CN107054405A - 一种低功耗机车轴温检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗机车轴温检测装置，包括电源模块、通信模块、温度采集模块、单片机以及屏蔽盒。轴温检测装置对本装置所连接的4个轴温传感器和1个环境温度传感器进行温度采集，每隔一段时间将温度数据发送至上层处理器。此外，对温度数据可选择4种不同报警方式处理，若满足报警条件则发出相应的报警代码至上层处理器。本发明所提供的轴温检测装置具有结构简单、测量范围广、测量精度高、响应速度快、低功耗、可靠性好等特点。
Description
技术领域
本发明属于机车轴温检测技术领域，尤其涉及一种低功耗机车轴温检测装置。
背景技术
现如今我国经济快速发展，高铁、动车、地铁以及其他机车被广泛使用，极大地方便了人民的生活。机车行驶时与钢轨容易产生冲击，加上机车自身重量和载重量较大，导致机车轴承发热、磨损。车轴磨损严重时造成脱轨、车毁人亡等严重事故。因此机车安全运行是保证人民生命财产安全的前提，而机车轴温是列车正常运行的一个重要参数，必须保持实时检测，倘若车轴轴温满足报警条件应保证及时发送报警代码至上层处理器进行处理。而目前广泛使用的机车轴温检测装置存在很多缺点，例如非接触式红外线轴温探测设备存在成本高、适应环境能力差、测量误差大、可靠性差等缺点，而接触式轴温检测装置则存在结构复杂、抗干扰性能低、功耗大等缺点。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明提供了一种测量精度高、结构简单、抗干扰能力强、低功耗的机车轴温检测装置。
技术方案：一种低功耗机车轴温检测装置，包括：
温度采集模块，用于采集机车轴温和环境温度，并将采集的温度数据发送给单片机；
单片机，用于接收和处理温度采集模块采集的温度数据，判断温度数据是否达到报警条件，若达到报警条件则发出相应的报警代码至上层处理器，此外每隔一段时间将温度数据经通信模块发送至上层处理器；
通信模块，用于单片机与上层处理器之间的通信；
电源模块，用于给温度采集模块、单片机、通信模块供电；
屏蔽盒，用于屏蔽干扰信号，所述温度采集模块、单片机、通信模块、电源模块都安装在屏蔽盒内。
进一步的，所述单片机判断是否达到报警条件具体为判断是否达到以下任意一项报警条件：
2.1基于环境温度报警方式的报警条件：T≥TA1+ΔT1；
T为测量轴温，TA1为环境温度，ΔT1为设定的温升值，40≤ΔT1≤60；
2.2基于平均温度报警方式的报警条件：T≥TA2+ΔT2；
T为测量轴温，TA2为平均温度，ΔT2为设定的温升值，10≤ΔT2≤40。
2.3基于温升报警方式的报警条件：ΔT≥ΔT3；
ΔT为测量轴温在经历时间n分钟之后升高的数值；ΔT3为设定的温升值，其中10≤ΔT3≤80，1≤n≤30；
2.4基于超温报警方式的报警条件：T≥TALM；
T为测量轴温，TALM为超温度报警温度限值，设定TALM＝100。
进一步的，所述电源模块采用高效率低功耗降压芯片URB1D05YMD-6W和LM1117-3.3。
进一步的，所述通信模块采用CAN总线，采用SN65HVD230作为CAN收发芯片。
进一步的，所述温度采集模块包括低功耗传感器DS18B20，低功耗传感器DS18B20传感器接口在所述屏蔽盒外。
进一步的，所述单片机型号为STM32F103T8U6。
进一步的，所述屏蔽盒为铝制屏蔽盒，其表面喷塑处理。
进一步的，还包括USB接口。
有益效果：本发明采用了低功耗DS18B20数字温度传感器，具有测量范围广，测量精度高，响应速度快且传感器接线方便等特点，有效提高了温度采集时的准确性和实时性。在轴温检测装置与上层处理器之间采用CAN总线进行通信，保证了数据传送的准确性和快速性。此外，本发明安装了USB接口，极大地方便了安装与调试。单片机采用STM32F103T8U6，相比其他单片机，具有高性能、处理速度快、低功耗、低成本等优势。电源模块更加集成化、转换效率高。最后使用铝制屏蔽箱，表面喷塑处理，有效提高了轴温检测装置的使用寿命和抗干扰性。该轴温检测装置具有结构简单、测量范围广、测量精度高、响应速度快、低功耗、可靠性好等特点，轴温检测装置的消耗功率不超过3W。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明屏蔽盒实现功能的结构图。
图3是本发明应用在机车上的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的实施案例进行详细的描述；
如图1所示，一种低功耗机车轴温检测装置，包括电源模块、通信模块、温度采集模块、单片机以及屏蔽箱。
其中，电源模块用于将DC110V(波动范围DC77-138V)降压至5V、3.3V给通信模块、温度采集模块、单片机供电，电源模块采用高效率低功耗降压芯片URB1D05YMD-6W和LM1117-3.3；通信模块用于单片机与上层处理器通信，采用CAN总线，选用芯片SN65HVD230作为CAN收发器；温度采集模块用于采集机车轴温和环境温度，传感器采用低功耗传感器DS18B20；单片机，用于接收和处理温度采集模块采集的温度数据，判断温度数据是否达到报警条件，若达到报警条件则发出相应的报警代码至上层处理器，此外每隔一段时间将温度数据经通信模块发送至上层处理器，单片机采用STM32F103T8U6；屏蔽盒，将包含电源模块、通信模块、温度采集模块(除传感器之外)、单片机的电路板安装在屏蔽盒内部，用于屏蔽干扰信号，屏蔽盒采用铝制屏蔽盒，表面喷塑处理；该检测装置还包括USB接口。
电源模块将DC110V(波动范围DC77-138V)降至5V和3.3V给各模块供电，需将模拟地和数字地用零欧电阻隔离，以提高电路整体稳定性及对外抗干扰性能。
通信模块引出的CANH、CANL两根线分别挂接在连接整列机车通信的CAN总线上对应的CANH、CANL，CAN总线两端连接终端电阻120Ω，以提高数据通信的可靠性和抗干扰性。
温度采集模块中的4个DS18B20传感器安装在每个转向架的车轴轴箱上，轴温传感器探头采用不锈钢材质，在轴箱比较合适的位置上开一个螺纹孔，此螺纹长度可根据实际开孔深度进行调节。转向架上的4个轴温传感器通过连接单片机不同的I/O口来识别传感器对应的机车车轴，余下1个DS18B20传感器则用于采集环境温度。温度采集模块实时采集轴温和环温。
单片机STM32F103T8U6通过USB接口配置信息及下载程序完成后对温度进行采集和处理，将轴温检测装置的编号和温度每隔一段时间发送至上层处理器。轴温检测装置的标号通过USB接口利用软件配置完成。
单片机可对DS18B20传感器采集的温度数据可进行以下4种报警方式处理：
1、基于环境温度报警方式的报警条件：T≥TA1+ΔT1；
T为测量轴温，TA1为环境温度，ΔT1为设定的温升值，40≤ΔT1≤60；
2、基于平均温度报警方式的报警条件：T≥TA2+ΔT2；
T为测量轴温，TA2为平均温度，ΔT2为设定的温升值，10≤ΔT2≤40。
3、基于温升报警方式的报警条件：ΔT≥ΔT3；
ΔT为测量轴温在经历时间n分钟之后升高的数值；ΔT3为设定的温升值，其中10≤ΔT3≤80，1≤n≤30；
4、基于超温报警方式的报警条件：T≥TALM；
T为测量轴温，TALM为超温度报警温度限值，设定TALM＝100。
单片机STM32F103T8U6对采集的温度数据进行处理，并根据设置的报警参数判断是否满足报警条件，一旦满足报警条件则通过通信模块CAN总线发出报警代码给上层处理器。
将包含电源模块、通信模块、温度采集模块(除传感器之外)、单片机的电路板安装在屏蔽盒内部，用于屏蔽干扰信号，同时提高了轴温检测装置的使用寿命。最后在每节车厢的前后转向架上各安装一台轴温检测装置进行轴温检测。
机车运行时一旦给轴温检测装置上电，单片机开始自检，检测端口无连接或连接错误时则发送端口错误代码至上层处理器，整列车厢的两头各安装一台处理器互为冗余备份。单片机自检无误后，开始正常工作，轴温检测装置实时采集传感器温度，若满足报警条件通过CAN总线立即向上层处理器发送报警代码。此外，根据上层处理器要求，每隔一段时间将该轴温检测装置编号以及温度数据等状态信息发送至处理器中保存下来，方便日后查看。
图2是本发明屏蔽盒实现功能的结构图，屏蔽盒有电源接口、USB接口、4个轴温传感器接口、1个环温传感器接口、2个CAN总线接口。电源接口用于外接电源，给检测装置供电；USB接口用于单片机下载配置信息及应用程序；传感器接口用于连接传感器实现采集轴温和环温；CAN总线接口用于连接与其他检测装置或上层处理器实现CAN通信。屏蔽盒还装有一个接地柱，用于接地使用以保证轴温检测装置安全工作。最后在屏蔽盒四个角上各有一个螺栓孔，用于固定屏蔽盒。
图3是本发明应用在机车上的示意图，在每节车厢的前后转向架上各安装一台轴温检测装置，通过螺栓固定该装置。首先通过USB接口下载单片机配置信息及应用程序。然后将4个轴温传感器安装在所在转向架的车轴轴箱上，轴温传感器探头采用不锈钢材质，在轴箱比较合适的位置上开一个螺纹孔，此螺纹长度可根据实际开孔深度进行调节。环温传感器直接测量外界环境温度，将传感器分别连接到对应传感器接口，电源接口连接至电源线上。最后将每台轴温检测装置的CAN总线接口与相邻轴温检测装置或上层处理器的CAN总线接口通过CAN总线连接起来实现通信。
上述实施方式用来解释说明本发明，但并非对本发明进行限制，对于本发明的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种低功耗机车轴温检测装置，其特征在于，包括：
温度采集模块，用于采集机车轴温和环境温度，并将采集的温度数据发送给单片机；
单片机，用于接收和处理温度采集模块采集的温度数据，判断温度数据是否达到报警条件，若达到报警条件则发出相应的报警代码至上层处理器，此外每隔一段时间将温度数据经通信模块发送至上层处理器；
通信模块，用于单片机与上层处理器之间的通信；
电源模块，用于给温度采集模块、单片机、通信模块供电；
屏蔽盒，用于屏蔽干扰信号，所述温度采集模块、单片机、通信模块、电源模块都安装在屏蔽盒内。
2.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置,其特征在于，所述单片机判断是否达到报警条件具体为判断是否达到以下任意一项报警条件：
2.1基于环境温度报警方式的报警条件：T≥TA1+ΔT1；
T为测量轴温，TA1为环境温度，ΔT1为设定的温升值，40≤ΔT1≤60；
2.2基于平均温度报警方式的报警条件：T≥TA2+ΔT2；
T为测量轴温，TA2为平均温度，ΔT2为设定的温升值，10≤ΔT2≤40。
2.3基于温升报警方式的报警条件：ΔT≥ΔT3；
ΔT为测量轴温在经历时间n分钟之后升高的数值；ΔT3为设定的温升值，其中10≤ΔT3≤80，1≤n≤30；
2.4基于超温报警方式的报警条件：T≥TALM；
T为测量轴温，TALM为超温度报警温度限值，设定TALM＝100。
3.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置,其特征在于，所述电源模块采用高效率低功耗降压芯片URB1D05YMD-6W和LM1117-3.3。
4.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置,其特征在于，所述通信模块采用CAN总线，采用SN65HVD230作为CAN收发芯片。
5.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置，其特征在于，所述温度采集模块包括低功耗传感器DS18B20，低功耗传感器DS18B20传感器接口在所述屏蔽盒外。
6.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置,其特征在于，所述单片机型号为STM32F103T8U6。
7.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置,其特征在于，所述屏蔽盒为铝制屏蔽盒，其表面喷塑处理。
8.根据权利要求1所述的低功耗机车轴温检测装置,其特征在于，还包括USB接口。
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