本發(fā)明屬于機(jī)車軸溫檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗機(jī)車軸溫檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高鐵、動(dòng)車、地鐵以及其他機(jī)車被廣泛使用，極大地方便了人民的生活。機(jī)車行駛時(shí)與鋼軌容易產(chǎn)生沖擊，加上機(jī)車自身重量和載重量較大，導(dǎo)致機(jī)車軸承發(fā)熱、磨損。車軸磨損嚴(yán)重時(shí)造成脫軌、車毀人亡等嚴(yán)重事故。因此機(jī)車安全運(yùn)行是保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全的前提，而機(jī)車軸溫是列車正常運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，必須保持實(shí)時(shí)檢測(cè)，倘若車軸軸溫滿足報(bào)警條件應(yīng)保證及時(shí)發(fā)送報(bào)警代碼至上層處理器進(jìn)行處理。而目前廣泛使用的機(jī)車軸溫檢測(cè)裝置存在很多缺點(diǎn)，例如非接觸式紅外線軸溫探測(cè)設(shè)備存在成本高、適應(yīng)環(huán)境能力差、測(cè)量誤差大、可靠性差等缺點(diǎn)，而接觸式軸溫檢測(cè)裝置則存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗干擾性能低、功耗大等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、低功耗的機(jī)車軸溫檢測(cè)裝置。

技術(shù)方案：一種低功耗機(jī)車軸溫檢測(cè)裝置，包括：

溫度采集模塊，用于采集機(jī)車軸溫和環(huán)境溫度，并將采集的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)；

單片機(jī)，用于接收和處理溫度采集模塊采集的溫度數(shù)據(jù)，判斷溫度數(shù)據(jù)是否達(dá)到報(bào)警條件，若達(dá)到報(bào)警條件則發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警代碼至上層處理器，此外每隔一段時(shí)間將溫度數(shù)據(jù)經(jīng)通信模塊發(fā)送至上層處理器；

通信模塊，用于單片機(jī)與上層處理器之間的通信；

電源模塊，用于給溫度采集模塊、單片機(jī)、通信模塊供電；

屏蔽盒，用于屏蔽干擾信號(hào)，所述溫度采集模塊、單片機(jī)、通信模塊、電源模塊都安裝在屏蔽盒內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)判斷是否達(dá)到報(bào)警條件具體為判斷是否達(dá)到以下任意一項(xiàng)報(bào)警條件：

2.1基于環(huán)境溫度報(bào)警方式的報(bào)警條件：t≥ta1+δt1；

t為測(cè)量軸溫，ta1為環(huán)境溫度，δt1為設(shè)定的溫升值，40≤δt1≤60；

2.2基于平均溫度報(bào)警方式的報(bào)警條件：t≥ta2+δt2；

t為測(cè)量軸溫，ta2為平均溫度，δt2為設(shè)定的溫升值，10≤δt2≤40。

2.3基于溫升報(bào)警方式的報(bào)警條件：δt≥δt3；

δt為測(cè)量軸溫在經(jīng)歷時(shí)間n分鐘之后升高的數(shù)值；δt3為設(shè)定的溫升值，其中10≤δt3≤80，1≤n≤30；

2.4基于超溫報(bào)警方式的報(bào)警條件：t≥talm；

t為測(cè)量軸溫，talm為超溫度報(bào)警溫度限值，設(shè)定talm＝100。

進(jìn)一步的，所述電源模塊采用高效率低功耗降壓芯片urb1d05ymd-6w和lm1117-3.3。

進(jìn)一步的，所述通信模塊采用can總線，采用sn65hvd230作為can收發(fā)芯片。

進(jìn)一步的，所述溫度采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(jìn)一步的，所述單片機(jī)型號(hào)為stm32f103t8u6。

進(jìn)一步的，所述屏蔽盒為鋁制屏蔽盒，其表面噴塑處理。

進(jìn)一步的，還包括usb接口。

有益效果：本發(fā)明采用了低功耗ds18b20數(shù)字溫度傳感器，具有測(cè)量范圍廣，測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快且傳感器接線方便等特點(diǎn)，有效提高了溫度采集時(shí)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。在軸溫檢測(cè)裝置與上層處理器之間采用can總線進(jìn)行通信，保證了數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)確性和快速性。此外，本發(fā)明安裝了usb接口，極大地方便了安裝與調(diào)試。單片機(jī)采用stm32f103t8u6，相比其他單片機(jī)，具有高性能、處理速度快、低功耗、低成本等優(yōu)勢(shì)。電源模塊更加集成化、轉(zhuǎn)換效率高。最后使用鋁制屏蔽箱，表面噴塑處理，有效提高了軸溫檢測(cè)裝置的使用壽命和抗干擾性。該軸溫檢測(cè)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、低功耗、可靠性好等特點(diǎn)，軸溫檢測(cè)裝置的消耗功率不超過3w。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明屏蔽盒實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明應(yīng)用在機(jī)車上的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施案例進(jìn)行詳細(xì)的描述；

如圖1所示，一種低功耗機(jī)車軸溫檢測(cè)裝置，包括電源模塊、通信模塊、溫度采集模塊、單片機(jī)以及屏蔽箱。

其中，電源模塊用于將dc110v(波動(dòng)范圍dc77-138v)降壓至5v、3.3v給通信模塊、溫度采集模塊、單片機(jī)供電，電源模塊采用高效率低功耗降壓芯片urb1d05ymd-6w和lm1117-3.3；通信模塊用于單片機(jī)與上層處理器通信，采用can總線，選用芯片sn65hvd230作為can收發(fā)器；溫度采集模塊用于采集機(jī)車軸溫和環(huán)境溫度，傳感器采用低功耗傳感器ds18b20；單片機(jī)，用于接收和處理溫度采集模塊采集的溫度數(shù)據(jù)，判斷溫度數(shù)據(jù)是否達(dá)到報(bào)警條件，若達(dá)到報(bào)警條件則發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警代碼至上層處理器，此外每隔一段時(shí)間將溫度數(shù)據(jù)經(jīng)通信模塊發(fā)送至上層處理器，單片機(jī)采用stm32f103t8u6；屏蔽盒，將包含電源模塊、通信模塊、溫度采集模塊(除傳感器之外)、單片機(jī)的電路板安裝在屏蔽盒內(nèi)部，用于屏蔽干擾信號(hào)，屏蔽盒采用鋁制屏蔽盒，表面噴塑處理；該檢測(cè)裝置還包括usb接口。

電源模塊將dc110v(波動(dòng)范圍dc77-138v)降至5v和3.3v給各模塊供電，需將模擬地和數(shù)字地用零歐電阻隔離，以提高電路整體穩(wěn)定性及對(duì)外抗干擾性能。

通信模塊引出的canh、canl兩根線分別掛接在連接整列機(jī)車通信的can總線上對(duì)應(yīng)的canh、canl，can總線兩端連接終端電阻120ω，以提高數(shù)據(jù)通信的可靠性和抗干擾性。

溫度采集模塊中的4個(gè)ds18b20傳感器安裝在每個(gè)轉(zhuǎn)向架的車軸軸箱上，軸溫傳感器探頭采用不銹鋼材質(zhì)，在軸箱比較合適的位置上開一個(gè)螺紋孔，此螺紋長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際開孔深度進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)向架上的4個(gè)軸溫傳感器通過連接單片機(jī)不同的i/o口來識(shí)別傳感器對(duì)應(yīng)的機(jī)車車軸，余下1個(gè)ds18b20傳感器則用于采集環(huán)境溫度。溫度采集模塊實(shí)時(shí)采集軸溫和環(huán)溫。

單片機(jī)stm32f103t8u6通過usb接口配置信息及下載程序完成后對(duì)溫度進(jìn)行采集和處理，將軸溫檢測(cè)裝置的編號(hào)和溫度每隔一段時(shí)間發(fā)送至上層處理器。軸溫檢測(cè)裝置的標(biāo)號(hào)通過usb接口利用軟件配置完成。

單片機(jī)可對(duì)ds18b20傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)可進(jìn)行以下4種報(bào)警方式處理：

1、基于環(huán)境溫度報(bào)警方式的報(bào)警條件：t≥ta1+δt1；

t為測(cè)量軸溫，ta1為環(huán)境溫度，δt1為設(shè)定的溫升值，40≤δt1≤60；

2、基于平均溫度報(bào)警方式的報(bào)警條件：t≥ta2+δt2；

t為測(cè)量軸溫，ta2為平均溫度，δt2為設(shè)定的溫升值，10≤δt2≤40。

3、基于溫升報(bào)警方式的報(bào)警條件：δt≥δt3；

δt為測(cè)量軸溫在經(jīng)歷時(shí)間n分鐘之后升高的數(shù)值；δt3為設(shè)定的溫升值，其中10≤δt3≤80，1≤n≤30；

4、基于超溫報(bào)警方式的報(bào)警條件：t≥talm；

t為測(cè)量軸溫，talm為超溫度報(bào)警溫度限值，設(shè)定talm＝100。

單片機(jī)stm32f103t8u6對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)設(shè)置的報(bào)警參數(shù)判斷是否滿足報(bào)警條件，一旦滿足報(bào)警條件則通過通信模塊can總線發(fā)出報(bào)警代碼給上層處理器。

將包含電源模塊、通信模塊、溫度采集模塊(除傳感器之外)、單片機(jī)的電路板安裝在屏蔽盒內(nèi)部，用于屏蔽干擾信號(hào)，同時(shí)提高了軸溫檢測(cè)裝置的使用壽命。最后在每節(jié)車廂的前后轉(zhuǎn)向架上各安裝一臺(tái)軸溫檢測(cè)裝置進(jìn)行軸溫檢測(cè)。

機(jī)車運(yùn)行時(shí)一旦給軸溫檢測(cè)裝置上電，單片機(jī)開始自檢，檢測(cè)端口無連接或連接錯(cuò)誤時(shí)則發(fā)送端口錯(cuò)誤代碼至上層處理器，整列車廂的兩頭各安裝一臺(tái)處理器互為冗余備份。單片機(jī)自檢無誤后，開始正常工作，軸溫檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)采集傳感器溫度，若滿足報(bào)警條件通過can總線立即向上層處理器發(fā)送報(bào)警代碼。此外，根據(jù)上層處理器要求，每隔一段時(shí)間將該軸溫檢測(cè)裝置編號(hào)以及溫度數(shù)據(jù)等狀態(tài)信息發(fā)送至處理器中保存下來，方便日后查看。

圖2是本發(fā)明屏蔽盒實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)圖，屏蔽盒有電源接口、usb接口、4個(gè)軸溫傳感器接口、1個(gè)環(huán)溫傳感器接口、2個(gè)can總線接口。電源接口用于外接電源，給檢測(cè)裝置供電；usb接口用于單片機(jī)下載配置信息及應(yīng)用程序；傳感器接口用于連接傳感器實(shí)現(xiàn)采集軸溫和環(huán)溫；can總線接口用于連接與其他檢測(cè)裝置或上層處理器實(shí)現(xiàn)can通信。屏蔽盒還裝有一個(gè)接地柱，用于接地使用以保證軸溫檢測(cè)裝置安全工作。最后在屏蔽盒四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔，用于固定屏蔽盒。

圖3是本發(fā)明應(yīng)用在機(jī)車上的示意圖，在每節(jié)車廂的前后轉(zhuǎn)向架上各安裝一臺(tái)軸溫檢測(cè)裝置，通過螺栓固定該裝置。首先通過usb接口下載單片機(jī)配置信息及應(yīng)用程序。然后將4個(gè)軸溫傳感器安裝在所在轉(zhuǎn)向架的車軸軸箱上，軸溫傳感器探頭采用不銹鋼材質(zhì)，在軸箱比較合適的位置上開一個(gè)螺紋孔，此螺紋長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際開孔深度進(jìn)行調(diào)節(jié)。環(huán)溫傳感器直接測(cè)量外界環(huán)境溫度，將傳感器分別連接到對(duì)應(yīng)傳感器接口，電源接口連接至電源線上。最后將每臺(tái)軸溫檢測(cè)裝置的can總線接口與相鄰軸溫檢測(cè)裝置或上層處理器的can總線接口通過can總線連接起來實(shí)現(xiàn)通信。

上述實(shí)施方式用來解釋說明本發(fā)明，但并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，對(duì)于本發(fā)明的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。