鄧玉萍，孔祥瑞

(1.鞍山師范學院 物理科學與技術學院，遼寧 鞍山 114007；2.燕山大學 電氣工程學院，河北 秦皇島 066004)

輪對跑合試驗臺是模擬輪對運轉情況的專用試驗臺，是輪對跑合溫度變化狀況的實驗檢測平臺.輪對跑合試驗臺的最終目的是準確檢驗齒輪箱及軸箱制造、安裝的質量，較好地模擬輪對實際跑合的狀態(tài),是輪對安全質量檢測及生產(chǎn)出廠的關鍵環(huán)節(jié).通過對輪對跑合的狀態(tài)監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)輪對是否存在安全問題；并確定輪對溫升的閾值，超過閾值即進行溫升報警；在出廠前對輪對進行檢測可降低安全事故的發(fā)生率，保證鐵路運輸安全運行[1].

1 溫度檢測系統(tǒng)的設計框圖

圖1 系統(tǒng)的整體結構圖

輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)由溫度采集模塊、中心控制模塊STC89C52、顯示模塊、報警模塊及外圍電路組成.系統(tǒng)框圖如圖1所示.

溫度采集模塊是本設計測試的關鍵環(huán)節(jié)，關系著采集信息的質量和精度.模擬信號的采集電路通常由跟隨器、模擬開關、A/D轉換器、緩沖器等部分組成.被采集的信號經(jīng)由A/D轉換成數(shù)字信號后存入存儲器.電路的整個時序由邏輯控制模塊協(xié)調控制.

中心控制模塊由單片機STC89C52及其外圍電路構成.STC89C52是控制模塊的核心部分，主要完成數(shù)據(jù)的存儲、計算及其相應的邏輯控制，并實現(xiàn)同顯示模塊傳輸數(shù)據(jù)等重要任務.

顯示模塊，為了完成數(shù)據(jù)的顯示.

報警模塊由蜂鳴器構成，實現(xiàn)溫度在閾值之上的高溫報警功能.

2 輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設計

輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設計方案如圖2所示.

輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)由主程序模塊以及3個子程序模塊組成.三個子程序模塊分別是：中斷程序模塊、A/D轉換模塊、故障代碼模塊.該系統(tǒng)選用STC89C52單片機作為CPU控制單元.

目前單片機的程序設計可以使用多種語言完成，由于C語言的應用最為廣泛，且C語言程序具有簡單易懂、可移植性好、可靠性高等特點，因此，軟件選Keil用C語言編寫程序實現(xiàn)既定功能.

在程序流程圖2中可以看出，流程圖就是將要實現(xiàn)的功能拆分成3個小模塊來實現(xiàn)：中斷程序、A/D轉換、故障代碼顯示.主程序就是將這些子程序依次調試并組合起來實現(xiàn)主程序功能，根據(jù)實驗環(huán)境默認室溫為30 ℃，根據(jù)前期研究成果，輪對溫度不能超過外溫溫升80 ℃，因此輪對溫度閾值設定為110 ℃.

2.1 中斷程序

根據(jù)實驗當天室溫和輪對溫升閾值設定輪對溫度的最大值，并將該值存入相應的儲存器單元，由LCD1602顯示，當輪對溫升幅值超過輪對溫升閾值時系統(tǒng)進行聲光報警.中斷程序流程如圖3所示.

圖2 系統(tǒng)程序主流程圖 圖3 中斷程序流程圖

2.2 A/D轉換

A/D轉換的目的是將模擬量轉換成數(shù)字量，溫度傳感器PT100輸出量是模擬量，LCD1602只能顯示數(shù)字量.將PT100輸出的模擬量由A/D轉換成數(shù)字量，以便在LCD1602上顯示實時溫度數(shù)值.A/D轉換器從溫度傳感器兩端的電壓變化進行電壓讀取，對PT100進行識別，將此電壓存入單片機STC89C52相應的儲存單元內(nèi).A/D轉換選用ADC0832集成電路，因為它體積小，兼容性、性價比高.并且ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求.A/D轉換流程如圖4所示.

2.3 故障代碼

將輪對溫度故障等級定義為3個檔次，查閱我國動車組輪對溫升異常故障代碼分別定義為2683、2684、2685[2].故障代碼在1602LCD顯示的實時溫度下方顯示.進行實驗時，室溫為30 ℃.當輪對溫度升高至60 ℃，1602LCD顯示故障代碼2683；當輪對溫度升高至80 ℃，1602LCD顯示故障代碼2684；當輪對溫度超過110 ℃時，1602LCD顯示故障代碼2685，同時報警模塊會進行聲光報警.2683視為軸箱軸承測試點溫升異常故障代碼；2684視為齒輪箱從動齒輪側軸承溫升測試點或牽引電機軸承測試點溫升異常故障代碼；2685視為齒輪箱主動齒輪側軸承測試點溫升異常故障代碼[2].故障代碼顯示流程如圖5所示.

圖4 A/D轉換流程圖 圖5 故障代碼顯示流程圖

3 軟件調試

輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設計完成以后，要對其進行實驗驗證.本設計采用Keil軟件進行軟件程序設計，可直接用其中的Debug工具進行調試，在調試過程中可以查看各寄存器中以及各端口和RAM中的值，還可以設置斷點，讓程序單步運行等.

為了能夠成功運行程序，應該做好以下準備工作：

(1)首先，必須檢查電路板上各器件的連接狀態(tài)，保證其能正常工作；

(2)用微機電源供電，查看各部分電路運行是否正常；

(3)準備能夠導入程序的單片機開發(fā)板，將單片機芯片從最小系統(tǒng)中取出，然后安裝在開發(fā)板上，運行STC_ISP_V480，正確設置與電路板連接的COM口.

以上工作準備就緒，打開keil軟件，運行編好的程序，生成hex文件，并用STC_ISP_V480打開，燒入單片機中，如圖6、7所示.

燒寫程序后，系統(tǒng)上電，對PT100探頭進行加熱，隨著溫度升高，觀察LCD1602溫度顯示是否變化、故障代碼是否出現(xiàn)并隨溫度升高而變化，溫度超過閾值時是否進行聲光報警.確認上述功能無誤后，證明輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設計已經(jīng)成功.

4 結論

輪對跑合試驗臺溫度檢測系統(tǒng)軟件設計把現(xiàn)場采集到的溫度信號輸入到單片機STC89C52儲存器中，通過設計好的軟件程序對輪對進行實時溫度檢測并進行故障診斷，得到輪對跑合過程中的故障代碼.經(jīng)實驗證明該軟件設計正確，能夠對輪對進行故障診斷，確保生產(chǎn)的輪對安全運行.

圖6 keil編程界面

圖7 STC_ISP_V480下載界面