基于ATmega16的便攜式機車信號發生器的研制

袁開鴻

（湖南鐵道職業技術學院，湖南 株洲 412001）

機車速度檢測系統是關系機車可靠控制和機車安全運行的重要環節,直接影響機車運行的安全正點。目前國內鐵路主要干線機車機車的過渡裝置、監控裝置、防空轉系統、車載軸承檢測裝置所需的機車速度信號,是由安裝在機車輪對車軸上的速度傳感器提供的。普遍采用了光電速度傳感器,速度信號提供給速度表、列車運行監控記錄裝置系統、機車控制電子柜以及內燃機車微機勵磁系統。當機車回段檢修時,由于不能動車或動車速度不高,沒有速度信號輸出或輸出速度信號強度不夠,因而這些需要速度信號的系統檢測就成了機車測試、檢修中一項比較困難的工作。為此,設計研制機車光電速度傳感器模擬信號發生器,使機車在靜態不動車情況下模擬發出速度信號,對滿足機車檢修工作的需要有著重要意義。

1 總體方案

1.1 系統設計原理

該設備發出的模擬信號要求與國內鐵路各干線上目前所用的DF4D,DF8,DF11,SS7,SS8及SS9等型機車上所裝的速度傳感器輸出信號相互兼容,同時由于各種機車輪徑不同，該設備要能夠調節輪徑大小，并輸出對應頻率脈沖,該機車速度信號發生器應達到如下要求：1)信號輸出為占空比為50%的方波信號,高電平選取12 V；2)輸出帶寬為2～9 999 Hz；3)輸出最大直流電流為10 mA；4)輸出精度為1%；5)采用數字液晶表頭顯示對應機車速度；6)適用DF-16型各種光電式速度傳感器。

1.2 主系統框圖

主系統框圖如圖1所示。

圖1 主系統框圖Fig. 1 Diagram of system

2 系統設計

2.1 硬件電路設計

2.1.1 單片機來模擬傳感器的脈沖信號發生電路

由于單片機的工作頻率高達12 MHz，而機車速度信號經過換算后的最高頻率是4.23 KHz（按300 km /h），因此用單片機設置模擬信號精度高（＜0.05%），而且操作簡單，界面友好。

圖2 操作界面Fig. 2 Test operation interface

2.1.2 電源系統

電源系統主要是為各個系統供電，為保證速度信號發生器和機車電路的安全，所有電源都采用了光耦隔離措施，確保了機車與發生器獨立工作，本裝置主要需要5 V、3.3 V等電源，均采用模塊化的DC-DC開關電源，DC-DC開關電源具有極寬的輸入范圍。

2.1.3 人機交互界面

采用3.5寸彩色液晶屏，該顯示器采用TFT總線型，具有全硬件實現。不死機，穩定可靠。

圖3 液晶模塊尺寸Fig. 3 LCD module size

2.1.4 速度信號輸出與采集電路

為保證速度信號發生器和機車電路的安全，信號的輸入輸出都采用了光耦隔離措施，確保了機車與發生器獨立工作。

圖4 速度信號輸出與采集電路Fig. 4 Speed signal output and acquisition circuit

圖5 軟件設計流程Fig. 5 Flow of software design

2.2 軟件設計

ATmega16在軟件上能有效支持C語言及匯編語言。C語言目前已成為設計嵌入式系統的標準語言，它既有普通高級語言結構化編程、可讀性好、維護方便的特點，又具有匯編等低級語言對硬件訪問方便、代碼效率高的特點。本設計是用C語言編程實現的，具有很好的可移植性，其程序流程圖如圖5所示。

2.2.1 脈沖產生軟件設計

速度信號發生器最重要的數據輸出就是速度信號，速度信號的脈沖頻率直接由速度和輪徑決定，并且與速度成正比，與輪徑成反比。該設備通過軟件設定實際機車的輪徑，并設定模擬速度，通過軟件計算發送出對應的速度信號，下面介紹程序里的速度脈沖信號產生部分：

/*---------------------------------------------------------

函數名稱：float sudu_to_PL(float gongli,int lunjing)

程序思路為：先由設定的速度和輪徑，通過計算得出車輪轉速，由車輪轉速計算得出需要信號的周期，并對周期加以分析，通過特定參數對周期修正，得出需要的頻率，最后配置定時器在I/O口輸出對應的脈沖信號。

3 結束語

基于ATmega16單片機的便攜式機車信號發生器具有功耗低、結構簡單、性價比高等優點, 并且減少了外圍接口器件,提高了系統工作可靠性。

在實際應用中能同時測試四路機車速度信號，具有使用簡單、可靠、維修方便、容易、操作安全、靈活等多種優點，測試結果直觀，能直接顯示出機車速度檢測部分的電源錯誤、斷路錯誤和速度檢測準確度等。

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