手持式軸溫?cái)?shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的研究

李光耀

（呼和浩特鐵路局 科研所，呼和浩特 010051）

手持式軸溫?cái)?shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的研究

李光耀

（呼和浩特鐵路局 科研所，呼和浩特 010051）

介紹一種新型手持式旅客列車軸溫?cái)?shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。它采用C8051F340作為中央處理器，結(jié)合IC卡數(shù)據(jù)讀取、SD卡存儲(chǔ)、USB操作、液晶顯示等于一體，響應(yīng)速度快、外形輕巧、可設(shè)置條件篩選數(shù)據(jù)，摒棄了原有設(shè)備的不足，對(duì)軸溫?cái)?shù)據(jù)查詢更加方便快捷。

手持式；軸溫?cái)?shù)據(jù)；查詢

隨著鐵路客車的全面提速及高速重載戰(zhàn)略的實(shí)施，安全是旅客列車運(yùn)行最為重要的因素。車輛行走時(shí)，隨著車輛與鋼軌的沖擊、動(dòng)力效應(yīng)和振動(dòng)增大，當(dāng)車軸和軸承之間磨損或發(fā)生缺陷時(shí)，非正常發(fā)熱增大，輕則熱軸，使車體變形，重則造成切軸、燃軸，致使列車顛覆，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸安全。所以，軸溫作為影響行車安全的重要因素之一，各鐵路局車輛段對(duì)其都高度重視，車輛回庫(kù)后，檢修人員都要對(duì)本趟客車的軸溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行回查、分析，消除潛在隱患，以確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

1 現(xiàn)狀分析

據(jù)調(diào)研，目前全路均使用與KZS/M-I型軸溫?cái)?shù)據(jù)記錄儀配套的專用讀卡器，結(jié)合計(jì)算機(jī)上的專用軟件進(jìn)行歷史軸溫?cái)?shù)據(jù)的讀取和查看。此方法存在以下不足：

（1）設(shè)備體積比較大，攜帶不方便；

（2）必須配合計(jì)算機(jī)一起使用，浪費(fèi)資源；

（3）本身不帶操作和數(shù)據(jù)顯示；

（4）需要使用DB9針和計(jì)算機(jī)的串口相連，目前有些計(jì)算機(jī)已經(jīng)取消了RS-232串口，尤其是筆記本；

（5）智能化程度低，不能按照指定條件篩選數(shù)據(jù)；

（6）對(duì)于整備線距離讀卡工作室較遠(yuǎn)的工區(qū)，這項(xiàng)工作非常浪費(fèi)時(shí)間。以目前呼和局包頭車輛段呼和庫(kù)檢車間完成這項(xiàng)工作為例：客車入庫(kù)后，工作人員到整備線停放的客車上取卡→回班組在計(jì)算機(jī)上讀卡查看本趟車的軸溫?cái)?shù)據(jù)→記錄不正常數(shù)據(jù)及其車廂號(hào)和軸位號(hào)→返回整備線查看軸溫不正常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的位置，找到原因所在并加以解決。由于班組和整備線距離很遠(yuǎn)，一名工作人員整個(gè)上午時(shí)間最多完成2趟車數(shù)據(jù)的查看和故障排除，工作量大效率低。

基于以上現(xiàn)狀分析，急需研制一套手持式軸溫?cái)?shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，它要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形輕巧便于攜帶、實(shí)用方便，僅一名工作人員手持該便攜設(shè)備在車上就能查看任意時(shí)間段的軸溫?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)條件篩選出軸溫不正常的數(shù)據(jù)，直接根據(jù)指定的位置去查看、解決問(wèn)題，提高作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)客車軸溫?cái)?shù)據(jù)的即讀即查即處理。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計(jì)思想及原理

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到使用方便、穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理速度快、抗干擾性強(qiáng)等原則，在功能設(shè)計(jì)上，選擇常規(guī)、成熟功能，在電子元器件選型上，選用性能穩(wěn)定的電子元器件，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

CPU選擇51單片機(jī)C8051F340，主要由IC卡數(shù)據(jù)讀取、SD卡存儲(chǔ)、USB操作、鍵盤輸入、液晶顯示以及電源、時(shí)鐘電路等組成，它們?cè)贑PU控制下協(xié)調(diào)工作：當(dāng)有IC卡插入卡槽，系統(tǒng)開(kāi)始識(shí)別，如為軸溫報(bào)警器的軸溫?cái)?shù)據(jù)記錄卡則將其記錄數(shù)據(jù)讀出轉(zhuǎn)儲(chǔ)到SD卡中，同時(shí)液晶屏右下角顯示轉(zhuǎn)儲(chǔ)進(jìn)度；如不是軸溫報(bào)警器的軸溫?cái)?shù)據(jù)記錄卡則液晶屏右下角提示“請(qǐng)更換正確IC卡”，在轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)設(shè)置的篩選條件，在液晶屏上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，摒棄了原設(shè)備在計(jì)算機(jī)專用軟件上靠人工肉眼篩選的弊端；還可將轉(zhuǎn)儲(chǔ)到SD卡中的數(shù)據(jù)通過(guò)專用U盤導(dǎo)出保存（注：這里的專用U盤即經(jīng)過(guò)相應(yīng)軟件格式化后的U盤，它只需插入U(xiǎn)SB接口就可完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)儲(chǔ)導(dǎo)出，無(wú)須其它操作，目的是防止其它無(wú)關(guān)人員用普通U盤隨意操作）。因此，從功能上看完全滿足設(shè)計(jì)要求，速度響應(yīng)快，工作性能穩(wěn)定。

2.2 IC卡數(shù)據(jù)讀取及保存

在每趟客車中，裝有一個(gè)KZS/M-I型軸溫?cái)?shù)據(jù)記錄儀，每節(jié)車廂各裝有一個(gè)KZS/M-I型軸溫報(bào)警器，它們采用無(wú)主方式通信，在任何情況下，每臺(tái)控制顯示器按車輛順位號(hào)依次發(fā)送本車的全部信息，網(wǎng)絡(luò)中其他車輛的控制顯示器均同時(shí)接收信息。因此，任何一控制顯示器均可監(jiān)測(cè)全列軸溫，無(wú)需“主機(jī)”介入，但只有KZS/M-I型軸溫?cái)?shù)據(jù)記錄儀在監(jiān)測(cè)全列軸溫同時(shí)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到IC卡接口裝置中。

KZS/M-I型集中軸溫報(bào)警器的軸溫?cái)?shù)據(jù)記錄儀，采用大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡（IC卡）作為數(shù)據(jù)傳遞的媒介。

IC記錄卡型號(hào)：ATMEL AT45D041（卡片式）。IC記錄卡容量：2 048（Page）×264 byte。AT45D041采用分頁(yè)儲(chǔ)存的方法，每頁(yè)264 byte。

軸溫及報(bào)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)按頁(yè)進(jìn)行，Page 2 047：特別數(shù)據(jù)區(qū)；Page 0～1 999：軸溫?cái)?shù)據(jù)區(qū)；Page 2 000～2 046：報(bào)警數(shù)據(jù)區(qū)。

2.2.1 IC卡數(shù)據(jù)讀取

除Page 2 047寫入“KZS/M-IC Card”（ASC碼）外，其余所有字節(jié)均為0xff。數(shù)據(jù)為0xff即表示空。新購(gòu)卡內(nèi)部數(shù)據(jù)均為0xff。

根據(jù)上述IC卡類型及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)讀卡電路如圖2所示。

圖2 IC卡接口電路

ICCLK引腳為操作IC卡的串行時(shí)鐘信號(hào)、ICRST為片復(fù)位、ICON是片選信號(hào)，與CPU采用SPI模式通信，在其指令控制下，從ICIO引腳按頁(yè)讀取卡中記錄數(shù)據(jù)。

2.2.2 SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

IC卡中數(shù)據(jù)讀出后以同樣的數(shù)據(jù)格式將其保存到SD卡中。在SD卡中以扇區(qū)（每扇區(qū)512 byte）為單位進(jìn)行存儲(chǔ)，扇區(qū)地址保存在DS1302時(shí)鐘芯片中。SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的硬件電路如圖3所示，0～1扇區(qū)存儲(chǔ)操作時(shí)間、軟件版本號(hào)等信息和將來(lái)可能需要信息的備用存儲(chǔ)區(qū)，從第2扇區(qū)開(kāi)始為IC卡中數(shù)據(jù)內(nèi)容，在此硬件基礎(chǔ)上，配合軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。

圖3 SD卡硬件電路

2.2.3 時(shí)鐘電路

本設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路選擇DS1302芯片，晶振為32.768 k，裝置斷電后，后備電池BT301保持時(shí)鐘正常運(yùn)行，通電后，在保持正常工作同時(shí)還負(fù)責(zé)給后備電池BT301充電，電路如圖4所示。同時(shí)其自帶的31 byte存儲(chǔ)空間用于保存SD卡當(dāng)前地址必要信息，可以通過(guò)專用U盤或鍵盤配合液晶顯示對(duì)其時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。

圖4 DS1302時(shí)鐘電路

2.3 U盤操作

U盤操作包括讀U盤設(shè)置參數(shù)和將SD卡中記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到U盤。通過(guò)讀取U盤中設(shè)置命令可以對(duì)時(shí)間、SD卡地址、下載數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)也可以通過(guò)專用U盤直接下載記錄數(shù)據(jù)，上述操作通過(guò)CPU控制CH375集成芯片實(shí)現(xiàn)，其硬件電路如圖5所示，配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.4 鍵盤輸入

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)6個(gè)按鍵，分別是上、下、左、右、確定、返回鍵，用于選擇下拉菜單中篩選條件等選擇，在U盤操作不方便的情況下，也可以代替U盤進(jìn)行修改時(shí)間、清除SD卡地址等操作，方便實(shí)用。

2.5 液晶顯示

液晶顯示器選用ZX240160M1型號(hào)，采用并口通訊，接口協(xié)議為請(qǐng)求/應(yīng)答（REQ/BUSY）握手方式。應(yīng)答B(yǎng)USY高電平，不能接收用戶命令；BUSY低電平，表示空閑，等待接收用戶命令?？稍贐USY = 0后的任意時(shí)刻開(kāi)始發(fā)送命令，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)低電平REQ信號(hào)（REQ = 0）通知請(qǐng)求處理當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。在接收到外部的REQ低電平信號(hào)后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時(shí)將應(yīng)答線BUSY變?yōu)楦唠娖?，表明顯示模塊已接收到數(shù)據(jù)并正在忙于對(duì)此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理，此時(shí)用戶對(duì)其寫操作已經(jīng)完成，可以撤銷數(shù)據(jù)線上的信號(hào)并可做模塊顯示以外的其他工作，也可以不斷地查詢應(yīng)答線BUSY是否為低，如果BUSY = 0，對(duì)用戶的寫操作已經(jīng)執(zhí)行完畢?？梢栽偎拖乱粋€(gè)數(shù)據(jù)。如發(fā)出一個(gè)完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需5 byte，在接收到最后1 byte后才開(kāi)始執(zhí)行整個(gè)命令的內(nèi)部操作，因此，最后一個(gè)字節(jié)的應(yīng)答B(yǎng)USY高電平（BUSY = 1）持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，通過(guò)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟背光燈。

圖5 U盤操作電路

2.6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)需求，軟件采用C51實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Silicon集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），編程器選擇U-EC5調(diào)試適配器，它具有完全的USB2.0接口，可實(shí)現(xiàn)單步、連續(xù)單步、斷點(diǎn)、停止/運(yùn)行，支持寄存器/存儲(chǔ)器的觀察和修改，下載程序到Flash存儲(chǔ)器等功能，并且價(jià)位低，是C8051F系列單片機(jī)的理想開(kāi)發(fā)套件，硬件連接如圖6所示。

圖6 軟件調(diào)試的硬件連接圖

在軟件編寫中，首先進(jìn)行C8051F340的系統(tǒng)初始化，完成功能引腳和系統(tǒng)時(shí)鐘等配置，然后根據(jù)外圍功能設(shè)計(jì)特點(diǎn)，進(jìn)行DS1302和CH375芯片的初始化，總體流程圖如圖7所示。

圖7 總體流程圖

系統(tǒng)啟動(dòng)后主要執(zhí)行WHILE(1)循環(huán)程序，完成IC卡數(shù)據(jù)讀出、保存、顯示和U盤導(dǎo)出，以及時(shí)間、數(shù)據(jù)篩選條件設(shè)計(jì)等，具體程序流程圖如圖8所示。

綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)的工作示意如圖9所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求而提出，摒棄了原有設(shè)備不靈活、操作繁瑣等弊端，它外形輕巧、便于攜帶，僅1名工作人員隨身攜帶該設(shè)備即可完成所需操作；響應(yīng)速度快、可設(shè)置條件篩選數(shù)據(jù)，避免了人工篩選數(shù)據(jù)存在的誤差，提高了工作效率，是一套能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要的便攜系統(tǒng)。

圖8 WHILE（1）循環(huán)流程圖

圖9 整個(gè)系統(tǒng)工作示意圖

責(zé)任編輯 方 圓

Research on hand-held Axle Temperature Data Query System

LI Guangyao
( Scientif i c and Technological Research Institute, Hohhot Railway Administration, Hohhot 010051, China )

This paper mainly introduced the work principle and design method of a new type of hand-held Axle Temperature Data Query System. It was used C8051F340 as central processor, combining with reading the data of IC card, storing the data in SD card, USB operation, LCD display and so on. The System was with response speed, light and convenient appearance, could set conditions for fi ltering data, abandon the original equipment def i ciencies completely, was more convenient to temperature data query.

hand-held; axle temperature data; query

U270.7∶TP39

A

1005-8451（2014）02-0042-04

2013-09-28

李光耀，工程師。