轮对跑合试验台温度检测系统软件设计

邓玉萍，孔祥瑞

(1.鞍山师范学院 物理科学与技术学院，辽宁 鞍山 114007；2.燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛 066004)

轮对跑合试验台是模拟轮对运转情况的专用试验台，是轮对跑合温度变化状况的实验检测平台.轮对跑合试验台的最终目的是准确检验齿轮箱及轴箱制造、安装的质量，较好地模拟轮对实际跑合的状态,是轮对安全质量检测及生产出厂的关键环节.通过对轮对跑合的状态监测，可及时发现轮对是否存在安全问题；并确定轮对温升的阈值，超过阈值即进行温升报警；在出厂前对轮对进行检测可降低安全事故的发生率，保证铁路运输安全运行[1].

1 温度检测系统的设计框图

图1 系统的整体结构图

轮对跑合试验台温度检测系统由温度采集模块、中心控制模块STC89C52、显示模块、报警模块及外围电路组成.系统框图如图1所示.

温度采集模块是本设计测试的关键环节，关系着采集信息的质量和精度.模拟信号的采集电路通常由跟随器、模拟开关、A/D转换器、缓冲器等部分组成.被采集的信号经由A/D转换成数字信号后存入存储器.电路的整个时序由逻辑控制模块协调控制.

中心控制模块由单片机STC89C52及其外围电路构成.STC89C52是控制模块的核心部分，主要完成数据的存储、计算及其相应的逻辑控制，并实现同显示模块传输数据等重要任务.

显示模块，为了完成数据的显示.

报警模块由蜂鸣器构成，实现温度在阈值之上的高温报警功能.

2 轮对跑合试验台温度检测系统软件设计

轮对跑合试验台温度检测系统软件设计方案如图2所示.

轮对跑合试验台温度检测系统由主程序模块以及3个子程序模块组成.三个子程序模块分别是：中断程序模块、A/D转换模块、故障代码模块.该系统选用STC89C52单片机作为CPU控制单元.

目前单片机的程序设计可以使用多种语言完成，由于C语言的应用最为广泛，且C语言程序具有简单易懂、可移植性好、可靠性高等特点，因此，软件选Keil用C语言编写程序实现既定功能.

在程序流程图2中可以看出，流程图就是将要实现的功能拆分成3个小模块来实现：中断程序、A/D转换、故障代码显示.主程序就是将这些子程序依次调试并组合起来实现主程序功能，根据实验环境默认室温为30 ℃，根据前期研究成果，轮对温度不能超过外温温升80 ℃，因此轮对温度阈值设定为110 ℃.

2.1 中断程序

根据实验当天室温和轮对温升阈值设定轮对温度的最大值，并将该值存入相应的储存器单元，由LCD1602显示，当轮对温升幅值超过轮对温升阈值时系统进行声光报警.中断程序流程如图3所示.

图2 系统程序主流程图 图3 中断程序流程图

2.2 A/D转换

A/D转换的目的是将模拟量转换成数字量，温度传感器PT100输出量是模拟量，LCD1602只能显示数字量.将PT100输出的模拟量由A/D转换成数字量，以便在LCD1602上显示实时温度数值.A/D转换器从温度传感器两端的电压变化进行电压读取，对PT100进行识别，将此电压存入单片机STC89C52相应的储存单元内.A/D转换选用ADC0832集成电路，因为它体积小，兼容性、性价比高.并且ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求.A/D转换流程如图4所示.

2.3 故障代码

将轮对温度故障等级定义为3个档次，查阅我国动车组轮对温升异常故障代码分别定义为2683、2684、2685[2].故障代码在1602LCD显示的实时温度下方显示.进行实验时，室温为30 ℃.当轮对温度升高至60 ℃，1602LCD显示故障代码2683；当轮对温度升高至80 ℃，1602LCD显示故障代码2684；当轮对温度超过110 ℃时，1602LCD显示故障代码2685，同时报警模块会进行声光报警.2683视为轴箱轴承测试点温升异常故障代码；2684视为齿轮箱从动齿轮侧轴承温升测试点或牵引电机轴承测试点温升异常故障代码；2685视为齿轮箱主动齿轮侧轴承测试点温升异常故障代码[2].故障代码显示流程如图5所示.

图4 A/D转换流程图 图5 故障代码显示流程图

3 软件调试

轮对跑合试验台温度检测系统软件设计完成以后，要对其进行实验验证.本设计采用Keil软件进行软件程序设计，可直接用其中的Debug工具进行调试，在调试过程中可以查看各寄存器中以及各端口和RAM中的值，还可以设置断点，让程序单步运行等.

为了能够成功运行程序，应该做好以下准备工作：

(1)首先，必须检查电路板上各器件的连接状态，保证其能正常工作；

(2)用微机电源供电，查看各部分电路运行是否正常；

(3)准备能够导入程序的单片机开发板，将单片机芯片从最小系统中取出，然后安装在开发板上，运行STC_ISP_V480，正确设置与电路板连接的COM口.

以上工作准备就绪，打开keil软件，运行编好的程序，生成hex文件，并用STC_ISP_V480打开，烧入单片机中，如图6、7所示.

烧写程序后，系统上电，对PT100探头进行加热，随着温度升高，观察LCD1602温度显示是否变化、故障代码是否出现并随温度升高而变化，温度超过阈值时是否进行声光报警.确认上述功能无误后，证明轮对跑合试验台温度检测系统软件设计已经成功.

4 结论

轮对跑合试验台温度检测系统软件设计把现场采集到的温度信号输入到单片机STC89C52储存器中，通过设计好的软件程序对轮对进行实时温度检测并进行故障诊断，得到轮对跑合过程中的故障代码.经实验证明该软件设计正确，能够对轮对进行故障诊断，确保生产的轮对安全运行.

图6 keil编程界面

图7 STC_ISP_V480下载界面