摘 要：介紹了一種機(jī)車電氣故障檢測(cè)及顯示裝置的設(shè)計(jì)。該裝置采用89C51WD 單片機(jī)為控制核心，能自動(dòng)檢測(cè)及顯示機(jī)車電氣電路的故障處所。文中介紹了該裝置的系統(tǒng)組成和電路組成，并對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)作了說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：單片機(jī);內(nèi)燃機(jī)車;電氣故障;檢測(cè) Abstract：This paper have introduced a kind of locomotive electrical fault detection and the design that shows installation. This installation is control core with 89 C51WD single-chip microprocessor, can automatic detection and show the fault place of locomotive electrical circuit. The basic structure of the system,the hardware const ruction and the design of the softwareare int roduced Key words：single-chip microprocessor; Diesel locomotive;Electrical fault; Detection; 1.引言 　　目前鐵路牽引動(dòng)力仍以內(nèi)燃機(jī)車為主，如何及時(shí)掌握內(nèi)燃機(jī)車動(dòng)態(tài)信息一直是困擾現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的問(wèn)題。由于內(nèi)燃機(jī)車電氣電路的邏輯關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，故障點(diǎn)多面廣，且隨著客運(yùn)列車提速運(yùn)行和貨物列車重載牽引，機(jī)車處滿功率運(yùn)行狀態(tài)，溫度高、振動(dòng)大、電氣電路工作條件惡劣，發(fā)生故障難以避免。而機(jī)車一旦發(fā)生故障，司乘人員無(wú)法進(jìn)行檢查處理，勢(shì)必影響列車正常運(yùn)行。 　　本文提出了一種機(jī)車電氣故障檢測(cè)及顯示裝置的設(shè)計(jì)方法，該裝置能自動(dòng)檢測(cè)及顯示走車控制電路、主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路及勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路的故障處所，能減少和避免機(jī)破事故的發(fā)生，保證了行車安全。 2.裝置的主要技術(shù)特點(diǎn) 　　a.、根據(jù)勵(lì)磁電路的工作情況, 能自動(dòng)轉(zhuǎn)換對(duì)L和F勵(lì)磁電路的檢測(cè)。 　　b.、能按運(yùn)行方向自動(dòng)檢測(cè)走車控制電路。 　　c、能顯示或處理被檢測(cè)電路的故障處所，顯示器采用大屏幕液晶顯示屏，以圖文并茂的形式顯示。 　　d.、故障檢測(cè)采用光電隔離形式,抗干擾能力強(qiáng)。 　　e、能自動(dòng)記錄故障部位及發(fā)生故障的日期和時(shí)間。 3. 裝置的組成 　　本裝置系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，整個(gè)裝置分為主機(jī)箱和顯示屏兩大部分，主機(jī)箱包括檢測(cè)、系統(tǒng)控制等電路，安裝在機(jī)車電氣室內(nèi)。顯示部分包括兩塊大屏幕液晶顯示器及相關(guān)的按鍵及控制電路，安裝在機(jī)車兩頭的駕駛操作臺(tái)上，主機(jī)和顯示屏之間傳送的數(shù)據(jù)及命令信息通過(guò)RS485通信總線進(jìn)行傳遞和交換。操作人員可通過(guò)顯示器面板上的按鍵控制本裝置，實(shí)現(xiàn)不同的檢測(cè)內(nèi)容或顯示相關(guān)的故障處所。 [align=center] 圖1 裝置的構(gòu)成[/align] 4.硬件設(shè)計(jì) 　　本裝置硬件電路如圖2所示，包含信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)采集、系統(tǒng)控制處理、顯示等幾個(gè)部分。機(jī)車電氣電路各主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)經(jīng)取樣和光電隔離后，送往信號(hào)采集接口，在CPU的控制下輪流對(duì)各信號(hào)取樣，并根據(jù)機(jī)車電氣電路的邏輯關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，若存在問(wèn)題則按故障部位將數(shù)據(jù)保存下來(lái)，并形成相應(yīng)的故障圖形代碼通知顯示電路進(jìn)行顯示。顯示控制電路通過(guò)RS485接口與系統(tǒng)控制電路雙向通信，接受系統(tǒng)控制電路發(fā)出的各種指令，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)、圖形在液晶顯示器上顯示出來(lái)。按鍵由顯示控制電路上的CPU進(jìn)行處理，操作人員執(zhí)行的按鍵命令通過(guò)RS485接口傳回系統(tǒng)控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置進(jìn)行相關(guān)的操作。 [align=center] 圖2 裝置硬件框圖[/align] 　　4.1 信號(hào)檢測(cè)：本裝置主要是為了檢測(cè)機(jī)車主回路、勵(lì)磁回路和控制回路工作狀態(tài)的，因此必須采集這些回路的工作狀態(tài)，并把這些狀態(tài)信息送至裝置的中央控制板進(jìn)行分析判斷。在檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)上，一共安排了36個(gè)檢測(cè)取樣點(diǎn)，這些被測(cè)點(diǎn)基本上包含了機(jī)車運(yùn)行的電器關(guān)鍵部位及常見(jiàn)故障發(fā)生部位，通過(guò)檢測(cè)線連接至機(jī)車各控制回路的檢測(cè)點(diǎn)上，其中7個(gè)檢測(cè)線同時(shí)還作為處理線。由于機(jī)車的控制回路大都工作在高電壓、大電流狀態(tài)，且機(jī)車工作環(huán)境較惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，為了防止機(jī)車本身的電氣噪聲干擾本裝置的正常工作，在電路上采用了光電隔離措施，從信號(hào)的取樣到電源實(shí)現(xiàn)全隔離，保證了本裝置不受機(jī)車的電氣干擾影響。 　　4.2 系統(tǒng)控制:CPU采用Atmel公司的AT89C55WD單片機(jī)，它是整個(gè)裝置的核心控制。CPU通過(guò)采集機(jī)車各檢測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并依據(jù)機(jī)車電氣系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，判斷各回路的工作狀態(tài)，當(dāng)機(jī)車某部分存在故障時(shí)，能通過(guò)自動(dòng)故障處理板電路發(fā)出相應(yīng)的控制動(dòng)作進(jìn)行應(yīng)急處理，同時(shí)將故障部位，產(chǎn)生故障的時(shí)間等相關(guān)信息記錄在EEPROM中，并通過(guò)RS485接口將記錄的數(shù)據(jù)信息發(fā)送出去，通知顯示控制電路在液晶屏上顯示出來(lái)。操作人員在顯示控制板上輸入的相關(guān)命令也通過(guò)RS485接口由系統(tǒng)控制器CPU接收，并根據(jù)命令內(nèi)容完成具體操作。此外，為了防止單片機(jī)受意外干擾，程序跑飛，出現(xiàn)死機(jī)，在CPU中利用了89C55WD自帶的看門狗功能，在執(zhí)行正常程序過(guò)程中不斷對(duì)看門狗定時(shí)器清零，當(dāng)程序跑飛后看門狗能自動(dòng)復(fù)位單片機(jī)，使其恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。 　　4.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和非揮發(fā)性存儲(chǔ)電路：為了能夠記錄下機(jī)車在牽引作業(yè)中出現(xiàn)的故障部位及產(chǎn)生故障的時(shí)間，供機(jī)車入庫(kù)檢修時(shí)作為檢修參考，因此，裝置應(yīng)設(shè)置時(shí)鐘和非揮發(fā)性存儲(chǔ)電路。本裝置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用Philips公司的PCF8563集成芯片。該電路使用32768Hz的晶體振蕩器，經(jīng)調(diào)校后精度可以保證每月誤差在±10秒以內(nèi)，基本能滿足監(jiān)測(cè)記錄儀對(duì)時(shí)鐘的需求。同時(shí)為了能夠記錄存儲(chǔ)故障的相關(guān)信息，在電路中采用了非揮發(fā)性存儲(chǔ)電路芯片24C32，該芯片存儲(chǔ)容量有4K字節(jié)，能記錄512條故障部位及出現(xiàn)故障的時(shí)間信息等內(nèi)容，PCF8563和24C32均采用IIC總線，由于AT89C55WD單片機(jī)沒(méi)有IIC接口，這里用單片機(jī)的輸入輸出口采用軟件模擬IIC接口的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 　　4.4顯示及控制：顯示控制器的CPU也是采用Atmel公司的AT89C55WD單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制管理，其主要功能有三個(gè)：一是控制大屏幕液晶顯示器;二是完成鍵盤掃描;三是與中央控制板上的主CPU通信。 　　本裝置的液晶顯示屏采用了320×240點(diǎn)陣屏幕，能顯示15行漢字，每行漢字20個(gè)，能滿足裝置的顯示要求。液晶驅(qū)動(dòng)控制器采用的是東芝公司生產(chǎn)的T6963C，可以支持大量的LCD格式，并可以在同一屏幕上顯示字符和圖形，以及提供了字符屬性功能。性能較優(yōu)越。T6963C可以和單片機(jī)直接接口，控制方便。在本裝置中，我們采用了89C55WD單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，按系統(tǒng)控制CPU發(fā)出的命令，將要求的文字和圖形在屏幕上進(jìn)行顯示。 　　4.5鍵盤：本裝置在顯示器面板下方安排了6個(gè)功能按鍵，供操作人員根據(jù)要求進(jìn)行檢測(cè)回路的切換、時(shí)鐘及日期的調(diào)整設(shè)定、記錄數(shù)據(jù)的翻閱查詢等。按鍵的管理由顯示控制器上的CPU完成，在查詢到有鍵按下時(shí)，將此鍵的鍵碼通過(guò)RS485接口傳送給系統(tǒng)控制CPU，由其分析判斷后發(fā)出相應(yīng)的控制動(dòng)作或?qū)⒖刂泼钔ㄟ^(guò)RS485接口回傳，并在屏幕上按照按鍵命令顯示相關(guān)信息。 5. 軟件設(shè)計(jì) 　　裝置的軟件分為系統(tǒng)控制電路軟件和顯示控制電路軟件兩部分。兩部分程序均采用Keil公司的Keil C51編寫。Keil C51是目前用于51內(nèi)核單片機(jī)的最新編程語(yǔ)言,運(yùn)用其豐富的庫(kù)函數(shù)和復(fù)雜運(yùn)算能力，可以彌補(bǔ)匯編語(yǔ)言編寫單片機(jī)程序的許多不足，而且最終生成的目標(biāo)代碼在經(jīng)過(guò)優(yōu)化后和采用匯編語(yǔ)言編制的程序相差不大。采用Keil C51可以使編程人員從匯編語(yǔ)言編程的煩瑣工作中解脫出來(lái)，專心于寫出更優(yōu)化、規(guī)范的程序。 　　5.1系統(tǒng)控制主程序：程序流程如圖3所示。在主程序中，先完成初始化工作，接著等待鍵盤掃描后得到的按鍵代碼，由鍵碼控制輸出切換電路，將信號(hào)檢測(cè)線接入檢測(cè)回路，再讀取相應(yīng)回路的工作狀態(tài)，經(jīng)過(guò)邏輯判斷后將結(jié)果送到顯示控制，由其在屏幕上顯示出相應(yīng)的文字和圖形。另一方面，主程序還不斷讀取PCF8563的時(shí)鐘，在出現(xiàn)故障時(shí)，將故障代碼、當(dāng)前的日期時(shí)間等信息進(jìn)行存儲(chǔ)。主程序還判斷是否正處在聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)查詢狀態(tài)，如果是聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)查詢，則根據(jù)收到的指令把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出并送串行口寄存器，通過(guò)RS485接口把相關(guān)信息送至顯示控制器，在屏幕上顯示出存儲(chǔ)的內(nèi)容。 　　系統(tǒng)控制的串行口中斷程序主要是判斷每一條從RS485口收到的命令信息，根據(jù)信息內(nèi)容決定下一步動(dòng)作內(nèi)容，并不斷將當(dāng)前的時(shí)間信息發(fā)往顯示控制器，在屏幕上顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息。 　　5.2顯示控制主程序：顯示控制的主程序流程圖如圖4所示，主要是先完成鍵盤掃描，判斷出被按下的按建，并將其鍵碼通過(guò)串行中斷子程序發(fā)往系統(tǒng)控制CPU，由系統(tǒng)控制電路根據(jù)按建作出相應(yīng)的控制并返回相應(yīng)的信息.在檢測(cè)狀態(tài)下，系統(tǒng)控制的CPU進(jìn)行某一部位檢測(cè)時(shí)，將檢測(cè)情況通過(guò)代碼發(fā)往顯示控制CPU，由其根據(jù)此代碼從事先設(shè)置好的圖形庫(kù)中調(diào)出相應(yīng)的顯示圖形在屏幕上顯示出來(lái)。 6. 結(jié)論 　　本文介紹的機(jī)車電氣故障檢測(cè)及顯示裝置，充分發(fā)揮了89C55WD單片機(jī)的硬件資源，外圍硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高。并利用C51語(yǔ)言功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮其邏輯運(yùn)算及控制能力強(qiáng)的特點(diǎn)，大大提高了電氣故障檢測(cè)判斷的處理效果，能夠?qū)崿F(xiàn)在線測(cè)量，對(duì)于安全行車和機(jī)車維修無(wú)疑是一個(gè)有力的保障。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：目前司乘人員在機(jī)車電氣故障發(fā)生后，由于無(wú)任何儀器和儀表支撐檢測(cè)，只能靠試燈人工查找，而且對(duì)故障部位的判斷往往依賴于維修人員的經(jīng)驗(yàn)，存在較大的缺陷和不足。本裝置利用單片機(jī)檢測(cè)技術(shù)和軟件處理能力，能自動(dòng)檢測(cè)和顯示機(jī)車電氣故障的處所，解決了機(jī)車人工檢測(cè)的弊病，并能有效地減少機(jī)破、機(jī)故的發(fā)生，確保行車安全。 參考文獻(xiàn) 　　1王軼峰.東風(fēng)4 型機(jī)車臨修故障統(tǒng)計(jì)分析[ R] . 大連:鐵道部大連內(nèi)燃機(jī)車研究所, 1997 , （4） 2. 孫艷華等. 機(jī)車電器測(cè)試中專家系統(tǒng)及仿真技術(shù)的應(yīng)用. 控制工程..2003.（3） 　　3. 朱志英, 趙觀武. 內(nèi)燃機(jī)車檢修[M ]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1996. 　　4. 田宏萍等. 機(jī)車電器電路故障診斷系統(tǒng)的研究. 北方交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2000.（4） 　　5. 張學(xué)毅. 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