一种机车轴温检测装置的设计

一种机车轴温检测装置的设计

摘要：本文设计了一种用于对机车轴温信号进行实时采样、存储与传输、实时

数据处理的检测装置。系统以LPC2136作为主控器件，包括DS18B20温度采集电路、USB存储电路，显示报警电路和声光报警电路，通讯接口采用的是RS485，

实现了对机车轴温实时检测、记录和报警的功能。

关键词：轴温；检测，USB存储

1、引言

伴随着我国近几年铁路的高速发展，特别是铁路提速后，行车安全越来越重要，车轴是机车上的重要部件，车轴的温度是重要的安全指标之一。轴温监测系

统是对高速运行的机车车辆的车轴进行监测的一个系统，当温度过高时实现自动

报警。已有的机车轴温监测装置大都采用传统的51单片机，不但系统执行速度慢，而且由于片内资源及程序存储空间匮乏，芯片还要外接程序存储芯片等外设

来弥补其自身片内资源的不足，同样使整个系统的性价比降低。并且采用IC卡来进行数据的存储，存储容量小，记录信息简单，不适合机车长时间运行时数据的

采集工作。针对上述的不足，本文设计了一套基于LPC2136单片机的USB海量存

储的机车轴温监测装置，可实时监测机车的轴温、海量存储行车数据和机车轴温、语音报警和液晶显示轴温故障信息。

2、系统组成及工作原理

机车轴温检测系统的结构框图如图1所示，主要由LPC2136处理器模块、

DS18B20轴温采集模块、轴温显示模块、USB存储电路、语音报警电路等组成。

图1 系统结构框图

3、系统硬件设计

3.1 处理器模块

处理器是整个系统的核心，其主要任务是对机车的轴温进行采集、轴温数据的处理以及

存储、LCD的数据显示、语音报警的处理以及用户操作指令的接收与处理。为了满足系统高

性能和低功耗的要求，本设计选用ARM7TDMI-S内核的 LPC2136处理器。

LPC2136处理器采集各点的轴温数据，并将其存储至USB存储器中。与此同时，将机车

轴温发生故障时进行报警处理，轴温数据采集完成后，LPC2136处理器将对每一个点的检测

数据进行判读和处理，当温度超过设定值时，处理器启动语音报警并且在液晶显示屏上显示

具体故障点的位置，以便司机或是维修人员及时对故障进行处理。

3.2轴温采集电路

要确保系统稳定可靠的运行，本设计采用了单总线数字温度传感器DS18B20进行测温。DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器。他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，并且从DS18B20

读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于

数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20

可使系统结构更趋简单，可靠性更高。DS18B20与ARM7的接口电路如图2所示。

图2 DS18B20与ARM7的接口电路

3.3轴温显示电路

本设计采用MS12864J液晶屏，它是一种汉字图形点阵液晶显示屏。该模块显示分辨率为128×64，接口方式灵活，操作指令简单、方便，并且可构成全中文人机交互图形界面。可以

显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该

模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示

程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。液晶与LPC2136硬件连接电路如图3所示。

图3 液晶与LPC2136硬件连接电路

3.4轴温存储电路

此系统安装在火车上，对数据进行实时监测，为了使地面工作站对各个车轴进行状态分析，将检测到的温度数据形成轴温记录，随后通过USB存储电路存入到USB存储器中。

3.5轴温报警电路

系统超过90度时进行温度超标报警，控制端口beep为P0.2，蜂鸣器利用三极管8550进行驱动控制，当端口输出为0时，三极管导通，蜂鸣器发出声音报警；若端口输出为1时，三极管截止，蜂鸣器停止蜂鸣。硬件电路如图4所示。

图4 蜂鸣器硬件连接图

4、系统软件设计

系统上电后，首先进行初始化然后自检，并通过声音和显示方式进行故障的提示，以便于设备维护。系统自检无误后，将进入工作模式，对轴温数据进行采集、处理、存储、显示等工作，系统流程图如图5所示。

5、结束语

基于LPC2136处理器实现的USB存储机车轴温检测装置是一种集智能而且操作使用维护方便的机车轴温检测、记录与报警装置，通过实验测试，系统工作稳定可靠，达到了预期设计的目标，具有广泛的应用前景和重要的推广价值。

图5 系统软件流程图

作者简介：韩雪（1985-），女，安徽淮北，硕士，讲师。研究方向：自动控制。

粟慧龙（1982-），男，湖南常德，硕士，副教授。研究方向：自动控制、嵌入式系统。

注基金项目：湖南铁路科技职业技术学院院级课题《基于USB海量存储的机车轴温检测装置设计》，课题编号HTKY-KT2015-20