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C8051F320列車安全巡檢儀的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2008-10-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,乘列車出行、旅游已成為人們主要的交通方式之一,為了保障列車安全運(yùn)行,定期或不定期地對列車進(jìn)行安全巡檢是一項(xiàng)極其重要的工作,列檢人員在列車到站時(shí)需要對列車安全巡檢。一般的巡查管理制度難以核實(shí)固定車次、站點(diǎn)和時(shí)間,因此難以實(shí)現(xiàn)合理規(guī)范化管理。針對這種需求,提出了基于超低功耗單片機(jī)C8051F320的列車安全巡檢儀,結(jié)合計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件管理程序,可使鐵路列車巡檢管理工作更規(guī)范更科學(xué)。

2 C8051F320單片機(jī)簡介
C805lF320是完全集成在混合信號片上的系統(tǒng)型MCU。內(nèi)核采用高速、流水線結(jié)構(gòu),指令集完全與標(biāo)準(zhǔn)805l兼容,70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為l或2個系統(tǒng)時(shí)鐘周期,只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個系統(tǒng)時(shí)鐘周期。片內(nèi)外設(shè)包括電源穩(wěn)壓器(5~3 V);2個片內(nèi)電壓比較器:全速、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口;通用串行總線(USB)功能控制器(8個靈活的端點(diǎn)管道,集成收發(fā)器和l kB FIF0 RAM);10位200 Ks/s的17通道單端/差分ADC(帶模擬多路器);片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器;片內(nèi)電壓比較器;高精度可編程的12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時(shí)鐘乘法器;硬件實(shí)現(xiàn)SMBus/I2C、增強(qiáng)型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口;4個通用16位定時(shí)器;具有5個捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA);片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時(shí)鐘丟失檢測器。存儲器有16 KB可在系統(tǒng)編程的Flash存儲器和2 304字節(jié)片內(nèi)RAM(256字節(jié)內(nèi)部RAM+l KB外部RAM+l KB USB FIFO)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1 系統(tǒng)方案說明
為了判斷列檢人員是否到達(dá)指定的地點(diǎn)進(jìn)行安全巡檢,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用i―Button信息鈕作為外部信息載體,與PCF8563高精度時(shí)鐘器件相配合,實(shí)現(xiàn)巡檢地點(diǎn)(用惟一的注冊碼代替)和時(shí)間的準(zhǔn)確記錄,并利用SD35TR液晶顯示模塊顯示時(shí)間和注冊碼;巡檢人員可利用TN9紅外測溫模塊測量車軸溫度。為了便于巡檢人員夜間工作,本巡檢儀還具有高亮度的LED照明功能,并預(yù)留USB接口,方便與PC機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲,以備日后數(shù)據(jù)處理、查詢。根據(jù)巡檢儀的功能設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,如圖l所示,主要包括主電路、信息采集、溫度采集、液晶顯示和照明電路等模塊。

主電路模塊如圖2所示,該模塊以C805lF320單片機(jī)為核心,采用PCF8563為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘,并且外擴(kuò)512 KB的E2PROM存儲器24LC512,用于存儲采集信息、溫度和時(shí)間;通過C805lF320的片內(nèi)USB控制器外接一個迷你型USB母座作為巡檢儀與PC機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲接口;兩個按鍵作為外部中斷輸入,分別啟動信息采集和溫度采集;蜂鳴器作為提示和報(bào)警輸出。主電路還包括電池電壓檢測,用于監(jiān)測電池電量的飽和度。

3.2 i-Button信息鈕接口電路
i―Button信息鈕是一種堅(jiān)固的數(shù)據(jù)載體,內(nèi)部光刻ROM含有國際惟一的64位注冊碼,不銹鋼紐扣型外殼,可防塵、防潮、防震。通過l―Wire總線協(xié)議傳輸信號。本系統(tǒng)的i―Button信息鈕采集模塊主要包括DSl990A信息鈕和DS9092信息鈕讀取探頭兩部分。如圖3所示,DSl990A信息鈕的紐扣外形分兩部分作為信號連接;中心為l―Wire總線的I/O連接.周圍為信號地連接。DS9092讀取探頭為杯狀外形,中心為1一Wire總線的I/0連接,周圍為信號地連接,實(shí)現(xiàn)與紐扣外形的充分接觸。DS9092背后引出兩條連線,其中一條為1一Wire總線的I/O連接到C805lF320單片機(jī),另一條則為信號地。由于l―Wire總線為上拉傳輸,故其I/O總線必須連接一上拉電阻至電源。由于信息采集是通過一個低電平按鍵中斷進(jìn)行啟動的,所以在單片機(jī)上再連接一按鍵,提供信息采集中斷信號。

3.3 TN9測溫模塊接口電路
TN9紅外測溫模塊采用紅外非接觸測溫,其測溫原理應(yīng)用斯特凡一玻耳茲曼定律和維恩位移定律。TN9模塊引出5條連接線,依次為:電源(V)、SPI數(shù)據(jù)(D)、SPI時(shí)鐘(C)、地(G)和測試引腳(A)。其中SPI數(shù)據(jù)(D)和SPI時(shí)鐘(C)用于傳輸溫度信息,分別連接C805lF320單片機(jī)的PO.4和P0.2引腳作為SPI總線的MOSI和SCK。測試引腳(A)是TN9測溫模塊的啟動信號,低電平有效,故通過一只1kΩ電阻上拉至3.3 V,再通過按鍵接地,然后連接到C8051F320單片機(jī)的PO.5引腳作為溫度采集的中斷信號。按鍵按下后將測試引腳(A)置為低電平,啟動TN9測溫,同時(shí)通知C8051F320準(zhǔn)備接收溫度數(shù)據(jù)。按鍵松開,測試引腳被上拉為高電平并停止測溫。其電路如圖4所示。

3.4 SD35TR液晶顯示模塊接口電路
SD35TR液晶顯示模塊采用HTl62l作為顯示驅(qū)動器。全顯示有4個數(shù)字位、1個冒號和1個小數(shù)點(diǎn)。亮度調(diào)節(jié)分為4級,并用4個發(fā)光二極管做為背光光源。液晶顯示模塊的接口共有6條引出線,依次為:LED背光源正極(Vcc)、電源正極(Vdd)、地(Vss)、串行數(shù)據(jù)輸入(DATA)、寫信號(WR)、片選信號(CS)。其中三線串行接口串行數(shù)據(jù)輸入(DATA)、寫信號 (WR)和片選信號(CS)分別連接C805lF320單片機(jī)的P2.7、P2.6和P2.5引腳,直接采用單片機(jī)模擬總線控制SD35TR液晶顯示模塊。其電路如圖5所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)主流程圖

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)(從DSl9―90A)、溫度測量(列車軸承溫度)、存儲數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)的功能。系統(tǒng)初始化后,先檢測電池電壓,然后檢測按鍵。若無按鍵按下或按鍵無效時(shí)則讀取并顯示一次時(shí)間;若有按鍵按下并且有效時(shí),則執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序,子程序執(zhí)行完后再讀取并顯示一次時(shí)間。此后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),等待中斷喚醒,返回到電池電壓檢測進(jìn)行循環(huán)。中斷在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只執(zhí)行喚醒功能。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

4.2 信息采集模塊
進(jìn)入信息鈕信息采集子程序時(shí),首先關(guān)閉所有中斷,然后發(fā)送初始化脈沖。初始化成功后,單片機(jī)發(fā)送DSl990A的讀ROM命令。按位讀取其64位注冊號并進(jìn)行校驗(yàn),通過后單片機(jī)將顯示“PASS”5秒,蜂鳴器短響一聲,表示信息鈕的注冊碼讀取成功。同時(shí)讀入采集時(shí)間并和采集到的信息一同存入E2PROM。整個過程中,如果初始化或校驗(yàn)失敗,程序?qū)@示“Err”5秒、蜂鳴器長響一聲,表示信息鈕讀取失敗。信息鈕信息采集流程如圖7所示。

4.3 紅外測溫模塊
進(jìn)入測溫子程序后,關(guān)閉所有中斷,再使能C805lF320的SPI功能,讀入一個字節(jié)數(shù)據(jù),然后禁止SPI功能復(fù)位計(jì)數(shù)器;判斷數(shù)據(jù)是否為0DH,若不是就返回到SPI使能進(jìn)行循環(huán),若是則數(shù)據(jù)校驗(yàn)。校驗(yàn)通過后,計(jì)算實(shí)際溫度值并將數(shù)值顯示5秒、蜂嗚器短響一聲,表示溫度采集成功。同時(shí)讀入測溫時(shí)間將其和溫度數(shù)據(jù)一起存入EEpROM。程序中若校驗(yàn)沒有通過則顯示“Err”5秒、蜂鳴器長響一聲,表示溫度采集失敗。其流程如圖8所示。

5 結(jié)語
列車安全巡檢儀是以C8051F320單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)了離線信息采集、軸溫檢測、照明等功能,有效監(jiān)督鐵路列車安全工作。該巡檢儀具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、低功耗和性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明,該巡檢儀工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、操作方便,從而說明該巡檢儀軟硬件設(shè)計(jì)比較合理,具有廣闊的應(yīng)用前景。



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