一種低功耗機車軸溫檢測裝置的製作方法

2023-12-07 02:21:21

本發明屬於機車軸溫檢測技術領域，尤其涉及一種低功耗機車軸溫檢測裝置。

背景技術：

現如今我國經濟快速發展，高鐵、動車、地鐵以及其他機車被廣泛使用，極大地方便了人民的生活。機車行駛時與鋼軌容易產生衝擊，加上機車自身重量和載重量較大，導致機車軸承發熱、磨損。車軸磨損嚴重時造成脫軌、車毀人亡等嚴重事故。因此機車安全運行是保證人民生命財產安全的前提，而機車軸溫是列車正常運行的一個重要參數，必須保持實時檢測，倘若車軸軸溫滿足報警條件應保證及時發送報警代碼至上層處理器進行處理。而目前廣泛使用的機車軸溫檢測裝置存在很多缺點，例如非接觸式紅外線軸溫探測設備存在成本高、適應環境能力差、測量誤差大、可靠性差等缺點，而接觸式軸溫檢測裝置則存在結構複雜、抗幹擾性能低、功耗大等缺點。

技術實現要素：

發明目的：針對上述問題，本發明提供了一種測量精度高、結構簡單、抗幹擾能力強、低功耗的機車軸溫檢測裝置。

技術方案：一種低功耗機車軸溫檢測裝置，包括：

溫度採集模塊，用於採集機車軸溫和環境溫度，並將採集的溫度數據發送給單片機；

單片機，用於接收和處理溫度採集模塊採集的溫度數據，判斷溫度數據是否達到報警條件，若達到報警條件則發出相應的報警代碼至上層處理器，此外每隔一段時間將溫度數據經通信模塊發送至上層處理器；

通信模塊，用於單片機與上層處理器之間的通信；

電源模塊，用於給溫度採集模塊、單片機、通信模塊供電；

屏蔽盒，用於屏蔽幹擾信號，所述溫度採集模塊、單片機、通信模塊、電源模塊都安裝在屏蔽盒內。

進一步的，所述單片機判斷是否達到報警條件具體為判斷是否達到以下任意一項報警條件：

2.1基於環境溫度報警方式的報警條件：t≥ta1+δt1；

t為測量軸溫，ta1為環境溫度，δt1為設定的溫升值，40≤δt1≤60；

2.2基於平均溫度報警方式的報警條件：t≥ta2+δt2；

t為測量軸溫，ta2為平均溫度，δt2為設定的溫升值，10≤δt2≤40。

2.3基於溫升報警方式的報警條件：δt≥δt3；

δt為測量軸溫在經歷時間n分鐘之後升高的數值；δt3為設定的溫升值，其中10≤δt3≤80，1≤n≤30；

2.4基於超溫報警方式的報警條件：t≥talm；

t為測量軸溫，talm為超溫度報警溫度限值，設定talm＝100。

進一步的，所述電源模塊採用高效率低功耗降壓晶片urb1d05ymd-6w和lm1117-3.3。

進一步的，所述通信模塊採用can總線，採用sn65hvd230作為can收發晶片。

進一步的，所述溫度採集模塊包括低功耗傳感器ds18b20，低功耗傳感器ds18b20傳感器接口在所述屏蔽盒外。

進一步的，所述單片機型號為stm32f103t8u6。

進一步的，所述屏蔽盒為鋁製屏蔽盒，其表面噴塑處理。

進一步的，還包括usb接口。

有益效果：本發明採用了低功耗ds18b20數字溫度傳感器，具有測量範圍廣，測量精度高，響應速度快且傳感器接線方便等特點，有效提高了溫度採集時的準確性和實時性。在軸溫檢測裝置與上層處理器之間採用can總線進行通信，保證了數據傳送的準確性和快速性。此外，本發明安裝了usb接口，極大地方便了安裝與調試。單片機採用stm32f103t8u6，相比其他單片機，具有高性能、處理速度快、低功耗、低成本等優勢。電源模塊更加集成化、轉換效率高。最後使用鋁製屏蔽箱，表面噴塑處理，有效提高了軸溫檢測裝置的使用壽命和抗幹擾性。該軸溫檢測裝置具有結構簡單、測量範圍廣、測量精度高、響應速度快、低功耗、可靠性好等特點，軸溫檢測裝置的消耗功率不超過3w。

附圖說明

圖1是本發明的結構框圖。

圖2是本發明屏蔽盒實現功能的結構圖。

圖3是本發明應用在機車上的示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的實施案例進行詳細的描述；

如圖1所示，一種低功耗機車軸溫檢測裝置，包括電源模塊、通信模塊、溫度採集模塊、單片機以及屏蔽箱。

其中，電源模塊用於將dc110v(波動範圍dc77-138v)降壓至5v、3.3v給通信模塊、溫度採集模塊、單片機供電，電源模塊採用高效率低功耗降壓晶片urb1d05ymd-6w和lm1117-3.3；通信模塊用於單片機與上層處理器通信，採用can總線，選用晶片sn65hvd230作為can收發器；溫度採集模塊用於採集機車軸溫和環境溫度，傳感器採用低功耗傳感器ds18b20；單片機，用於接收和處理溫度採集模塊採集的溫度數據，判斷溫度數據是否達到報警條件，若達到報警條件則發出相應的報警代碼至上層處理器，此外每隔一段時間將溫度數據經通信模塊發送至上層處理器，單片機採用stm32f103t8u6；屏蔽盒，將包含電源模塊、通信模塊、溫度採集模塊(除傳感器之外)、單片機的電路板安裝在屏蔽盒內部，用於屏蔽幹擾信號，屏蔽盒採用鋁製屏蔽盒，表面噴塑處理；該檢測裝置還包括usb接口。

電源模塊將dc110v(波動範圍dc77-138v)降至5v和3.3v給各模塊供電，需將模擬地和數字地用零歐電阻隔離，以提高電路整體穩定性及對外抗幹擾性能。

通信模塊引出的canh、canl兩根線分別掛接在連接整列機車通信的can總線上對應的canh、canl，can總線兩端連接終端電阻120ω，以提高數據通信的可靠性和抗幹擾性。

溫度採集模塊中的4個ds18b20傳感器安裝在每個轉向架的車軸軸箱上，軸溫傳感器探頭採用不鏽鋼材質，在軸箱比較合適的位置上開一個螺紋孔，此螺紋長度可根據實際開孔深度進行調節。轉向架上的4個軸溫傳感器通過連接單片機不同的i/o口來識別傳感器對應的機車車軸，餘下1個ds18b20傳感器則用於採集環境溫度。溫度採集模塊實時採集軸溫和環溫。

單片機stm32f103t8u6通過usb接口配置信息及下載程序完成後對溫度進行採集和處理，將軸溫檢測裝置的編號和溫度每隔一段時間發送至上層處理器。軸溫檢測裝置的標號通過usb接口利用軟體配置完成。

單片機可對ds18b20傳感器採集的溫度數據可進行以下4種報警方式處理：

1、基於環境溫度報警方式的報警條件：t≥ta1+δt1；

t為測量軸溫，ta1為環境溫度，δt1為設定的溫升值，40≤δt1≤60；

2、基於平均溫度報警方式的報警條件：t≥ta2+δt2；

t為測量軸溫，ta2為平均溫度，δt2為設定的溫升值，10≤δt2≤40。

3、基於溫升報警方式的報警條件：δt≥δt3；

δt為測量軸溫在經歷時間n分鐘之後升高的數值；δt3為設定的溫升值，其中10≤δt3≤80，1≤n≤30；

4、基於超溫報警方式的報警條件：t≥talm；

t為測量軸溫，talm為超溫度報警溫度限值，設定talm＝100。

單片機stm32f103t8u6對採集的溫度數據進行處理，並根據設置的報警參數判斷是否滿足報警條件，一旦滿足報警條件則通過通信模塊can總線發出報警代碼給上層處理器。

將包含電源模塊、通信模塊、溫度採集模塊(除傳感器之外)、單片機的電路板安裝在屏蔽盒內部，用於屏蔽幹擾信號，同時提高了軸溫檢測裝置的使用壽命。最後在每節車廂的前後轉向架上各安裝一臺軸溫檢測裝置進行軸溫檢測。

機車運行時一旦給軸溫檢測裝置上電，單片機開始自檢，檢測埠無連接或連接錯誤時則發送埠錯誤代碼至上層處理器，整列車廂的兩頭各安裝一臺處理器互為冗餘備份。單片機自檢無誤後，開始正常工作，軸溫檢測裝置實時採集傳感器溫度，若滿足報警條件通過can總線立即向上層處理器發送報警代碼。此外，根據上層處理器要求，每隔一段時間將該軸溫檢測裝置編號以及溫度數據等狀態信息發送至處理器中保存下來，方便日後查看。

圖2是本發明屏蔽盒實現功能的結構圖，屏蔽盒有電源接口、usb接口、4個軸溫傳感器接口、1個環溫傳感器接口、2個can總線接口。電源接口用於外接電源，給檢測裝置供電；usb接口用於單片機下載配置信息及應用程式；傳感器接口用於連接傳感器實現採集軸溫和環溫；can總線接口用於連接與其他檢測裝置或上層處理器實現can通信。屏蔽盒還裝有一個接地柱，用於接地使用以保證軸溫檢測裝置安全工作。最後在屏蔽盒四個角上各有一個螺栓孔，用於固定屏蔽盒。

圖3是本發明應用在機車上的示意圖，在每節車廂的前後轉向架上各安裝一臺軸溫檢測裝置，通過螺栓固定該裝置。首先通過usb接口下載單片機配置信息及應用程式。然後將4個軸溫傳感器安裝在所在轉向架的車軸軸箱上，軸溫傳感器探頭採用不鏽鋼材質，在軸箱比較合適的位置上開一個螺紋孔，此螺紋長度可根據實際開孔深度進行調節。環溫傳感器直接測量外界環境溫度，將傳感器分別連接到對應傳感器接口，電源接口連接至電源線上。最後將每臺軸溫檢測裝置的can總線接口與相鄰軸溫檢測裝置或上層處理器的can總線接口通過can總線連接起來實現通信。

上述實施方式用來解釋說明本發明，但並非對本發明進行限制，對於本發明的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。