基于ATmega16的便攜式機(jī)車信號(hào)發(fā)生器的研制
摘要:便攜式機(jī)車速度信號(hào)發(fā)生器能夠模擬機(jī)車運(yùn)行參數(shù),準(zhǔn)確輸出速度變化信號(hào),便于檢修工作人員及時(shí)排查故障點(diǎn),提高檢修效率。該設(shè)備采用手持式結(jié)構(gòu),主集成了脈沖形成模塊、功率放大模塊、故障診斷、信息顯示及輸入輸出等功能模塊,形成一套完善的系統(tǒng),能夠獨(dú)立,精確模擬機(jī)車速度信號(hào),并能方便,有效,可靠的檢測(cè)出機(jī)車速度信號(hào)相關(guān)的線路狀況,本文詳細(xì)敘述了該信號(hào)發(fā)生器的研發(fā)方案、系統(tǒng)構(gòu)成和主要功能特點(diǎn),并介紹了其現(xiàn)場使用情況。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201610/309999.htm機(jī)車速度檢測(cè)系統(tǒng)是關(guān)系機(jī)車可靠控制和機(jī)車安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),直接影響機(jī)車運(yùn)行的安全正點(diǎn)。目前周內(nèi)鐵路主要干線機(jī)車機(jī)車的過渡裝置、監(jiān)控裝置、防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)、車載軸承檢測(cè)裝置所需的機(jī)車速度信號(hào),是由安裝在機(jī)車輪對(duì)車軸上的速度傳感器提供的。普遍采用了光電速度傳感器,速度信號(hào)提供給速度表、列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置系統(tǒng)、機(jī)車控制電子柜以及內(nèi)燃機(jī)車微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)車回段檢修時(shí),由于不能動(dòng)車或動(dòng)車速度不高,沒有速度信號(hào)輸出或輸出速度信號(hào)強(qiáng)度不夠,因而這些需要速度信號(hào)的系統(tǒng)檢測(cè)就成了機(jī)車測(cè)試、檢修中一項(xiàng)比較困難的工作。為此,設(shè)計(jì)研制機(jī)車光電速度傳感器模擬信號(hào)發(fā)生器,使機(jī)車在靜態(tài)不動(dòng)車情況下模擬發(fā)出速度信號(hào),對(duì)滿足機(jī)車檢修工作的需要有著重要意義。
1 總體方案
1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
該設(shè)備發(fā)出的模擬信號(hào)要求與國內(nèi)鐵路各干線上目前所用的DF4D,DF8,DF11,SS7,SS8及SS9等型機(jī)車上所裝的速度傳感器輸出信號(hào)相互兼容,同時(shí)由于各種機(jī)車輪徑不同,該設(shè)備要能夠調(diào)節(jié)輪徑大小,并輸出對(duì)應(yīng)頻率脈沖,該機(jī)車速度信號(hào)發(fā)生器應(yīng)達(dá)到如下要求:1)信號(hào)輸出為占空比為50%的方波信號(hào),高電平選取12V;2)輸出帶寬為2~9 999Hz;3)輸出最大直流電流為10 mA;4)輸出精度為1%;5)采用數(shù)字
液晶表頭顯示對(duì)應(yīng)機(jī)車速度;6)適用DF-16型各種光電式速度傳感器。
1.2 主系統(tǒng)框圖
主系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1.1 單片機(jī)來模擬傳感器的脈沖信號(hào)發(fā)生電路
由于單片機(jī)的工作頻率高達(dá)12 MHz,而機(jī)車速度信號(hào)經(jīng)過換算后的最高頻率是4.23 KHz(按300 km/h),因此用單片機(jī)設(shè)置模擬信號(hào)精度高(0.05%),而且操作簡單,界面友好。
2.1.2 電源系統(tǒng)
電源系統(tǒng)主要是為各個(gè)系統(tǒng)供電,為保證速度信號(hào)發(fā)生器和機(jī)車電路的安全,所有電源都采用了光耦隔離措施,確保了機(jī)車與發(fā)生器獨(dú)立工作,本裝置主要需要5 V、3.3 V等電源,均采用模塊化的DC—DC開關(guān)電源,DC—DC開關(guān)電源具有極寬的輸入范圍。
2.1.3 人機(jī)交互界面
采用3.5寸彩色液晶屏,該顯示器采用TFT總線型,具有全硬件實(shí)現(xiàn)。不死機(jī),穩(wěn)定可靠。
2.1.4 速度信號(hào)輸出與采集電路
為保證速度信號(hào)發(fā)生器和機(jī)車電路的安全,信號(hào)的輸入輸出都采用了光耦隔離措施,確保了機(jī)車與發(fā)生器獨(dú)立工作。
2.2 軟件設(shè)計(jì)
ATmega16在軟件上能有效支持C語言及匯編語言。C語言目前已成為設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語言,它既有普通高級(jí)語言結(jié)構(gòu)化編程、可讀性好、維護(hù)方便的特點(diǎn),又具有匯編等低級(jí)語言對(duì)硬件訪問方便、代碼效率高的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是用C語言編程實(shí)現(xiàn)的,具有很好的可移植性,其程序流程圖如圖5所示。
2.2.1 脈沖產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)
速度信號(hào)發(fā)生器最重要的數(shù)據(jù)輸出就是速度信號(hào),速度信號(hào)的脈沖頻率直接由速度和輪徑?jīng)Q定,并且與速度成正比,與輪徑成反比。該設(shè)備通過軟件設(shè)定實(shí)際機(jī)車的輪徑,并設(shè)定模擬速度,通過軟件計(jì)算發(fā)送出對(duì)應(yīng)的速度信號(hào),下面介紹程序里的速度脈沖信號(hào)產(chǎn)生部分:
程序思路為:先由設(shè)定的速度和輪徑,通過計(jì)算得出車輪轉(zhuǎn)速,由車輪轉(zhuǎn)速計(jì)算得出需要信號(hào)的周期,并對(duì)周期加以分析,通過特定參數(shù)對(duì)周期修正,得出需要的頻率,最后配置定時(shí)器在I/O口輸出對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。
3 結(jié)束語
基于ATmega16單片機(jī)的便攜式機(jī)車信號(hào)發(fā)生器具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),并且減少了外圍接口器件,提高了系統(tǒng)工作可靠性。
在實(shí)際應(yīng)用中能同時(shí)測(cè)試四路機(jī)車速度信號(hào),具有使用簡單、可靠、維修方便、容易、操作安全、靈活等多種優(yōu)點(diǎn),測(cè)試結(jié)果直觀,能直接顯示出機(jī)車速度檢測(cè)部分的電源錯(cuò)誤、斷路錯(cuò)誤和速度檢測(cè)準(zhǔn)確度等。
評(píng)論