软件设计 (16)

4、系统的功能 (19)

5、常见问题分析 (19)

四、测试系统的可靠性与抗干扰设计 (20)

1、系统电源的抗干扰设计 (21)

2、系统主板的抗干扰设计 (21)

3、系统软件的抗干扰设计 (21)

五、测试系统的应用前景 (22)

六、结束语 (22)

七、参考文献 (22)

高速机车轴温测试系统

前言

温度是科学研究和工业生产中应用极为普遍又极其重要的热工参数。无论是在动力、机械、化工、冶金、制冷、电子、医药、食品、航天等工业部门，还是在国防、科学研究领域里都有大量的温度测量问题，因此可以说它对国民经济各部门都是必不可少的。

列车在运行时，轮轴发热是正常现象，一般都在允许温限之内。但有时个别轴温超过限度，而车上工作人员不能及时发觉，以致发生严重事故。本文通过一个实用的高速机车轴温测试系统，从测试任务、测试方案、传感器选择、测试系统设计、测试系统的可靠性与抗干扰设计、测试系统的应用前景等六个方面，介绍了温度测试系统的设计。

一、测试任务

火车高速重载是满足人民群众旅行需要和国民经济发展的客观要求，是铁路运输发展的战略选择。随着高速重载战略的实施，机车速度提高（140~200Km/h）和牵引功率增大，使得机车与钢轨的冲击、动力效应和振动增大，导致机车走行部分的轴箱轴承、牵引电动机轴承、抱轴承及空心轴承的发热增多。当轴承磨损和产生缺陷时，这些轴承的不正常发热增大，轻则热轴、固死造成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡，严重影响铁路运输安全，造成巨大的生命和财产损失。因此，性能可靠优良的高速机车轴温测试报警系统，对保证列车安全具有重要的意义。

本文的测试任务是对高速铁路机车的轴箱轴承、牵引电动机轴承、抱轴承及空心轴承等处的温度进行在线监测。在司机室向司机实时显示各测点的实际温度，温度超标时发出声音报警并用指示灯显示该点轴位和存储报警信息。该体统能存储各测点的最大温升率和对应的时间，供分析故障时查询，以作参考。

1、测试系统的主要技术参数

（1）温度范围：-55~+125C ；

（2）测温精度：1C

± ；

（3）测温点数：38点（可根据不同车型而增减）；

（4）报警温度：按绝对温度（75C ）和相对温度（环境温度55C

+ ）报警（可根据不同车型和不同测点的要求而设定）。

（5）供电电压：110VDC（波动范围：65~140VDC）；功耗小于15W.

2、对测试系统的其他要求

（1）应采取一系列比较完善的抗干扰措施，提高系统的抗干扰能力，能够使系统在机车强电干扰和恶劣的环境下，稳定可靠的正常运行。

（2）车下各个接线盒之间应采用环形接线，不会因某处中断而影响系统工作。

接线盒与主机之间应采用双总线输出方式，当一个总线因故障不能测出环境温度时，可自动转换到另一个总线工作，并用指示灯显示。

（3）有完善的自检功能。无论在初始化或正常工作中，当某传感器开路或短路时，都应显示或报警提示。当环境温度传感器发生故障不能测出环境温度时，系统可自动设定环境温度为20C ，以维持系统正常工作。

（4）轴温数据的记录和查询。系统应能够的自动记录存储各测点的报警温度、最大温升率及其发生的时间，可供随时查询。系统应设有数据输出接口，可输出存储的数据，供机车检修时分析和参考。

（5）系统的车下部分（传感器、接线盒、接插件）应全部采用防尘、防水的密封机构，对环境的适应能力强，性能可靠。

二、测试方案的选择

测试方案的选择主要包括两个方面：传感器类型的选择和检测计算机系统的

选择，这两个方面常常是相关的。

1、传感器类型的选择

温度测试技术在各行各业和科研部门均得到广泛的应用。温度传感器的选择与应用是测温工作的重要内容之一。目前，温度传感器的种类繁多，型号各异，即使同一类型温度传感器可能由于温度传感器材料或工作介质的不同，其适用范围和工作性能也大不一样。

机车轴温监测可以采用半导体PN结温度传感器进行测量，配以恒流源，在二次仪表端根据电压的变化来反映轴温的变化。其不足之处在于：（1）测量误差大。PN结温度传感器容易老化、失效，引起较大的测量误差；

采用二线制恒流源法模拟量传输，侧点到仪表的引线较长，引线误差

较大。

（2）连线多，环节多，结构复杂。这是由于每个侧点到仪表均需连线，每一路信号均需放大等调理。

（3）需定期标定，工作量大，传感器的互换性差。

（4）传输弱小的模拟信号，抗干扰能力弱，测量结果的稳定性和可靠性差，因此对于本测试任务难以胜任。

机车轴温监测也可以使用地面红外线机车轴温监测仪，但它只能在机车通过红外线监测点时，监测轴箱轴承的温度，因此，本测试也不能采取此方案。

为了克服传统的模拟型温度传感器精度较低，抗干扰能力差、多点测量时不能串行通信等弱点，本设计采用新型数字式温度传感器，其核心是美国DALLAS公司的DS1820温度传感器芯片。与传统的温度传感器相比，这种单片数字式温度传感器具有外围电路简单、精度高、对电源要求不高、抗干扰能力强等优点。它的输入和输出均为数字信号，且以串行方式与外部连接，因此可以容易地将很多个测点串行集成到应用系统中，简化系统的设计和减少了系统的连线。该传感器具有以下基本特征：

（1）无需外围器件，即可以用9位二进制数字量形式输出温度值。

。

（2）温度测量范围：-55~+125C ，分辨率为0.5C