輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

鄧玉萍，孔祥瑞

(1.鞍山師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 鞍山 114007；2.燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004)

輪對跑合試驗(yàn)臺是模擬輪對運(yùn)轉(zhuǎn)情況的專用試驗(yàn)臺，是輪對跑合溫度變化狀況的實(shí)驗(yàn)檢測平臺.輪對跑合試驗(yàn)臺的最終目的是準(zhǔn)確檢驗(yàn)齒輪箱及軸箱制造、安裝的質(zhì)量，較好地模擬輪對實(shí)際跑合的狀態(tài),是輪對安全質(zhì)量檢測及生產(chǎn)出廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié).通過對輪對跑合的狀態(tài)監(jiān)測，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪對是否存在安全問題；并確定輪對溫升的閾值，超過閾值即進(jìn)行溫升報(bào)警；在出廠前對輪對進(jìn)行檢測可降低安全事故的發(fā)生率，保證鐵路運(yùn)輸安全運(yùn)行[1].

1 溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖

圖1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖

輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)由溫度采集模塊、中心控制模塊STC89C52、顯示模塊、報(bào)警模塊及外圍電路組成.系統(tǒng)框圖如圖1所示.

溫度采集模塊是本設(shè)計(jì)測試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系著采集信息的質(zhì)量和精度.模擬信號的采集電路通常由跟隨器、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、緩沖器等部分組成.被采集的信號經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后存入存儲器.電路的整個(gè)時(shí)序由邏輯控制模塊協(xié)調(diào)控制.

中心控制模塊由單片機(jī)STC89C52及其外圍電路構(gòu)成.STC89C52是控制模塊的核心部分，主要完成數(shù)據(jù)的存儲、計(jì)算及其相應(yīng)的邏輯控制，并實(shí)現(xiàn)同顯示模塊傳輸數(shù)據(jù)等重要任務(wù).

顯示模塊，為了完成數(shù)據(jù)的顯示.

報(bào)警模塊由蜂鳴器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)溫度在閾值之上的高溫報(bào)警功能.

2 輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案如圖2所示.

輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)由主程序模塊以及3個(gè)子程序模塊組成.三個(gè)子程序模塊分別是：中斷程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、故障代碼模塊.該系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)作為CPU控制單元.

目前單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)可以使用多種語言完成，由于C語言的應(yīng)用最為廣泛，且C語言程序具有簡單易懂、可移植性好、可靠性高等特點(diǎn)，因此，軟件選Keil用C語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)既定功能.

在程序流程圖2中可以看出，流程圖就是將要實(shí)現(xiàn)的功能拆分成3個(gè)小模塊來實(shí)現(xiàn)：中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換、故障代碼顯示.主程序就是將這些子程序依次調(diào)試并組合起來實(shí)現(xiàn)主程序功能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境默認(rèn)室溫為30 ℃，根據(jù)前期研究成果，輪對溫度不能超過外溫溫升80 ℃，因此輪對溫度閾值設(shè)定為110 ℃.

2.1 中斷程序

根據(jù)實(shí)驗(yàn)當(dāng)天室溫和輪對溫升閾值設(shè)定輪對溫度的最大值，并將該值存入相應(yīng)的儲存器單元，由LCD1602顯示，當(dāng)輪對溫升幅值超過輪對溫升閾值時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警.中斷程序流程如圖3所示.

圖2 系統(tǒng)程序主流程圖 圖3 中斷程序流程圖

2.2 A/D轉(zhuǎn)換

A/D轉(zhuǎn)換的目的是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，溫度傳感器PT100輸出量是模擬量，LCD1602只能顯示數(shù)字量.將PT100輸出的模擬量由A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便在LCD1602上顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)值.A/D轉(zhuǎn)換器從溫度傳感器兩端的電壓變化進(jìn)行電壓讀取，對PT100進(jìn)行識別，將此電壓存入單片機(jī)STC89C52相應(yīng)的儲存單元內(nèi).A/D轉(zhuǎn)換選用ADC0832集成電路，因?yàn)樗w積小，兼容性、性價(jià)比高.并且ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求.A/D轉(zhuǎn)換流程如圖4所示.

2.3 故障代碼

將輪對溫度故障等級定義為3個(gè)檔次，查閱我國動車組輪對溫升異常故障代碼分別定義為2683、2684、2685[2].故障代碼在1602LCD顯示的實(shí)時(shí)溫度下方顯示.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，室溫為30 ℃.當(dāng)輪對溫度升高至60 ℃，1602LCD顯示故障代碼2683；當(dāng)輪對溫度升高至80 ℃，1602LCD顯示故障代碼2684；當(dāng)輪對溫度超過110 ℃時(shí)，1602LCD顯示故障代碼2685，同時(shí)報(bào)警模塊會進(jìn)行聲光報(bào)警.2683視為軸箱軸承測試點(diǎn)溫升異常故障代碼；2684視為齒輪箱從動齒輪側(cè)軸承溫升測試點(diǎn)或牽引電機(jī)軸承測試點(diǎn)溫升異常故障代碼；2685視為齒輪箱主動齒輪側(cè)軸承測試點(diǎn)溫升異常故障代碼[2].故障代碼顯示流程如圖5所示.

圖4 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 圖5 故障代碼顯示流程圖

3 軟件調(diào)試

輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完成以后，要對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.本設(shè)計(jì)采用Keil軟件進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)，可直接用其中的Debug工具進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過程中可以查看各寄存器中以及各端口和RAM中的值，還可以設(shè)置斷點(diǎn)，讓程序單步運(yùn)行等.

為了能夠成功運(yùn)行程序，應(yīng)該做好以下準(zhǔn)備工作：

(1)首先，必須檢查電路板上各器件的連接狀態(tài)，保證其能正常工作；

(2)用微機(jī)電源供電，查看各部分電路運(yùn)行是否正常；

(3)準(zhǔn)備能夠?qū)氤绦虻膯纹瑱C(jī)開發(fā)板，將單片機(jī)芯片從最小系統(tǒng)中取出，然后安裝在開發(fā)板上，運(yùn)行STC_ISP_V480，正確設(shè)置與電路板連接的COM口.

以上工作準(zhǔn)備就緒，打開keil軟件，運(yùn)行編好的程序，生成hex文件，并用STC_ISP_V480打開，燒入單片機(jī)中，如圖6、7所示.

燒寫程序后，系統(tǒng)上電，對PT100探頭進(jìn)行加熱，隨著溫度升高，觀察LCD1602溫度顯示是否變化、故障代碼是否出現(xiàn)并隨溫度升高而變化，溫度超過閾值時(shí)是否進(jìn)行聲光報(bào)警.確認(rèn)上述功能無誤后，證明輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)已經(jīng)成功.

4 結(jié)論

輪對跑合試驗(yàn)臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)把現(xiàn)場采集到的溫度信號輸入到單片機(jī)STC89C52儲存器中，通過設(shè)計(jì)好的軟件程序?qū)唽M(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并進(jìn)行故障診斷，得到輪對跑合過程中的故障代碼.經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明該軟件設(shè)計(jì)正確，能夠?qū)唽M(jìn)行故障診斷，確保生產(chǎn)的輪對安全運(yùn)行.

圖6 keil編程界面

圖7 STC_ISP_V480下載界面