基于单片机的电力机车数据采集系统的设计

梁文翰

（吉林化工学院，吉林吉林132022）

基于单片机的电力机车数据采集系统的设计

梁文翰

（吉林化工学院，吉林吉林132022）

设计基于单片机的电力机车数据采集系统，通过对机车的温湿度、光照强度、烟雾、电机的转速、交流电压电流等模拟变量的分析，选择合适的传感器对这些模拟量进行采集并完成了系统的硬件电路设计。

单片机；电力机车；数据采集；传感器

引言

随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速得到应用。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息[1]。电力机车设备的各种变量信息的采集检测，在铁路运行环节中占有极其重要的安全地位，本文重在完成对电力机车上温度、湿度、光强、烟雾和机车电机运行状态变量的实时检测功能设计，为电力机车在运行过程中的安全信息提供精确可靠的实时数据[2]。

1 总体设计方案

图1 总设计框图

根据设计的要求，主要对电力机车自身变量的数据进行采集,总体设计框图如图1所示。本设计对光强、温湿度烟雾、电机转速、电流电压等数据进行采集，主要利用光敏传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、霍尔传感器和DHCT、DHPT系列微型互感器。这些传感器必须经过A/D转换以后才能把信息送给单片机，所以选用MSP430F169单片机，此单片机内部集成了A/D转换模块，使整个设计电路简单可靠。当各个传感器工作时，就会给单片机一个信号，单片机将采集到的数据经过D/A转换送给显示器上显示[3]。

2 电路设计

2.1 温湿度采集电路

本设计选用SHT11温湿度采集传感器来实现机车对温湿度的采集。

SHT11通过两条串口线路DATA与SCK与单片机相连接，电路如图2所示。其中串行时钟输入信号SCK引脚用来实现单片机与SHT11间的同步通讯，当进行数据传输时，SCK为1电平，DATA要求保持稳定不变。单片机应该驱动DATA处在0电平，从而避免信号的冲突。

图2 SHT11与单片机连接电路

2.2 光敏电阻采集电路

为满足设计要求，本文选择采用光敏电阻传感器完成设计。光传感器不只局限于对光的探测，还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光敏电阻原理图如下页图3所示。

2.3 烟雾采集电路

本设计选用MQ-2（专门检测气体的传感器）气敏元件与单片机连接形成烟雾检测模块，完成的主要功能是实时检测机车内部的空气质量，能够对车厢内部存在的有毒有害、可燃性气体等实时监测，确保机车安全运行中的无毒空气质量，并且通过软件编程，实现烟雾报警功能，有效预防车厢内部存在吸烟人群导致的消防安全隐患，增强机车安全运行指数。MQ-2传感器的工作电路图如图4所示。

图3 光敏电阻原理

图4 MQ-2传感器的工作电路图

2.4 霍尔采集电路

为了满足设计要求，选择霍尔传感器来实现电机转速的采集。图5为霍尔传感器的原理图。

图5 霍尔传感器的原理图

3 系统软件系统的设计

该系统的软件部分设计主要完成的功能包括系统控制规律的实现与各种变量的采集和显示的实现等。利用程序的编写，实现对硬件电路的初始化过程，完成对显示模块的数据刷新，采集模块与上位机的数据传输和管理。

4 结语

该设计主要由各个传感器对电力机车的实时数据进行采集后传给单片机，单片机将数据经过D/A转换送给LCM12864显示，完成数据采集系统的设计。

[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[2]许大中,贺益康.电机控制[M].杭州:浙江大学出版社,2005.

[3]尹海宏,陈雷.基于单片机技术的数据采集系统的设计[J].信息技术,2008(12):5-7.

（编辑：王璐）

The Design of Data Acquisition System of Electric Locomotive Based on Single Chip Microcom puter

Liang Wenhan
(Jilin Institute of Chem ical Technology,Jilin Jilin 132022)

In this paper,the design of electric locomotive based on single chip data acquisition system,the temperature and humidity of the locomotive,the light intensity,the smoke and the speed of themotor,analysis of AC voltage and current analog variables,select the appropriate sensor to collect the analog quantity and the system hardware circuitdesign.

single chipmicrocomputer；electric locomotive；data acquisition；sensor

TP274.2

A

2095-0748(2016)24-0073-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.24.30

2016-11-29

梁文翰（1986—），男，吉林吉林人，硕士，助教，研究方向：电力电子与电力传动方向。