客車空調發電車油耗監測系統設計

詹俊瓊

【摘 要】 本文通過對客車空調發電車油耗監測系統的具體研發，總結歸納了該系統在設計思想、實現技術等方面內容。供有關技術人員參考。

【關鍵詞】 客車 空調 發電車 油耗 監測

隨著電氣化改造進程的深入和空調客車的進一步普及，旅客列車空調發電車燃油能耗支出占運輸成本的比例有所增加，如何按照車次、組別統計乘務員執乘期間的用油量，即考核乘務人員用油情況成為一項重要課題；研制和開發旅客列車空調發電車油耗監測系統，可為車輛部門研究、分析發電車工況、油耗情況、乘務員操作水平，制定可行的節油措施及管理政策和檢修規程等提供可靠的依據。對控制發電車油耗，降低燃油成本具有重要的意義。

1 系統組成及工作原理

（1）硬件結構組成。硬件系統主要有：電源模塊、數據采集及信號處理模塊、通訊模塊、控制處理模塊、存儲、顯示模塊。各部分協調一致完成油耗數據的采集、分析、計算、處理及結果的存儲、顯示等功能。地面分析系統包括微機和配套的分析軟件，通過數據轉儲設備，將車上存儲的歷史油耗數據進行下載，通過地面軟件對其進一步分析，評測發電車狀態、乘務員操作水平等。結構框圖如下。

（2）工作原理。車載系統由電源模塊供電進入正常工作狀態；通過傳感器完成油位的數據采集，經信號處理模塊進行濾波、整形等處理后送到控制處理模塊，由軟件進行分析、計算、校準，形成油耗數據；再結合乘務員信息按照所需格式和內容送往存儲模塊和顯示模塊完成綜合油耗數據的存儲和實時顯示功能。

2 各部分電路功能的設計與實現

（1）電源模塊電路。電源模塊為系統的能源供給中心，向系統各模塊電路供電，保障系統的正常工作；模塊利用發電車上24V的直流電源，經過極性保護電路和隔離轉換及開關穩壓電路，產生系統所需的各種不同等級的電壓，給各個模塊、電路及傳感器供電；能適應發電車電源的較大波動，并保證本系統與發電車的電氣系統相互隔離，避免發生故障后對發電車的影響，滿足故障導向安全的要求。

（2）數據采集和信號處理模塊電路。數據采集和信號處理模塊是系統的信息來源，直接關系到獲得原始數據的準確性和最終結果的精度；在傳感器的選型中重點考慮精度和穩定性要求，并符合故障導向安全原則，使傳感器的故障不影響發電車的正常運行。傳感器安裝在油箱內部，將發電車消耗的柴油量變送成電信號，通過信號處理模塊中的隔離電路和放大、整形電路處理后傳送到控制處理模塊，供軟件進行分析和處理。同時，系統還設計有采集IC卡中乘務員和空調車信息的電路。

（3）控制處理模塊電路。控制處理模塊是整個系統的控制核心，承擔著所有硬件電路的控制協調工作和全部數據的處理及通信控制等一系列工作；核心MCU選用C8051F系列混合信號系統級芯片。該模塊用于控制傳感器和IC卡的數據輸入，通過軟件程序對這些數據進行分析、計算、校準、整理、編碼等處理，組織形成我們所需要的實際油耗數據及格式；再按照設定的時間間隔送往存儲模塊進行保存，同時送往顯示模塊，完成綜合油耗數據的累積存儲及實時顯示功能。另外，在向地面轉儲過程中，該模塊控制將存儲模塊中保存的綜合油耗數據經通訊模塊向外輸出，提供給地面軟件進行進一步分析和處理。該模塊還設計有自我檢測診斷功能，及時發現自身故障，給出相應的報警提示。

（4）通信模塊電路。通信模塊承擔著控制處理模塊與外圍設備的數據傳輸任務，包括向顯示屏的數據輸出和向地面設備的數據轉儲輸出。在接口電路設計中針對信號的隔離、電平的匹配和轉換等問題，采用不同的元器件和芯片；使通信總線相互隔離，確保故障導向安全，避免發生故障后的相互影響。

（5）存儲模塊電路。存儲模塊用于保存綜合油耗歷史數據，要求其在斷電情況下也不能丟失數據；為此選用了SD卡作為存儲介質，經處理后的綜合油耗數據，按照設定的時間間隔和格式送往存儲模塊進行保存，形成油耗歷史數據庫，便于以后集中進行轉儲和處理，這些數據可以傳送到地面計算機并存入數據庫，利用分析軟件進行深入的分析。

（6）顯示模塊電路。顯示模塊采用彩色顯示觸摸屏技術，設計出友好的顯示界面，可接收通信模塊傳來的油耗數據，按照其設定的格式顯示在屏幕上。同時通過觸摸屏，可進行系統維護等操作。使乘務員一目了然，使用方便。

3 硬件系統的設計特點

（1）采用了多種隔離技術。系統中的隔離包括電源隔離、通信總線隔離以及數據采集隔離，用以提高系統的安全可靠性。即使在設備異常的情況下也不會危及發電車的安全運行。嚴格執行故障導向安全原則。

（2）采用了多種濾波技術。系統在信號處理上采用多種技術，包括機械、電子等硬件緩沖濾波技術及軟件濾波算法技術，對原始數據進行嚴格的判斷分析，剔除不合理數據，從而保證采集數據的真實可靠。

（3）采用了非易失存儲器技術。本系統能夠實時地將采集處理后的有用數據存儲到非易失存儲器中，這樣即使在掉電或者遇到其它異常的情況時，存儲在非易失存儲器中的歷史油耗數據也不會丟失。

（4）合理選擇、安裝高精度的傳感器。系統選用高精度壓力傳感器，設計制作了相應的阻尼、導流等結構，合理選擇安裝位置，有效地減小外界的機械振動干擾，保證數據的真實可靠；滿足精度和穩定性要求。

（5）建立數據庫便于更深入地分析數據。設計時充分考慮了進一步分析數據的需求，對非易失存儲器中的數據進行了內容和格式預處理，便于形成數據庫；經通信模塊傳輸到PC機上，通過地面分析軟件將這些數據存儲到數據庫中，便于更深入的分析數據。

4 結語

本系統設計完成后，經過一段時間的運行試驗、觀察和改進，能夠準確地采集、顯示、記錄發電車燃油消耗量，實現了預定功能，為車輛部門研究、分析、判斷發電車的油耗情況，分析發電車工況，乘務員操作水平，控制運用成本，制定可行的節油措施及管理政策和檢修規程等提供了科學的檢測手段和可靠的依據，使精細管理更具科學性，具有重要的意義。但作為普遍推廣的產品，還需要進一步改進和完善，提高制作、裝配工藝水平和設備工作穩定性，降低故障率，并便于現場安裝和維護，在實用性方面再下功夫。endprint

【摘 要】 本文通過對客車空調發電車油耗監測系統的具體研發，總結歸納了該系統在設計思想、實現技術等方面內容。供有關技術人員參考。

【關鍵詞】 客車 空調 發電車 油耗 監測

隨著電氣化改造進程的深入和空調客車的進一步普及，旅客列車空調發電車燃油能耗支出占運輸成本的比例有所增加，如何按照車次、組別統計乘務員執乘期間的用油量，即考核乘務人員用油情況成為一項重要課題；研制和開發旅客列車空調發電車油耗監測系統，可為車輛部門研究、分析發電車工況、油耗情況、乘務員操作水平，制定可行的節油措施及管理政策和檢修規程等提供可靠的依據。對控制發電車油耗，降低燃油成本具有重要的意義。

1 系統組成及工作原理

（1）硬件結構組成。硬件系統主要有：電源模塊、數據采集及信號處理模塊、通訊模塊、控制處理模塊、存儲、顯示模塊。各部分協調一致完成油耗數據的采集、分析、計算、處理及結果的存儲、顯示等功能。地面分析系統包括微機和配套的分析軟件，通過數據轉儲設備，將車上存儲的歷史油耗數據進行下載，通過地面軟件對其進一步分析，評測發電車狀態、乘務員操作水平等。結構框圖如下。

（2）工作原理。車載系統由電源模塊供電進入正常工作狀態；通過傳感器完成油位的數據采集，經信號處理模塊進行濾波、整形等處理后送到控制處理模塊，由軟件進行分析、計算、校準，形成油耗數據；再結合乘務員信息按照所需格式和內容送往存儲模塊和顯示模塊完成綜合油耗數據的存儲和實時顯示功能。

2 各部分電路功能的設計與實現

（1）電源模塊電路。電源模塊為系統的能源供給中心，向系統各模塊電路供電，保障系統的正常工作；模塊利用發電車上24V的直流電源，經過極性保護電路和隔離轉換及開關穩壓電路，產生系統所需的各種不同等級的電壓，給各個模塊、電路及傳感器供電；能適應發電車電源的較大波動，并保證本系統與發電車的電氣系統相互隔離，避免發生故障后對發電車的影響，滿足故障導向安全的要求。

（2）數據采集和信號處理模塊電路。數據采集和信號處理模塊是系統的信息來源，直接關系到獲得原始數據的準確性和最終結果的精度；在傳感器的選型中重點考慮精度和穩定性要求，并符合故障導向安全原則，使傳感器的故障不影響發電車的正常運行。傳感器安裝在油箱內部，將發電車消耗的柴油量變送成電信號，通過信號處理模塊中的隔離電路和放大、整形電路處理后傳送到控制處理模塊，供軟件進行分析和處理。同時，系統還設計有采集IC卡中乘務員和空調車信息的電路。

（3）控制處理模塊電路。控制處理模塊是整個系統的控制核心，承擔著所有硬件電路的控制協調工作和全部數據的處理及通信控制等一系列工作；核心MCU選用C8051F系列混合信號系統級芯片。該模塊用于控制傳感器和IC卡的數據輸入，通過軟件程序對這些數據進行分析、計算、校準、整理、編碼等處理，組織形成我們所需要的實際油耗數據及格式；再按照設定的時間間隔送往存儲模塊進行保存，同時送往顯示模塊，完成綜合油耗數據的累積存儲及實時顯示功能。另外，在向地面轉儲過程中，該模塊控制將存儲模塊中保存的綜合油耗數據經通訊模塊向外輸出，提供給地面軟件進行進一步分析和處理。該模塊還設計有自我檢測診斷功能，及時發現自身故障，給出相應的報警提示。

（4）通信模塊電路。通信模塊承擔著控制處理模塊與外圍設備的數據傳輸任務，包括向顯示屏的數據輸出和向地面設備的數據轉儲輸出。在接口電路設計中針對信號的隔離、電平的匹配和轉換等問題，采用不同的元器件和芯片；使通信總線相互隔離，確保故障導向安全，避免發生故障后的相互影響。

（5）存儲模塊電路。存儲模塊用于保存綜合油耗歷史數據，要求其在斷電情況下也不能丟失數據；為此選用了SD卡作為存儲介質，經處理后的綜合油耗數據，按照設定的時間間隔和格式送往存儲模塊進行保存，形成油耗歷史數據庫，便于以后集中進行轉儲和處理，這些數據可以傳送到地面計算機并存入數據庫，利用分析軟件進行深入的分析。

（6）顯示模塊電路。顯示模塊采用彩色顯示觸摸屏技術，設計出友好的顯示界面，可接收通信模塊傳來的油耗數據，按照其設定的格式顯示在屏幕上。同時通過觸摸屏，可進行系統維護等操作。使乘務員一目了然，使用方便。

3 硬件系統的設計特點

（1）采用了多種隔離技術。系統中的隔離包括電源隔離、通信總線隔離以及數據采集隔離，用以提高系統的安全可靠性。即使在設備異常的情況下也不會危及發電車的安全運行。嚴格執行故障導向安全原則。

（2）采用了多種濾波技術。系統在信號處理上采用多種技術，包括機械、電子等硬件緩沖濾波技術及軟件濾波算法技術，對原始數據進行嚴格的判斷分析，剔除不合理數據，從而保證采集數據的真實可靠。

（3）采用了非易失存儲器技術。本系統能夠實時地將采集處理后的有用數據存儲到非易失存儲器中，這樣即使在掉電或者遇到其它異常的情況時，存儲在非易失存儲器中的歷史油耗數據也不會丟失。

（4）合理選擇、安裝高精度的傳感器。系統選用高精度壓力傳感器，設計制作了相應的阻尼、導流等結構，合理選擇安裝位置，有效地減小外界的機械振動干擾，保證數據的真實可靠；滿足精度和穩定性要求。

（5）建立數據庫便于更深入地分析數據。設計時充分考慮了進一步分析數據的需求，對非易失存儲器中的數據進行了內容和格式預處理，便于形成數據庫；經通信模塊傳輸到PC機上，通過地面分析軟件將這些數據存儲到數據庫中，便于更深入的分析數據。

4 結語

本系統設計完成后，經過一段時間的運行試驗、觀察和改進，能夠準確地采集、顯示、記錄發電車燃油消耗量，實現了預定功能，為車輛部門研究、分析、判斷發電車的油耗情況，分析發電車工況，乘務員操作水平，控制運用成本，制定可行的節油措施及管理政策和檢修規程等提供了科學的檢測手段和可靠的依據，使精細管理更具科學性，具有重要的意義。但作為普遍推廣的產品，還需要進一步改進和完善，提高制作、裝配工藝水平和設備工作穩定性，降低故障率，并便于現場安裝和維護，在實用性方面再下功夫。endprint

【摘 要】 本文通過對客車空調發電車油耗監測系統的具體研發，總結歸納了該系統在設計思想、實現技術等方面內容。供有關技術人員參考。

【關鍵詞】 客車 空調 發電車 油耗 監測

隨著電氣化改造進程的深入和空調客車的進一步普及，旅客列車空調發電車燃油能耗支出占運輸成本的比例有所增加，如何按照車次、組別統計乘務員執乘期間的用油量，即考核乘務人員用油情況成為一項重要課題；研制和開發旅客列車空調發電車油耗監測系統，可為車輛部門研究、分析發電車工況、油耗情況、乘務員操作水平，制定可行的節油措施及管理政策和檢修規程等提供可靠的依據。對控制發電車油耗，降低燃油成本具有重要的意義。

1 系統組成及工作原理

（1）硬件結構組成。硬件系統主要有：電源模塊、數據采集及信號處理模塊、通訊模塊、控制處理模塊、存儲、顯示模塊。各部分協調一致完成油耗數據的采集、分析、計算、處理及結果的存儲、顯示等功能。地面分析系統包括微機和配套的分析軟件，通過數據轉儲設備，將車上存儲的歷史油耗數據進行下載，通過地面軟件對其進一步分析，評測發電車狀態、乘務員操作水平等。結構框圖如下。

（2）工作原理。車載系統由電源模塊供電進入正常工作狀態；通過傳感器完成油位的數據采集，經信號處理模塊進行濾波、整形等處理后送到控制處理模塊，由軟件進行分析、計算、校準，形成油耗數據；再結合乘務員信息按照所需格式和內容送往存儲模塊和顯示模塊完成綜合油耗數據的存儲和實時顯示功能。

2 各部分電路功能的設計與實現

（1）電源模塊電路。電源模塊為系統的能源供給中心，向系統各模塊電路供電，保障系統的正常工作；模塊利用發電車上24V的直流電源，經過極性保護電路和隔離轉換及開關穩壓電路，產生系統所需的各種不同等級的電壓，給各個模塊、電路及傳感器供電；能適應發電車電源的較大波動，并保證本系統與發電車的電氣系統相互隔離，避免發生故障后對發電車的影響，滿足故障導向安全的要求。

（2）數據采集和信號處理模塊電路。數據采集和信號處理模塊是系統的信息來源，直接關系到獲得原始數據的準確性和最終結果的精度；在傳感器的選型中重點考慮精度和穩定性要求，并符合故障導向安全原則，使傳感器的故障不影響發電車的正常運行。傳感器安裝在油箱內部，將發電車消耗的柴油量變送成電信號，通過信號處理模塊中的隔離電路和放大、整形電路處理后傳送到控制處理模塊，供軟件進行分析和處理。同時，系統還設計有采集IC卡中乘務員和空調車信息的電路。

（3）控制處理模塊電路?？刂铺幚砟K是整個系統的控制核心，承擔著所有硬件電路的控制協調工作和全部數據的處理及通信控制等一系列工作；核心MCU選用C8051F系列混合信號系統級芯片。該模塊用于控制傳感器和IC卡的數據輸入，通過軟件程序對這些數據進行分析、計算、校準、整理、編碼等處理，組織形成我們所需要的實際油耗數據及格式；再按照設定的時間間隔送往存儲模塊進行保存，同時送往顯示模塊，完成綜合油耗數據的累積存儲及實時顯示功能。另外，在向地面轉儲過程中，該模塊控制將存儲模塊中保存的綜合油耗數據經通訊模塊向外輸出，提供給地面軟件進行進一步分析和處理。該模塊還設計有自我檢測診斷功能，及時發現自身故障，給出相應的報警提示。

（4）通信模塊電路。通信模塊承擔著控制處理模塊與外圍設備的數據傳輸任務，包括向顯示屏的數據輸出和向地面設備的數據轉儲輸出。在接口電路設計中針對信號的隔離、電平的匹配和轉換等問題，采用不同的元器件和芯片；使通信總線相互隔離，確保故障導向安全，避免發生故障后的相互影響。

（5）存儲模塊電路。存儲模塊用于保存綜合油耗歷史數據，要求其在斷電情況下也不能丟失數據；為此選用了SD卡作為存儲介質，經處理后的綜合油耗數據，按照設定的時間間隔和格式送往存儲模塊進行保存，形成油耗歷史數據庫，便于以后集中進行轉儲和處理，這些數據可以傳送到地面計算機并存入數據庫，利用分析軟件進行深入的分析。

（6）顯示模塊電路。顯示模塊采用彩色顯示觸摸屏技術，設計出友好的顯示界面，可接收通信模塊傳來的油耗數據，按照其設定的格式顯示在屏幕上。同時通過觸摸屏，可進行系統維護等操作。使乘務員一目了然，使用方便。

3 硬件系統的設計特點

（1）采用了多種隔離技術。系統中的隔離包括電源隔離、通信總線隔離以及數據采集隔離，用以提高系統的安全可靠性。即使在設備異常的情況下也不會危及發電車的安全運行。嚴格執行故障導向安全原則。

（2）采用了多種濾波技術。系統在信號處理上采用多種技術，包括機械、電子等硬件緩沖濾波技術及軟件濾波算法技術，對原始數據進行嚴格的判斷分析，剔除不合理數據，從而保證采集數據的真實可靠。

（3）采用了非易失存儲器技術。本系統能夠實時地將采集處理后的有用數據存儲到非易失存儲器中，這樣即使在掉電或者遇到其它異常的情況時，存儲在非易失存儲器中的歷史油耗數據也不會丟失。

（4）合理選擇、安裝高精度的傳感器。系統選用高精度壓力傳感器，設計制作了相應的阻尼、導流等結構，合理選擇安裝位置，有效地減小外界的機械振動干擾，保證數據的真實可靠；滿足精度和穩定性要求。

（5）建立數據庫便于更深入地分析數據。設計時充分考慮了進一步分析數據的需求，對非易失存儲器中的數據進行了內容和格式預處理，便于形成數據庫；經通信模塊傳輸到PC機上，通過地面分析軟件將這些數據存儲到數據庫中，便于更深入的分析數據。

4 結語

本系統設計完成后，經過一段時間的運行試驗、觀察和改進，能夠準確地采集、顯示、記錄發電車燃油消耗量，實現了預定功能，為車輛部門研究、分析、判斷發電車的油耗情況，分析發電車工況，乘務員操作水平，控制運用成本，制定可行的節油措施及管理政策和檢修規程等提供了科學的檢測手段和可靠的依據，使精細管理更具科學性，具有重要的意義。但作為普遍推廣的產品，還需要進一步改進和完善，提高制作、裝配工藝水平和設備工作穩定性，降低故障率，并便于現場安裝和維護，在實用性方面再下功夫。endprint