手持式軸溫數據查詢系統的研究

李光耀

（呼和浩特鐵路局 科研所，呼和浩特 010051）

手持式軸溫數據查詢系統的研究

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數據查詢系統。它采用C8051F340作為中央處理器，結合IC卡數據讀取、SD卡存儲、USB操作、液晶顯示等于一體，響應速度快、外形輕巧、可設置條件篩選數據，摒棄了原有設備的不足，對軸溫數據查詢更加方便快捷。

手持式；軸溫數據；查詢

隨著鐵路客車的全面提速及高速重載戰略的實施，安全是旅客列車運行最為重要的因素。車輛行走時，隨著車輛與鋼軌的沖擊、動力效應和振動增大，當車軸和軸承之間磨損或發生缺陷時，非正常發熱增大，輕則熱軸，使車體變形，重則造成切軸、燃軸，致使列車顛覆，嚴重影響鐵路運輸安全。所以，軸溫作為影響行車安全的重要因素之一，各鐵路局車輛段對其都高度重視，車輛回庫后，檢修人員都要對本趟客車的軸溫數據進行回查、分析，消除潛在隱患，以確保鐵路運輸的安全。

1 現狀分析

據調研，目前全路均使用與KZS/M-I型軸溫數據記錄儀配套的專用讀卡器，結合計算機上的專用軟件進行歷史軸溫數據的讀取和查看。此方法存在以下不足：

（1）設備體積比較大，攜帶不方便；

（2）必須配合計算機一起使用，浪費資源；

（3）本身不帶操作和數據顯示；

（4）需要使用DB9針和計算機的串口相連，目前有些計算機已經取消了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據；

（6）對于整備線距離讀卡工作室較遠的工區，這項工作非常浪費時間。以目前呼和局包頭車輛段呼和庫檢車間完成這項工作為例：客車入庫后，工作人員到整備線停放的客車上取卡→回班組在計算機上讀卡查看本趟車的軸溫數據→記錄不正常數據及其車廂號和軸位號→返回整備線查看軸溫不正常數據出現的位置，找到原因所在并加以解決。由于班組和整備線距離很遠，一名工作人員整個上午時間最多完成2趟車數據的查看和故障排除，工作量大效率低。

基于以上現狀分析，急需研制一套手持式軸溫數據查詢系統，它要求結構簡單、外形輕巧便于攜帶、實用方便，僅一名工作人員手持該便攜設備在車上就能查看任意時間段的軸溫數據，通過條件篩選出軸溫不正常的數據，直接根據指定的位置去查看、解決問題，提高作業效率，實現客車軸溫數據的即讀即查即處理。

2 系統實現

2.1 總體設計思想及原理

本系統設計時考慮到使用方便、穩定、數據處理速度快、抗干擾性強等原則，在功能設計上，選擇常規、成熟功能，在電子元器件選型上，選用性能穩定的電子元器件，其系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構框圖

CPU選擇51單片機C8051F340，主要由IC卡數據讀取、SD卡存儲、USB操作、鍵盤輸入、液晶顯示以及電源、時鐘電路等組成，它們在CPU控制下協調工作：當有IC卡插入卡槽，系統開始識別，如為軸溫報警器的軸溫數據記錄卡則將其記錄數據讀出轉儲到SD卡中，同時液晶屏右下角顯示轉儲進度；如不是軸溫報警器的軸溫數據記錄卡則液晶屏右下角提示“請更換正確IC卡”，在轉儲數據同時對其進行分析計算，根據設置的篩選條件，在液晶屏上顯示相關數據，摒棄了原設備在計算機專用軟件上靠人工肉眼篩選的弊端；還可將轉儲到SD卡中的數據通過專用U盤導出保存（注：這里的專用U盤即經過相應軟件格式化后的U盤，它只需插入USB接口就可完成數據的自動轉儲導出，無須其它操作，目的是防止其它無關人員用普通U盤隨意操作）。因此，從功能上看完全滿足設計要求，速度響應快，工作性能穩定。

2.2 IC卡數據讀取及保存

在每趟客車中，裝有一個KZS/M-I型軸溫數據記錄儀，每節車廂各裝有一個KZS/M-I型軸溫報警器，它們采用無主方式通信，在任何情況下，每臺控制顯示器按車輛順位號依次發送本車的全部信息，網絡中其他車輛的控制顯示器均同時接收信息。因此，任何一控制顯示器均可監測全列軸溫，無需“主機”介入，但只有KZS/M-I型軸溫數據記錄儀在監測全列軸溫同時，將數據轉存到IC卡接口裝置中。

KZS/M-I型集中軸溫報警器的軸溫數據記錄儀，采用大容量數據存儲卡（IC卡）作為數據傳遞的媒介。

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

軸溫及報警數據存儲按頁進行，Page 2 047：特別數據區；Page 0～1 999：軸溫數據區；Page 2 000～2 046：報警數據區。

2.2.1 IC卡數據讀取

除Page 2 047寫入“KZS/M-IC Card”（ASC碼）外，其余所有字節均為0xff。數據為0xff即表示空。新購卡內部數據均為0xff。

根據上述IC卡類型及特點，設計讀卡電路如圖2所示。

圖2 IC卡接口電路

ICCLK引腳為操作IC卡的串行時鐘信號、ICRST為片復位、ICON是片選信號，與CPU采用SPI模式通信，在其指令控制下，從ICIO引腳按頁讀取卡中記錄數據。

2.2.2 SD卡數據存儲

IC卡中數據讀出后以同樣的數據格式將其保存到SD卡中。在SD卡中以扇區（每扇區512 byte）為單位進行存儲，扇區地址保存在DS1302時鐘芯片中。SD卡數據存儲的硬件電路如圖3所示，0～1扇區存儲操作時間、軟件版本號等信息和將來可能需要信息的備用存儲區，從第2扇區開始為IC卡中數據內容，在此硬件基礎上，配合軟件實現數據的保存。

圖3 SD卡硬件電路

2.2.3 時鐘電路

本設計時鐘電路選擇DS1302芯片，晶振為32.768 k，裝置斷電后，后備電池BT301保持時鐘正常運行，通電后，在保持正常工作同時還負責給后備電池BT301充電，電路如圖4所示。同時其自帶的31 byte存儲空間用于保存SD卡當前地址必要信息，可以通過專用U盤或鍵盤配合液晶顯示對其時間進行設置。

圖4 DS1302時鐘電路

2.3 U盤操作

U盤操作包括讀U盤設置參數和將SD卡中記錄數據轉儲到U盤。通過讀取U盤中設置命令可以對時間、SD卡地址、下載數據長度等進行設置，同時也可以通過專用U盤直接下載記錄數據，上述操作通過CPU控制CH375集成芯片實現，其硬件電路如圖5所示，配合軟件來實現。

2.4 鍵盤輸入

本系統設計6個按鍵，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盤進行修改時間、清除SD卡地址等操作，方便實用。

2.5 液晶顯示

液晶顯示器選用ZX240160M1型號，采用并口通訊，接口協議為請求/應答（REQ/BUSY）握手方式。應答BUSY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。可在BUSY = 0后的任意時刻開始發送命令，先把用戶命令的當前字節放到數據線上，接著發低電平REQ信號（REQ = 0）通知請求處理當前數據線上的命令或數據。在接收到外部的REQ低電平信號后立即讀取數據線上的命令或數據，同時將應答線BUSY變為高電平，表明顯示模塊已接收到數據并正在忙于對此數據的內部處理，此時用戶對其寫操作已經完成，可以撤銷數據線上的信號并可做模塊顯示以外的其他工作，也可以不斷地查詢應答線BUSY是否為低，如果BUSY = 0，對用戶的寫操作已經執行完畢。可以再送下一個數據。如發出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標及漢字代碼在內共需5 byte，在接收到最后1 byte后才開始執行整個命令的內部操作，因此，最后一個字節的應答BUSY高電平（BUSY = 1）持續時間較長，同時可以根據現場需要，通過開關開啟背光燈。

圖5 U盤操作電路

2.6 系統軟件設計

根據系統需求，軟件采用C51實現，開發環境為Silicon集成開發環境（IDE），編程器選擇U-EC5調試適配器，它具有完全的USB2.0接口，可實現單步、連續單步、斷點、停止/運行，支持寄存器/存儲器的觀察和修改，下載程序到Flash存儲器等功能，并且價位低，是C8051F系列單片機的理想開發套件，硬件連接如圖6所示。

圖6 軟件調試的硬件連接圖

在軟件編寫中，首先進行C8051F340的系統初始化，完成功能引腳和系統時鐘等配置，然后根據外圍功能設計特點，進行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

系統啟動后主要執行WHILE(1)循環程序，完成IC卡數據讀出、保存、顯示和U盤導出，以及時間、數據篩選條件設計等，具體程序流程圖如圖8所示。

綜上所述，整個系統的工作示意如圖9所示。

3 結束語

本設計根據生產現場要求而提出，摒棄了原有設備不靈活、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備即可完成所需操作；響應速度快、可設置條件篩選數據，避免了人工篩選數據存在的誤差，提高了工作效率，是一套能夠滿足生產現場需要的便攜系統。

圖8 WHILE（1）循環流程圖

圖9 整個系統工作示意圖

責任編輯 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。