客車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

詹俊瓊

【摘 要】 本文通過(guò)對(duì)客車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體研發(fā)，總結(jié)歸納了該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面內(nèi)容。供有關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】 客車 空調(diào) 發(fā)電車 油耗 監(jiān)測(cè)

隨著電氣化改造進(jìn)程的深入和空調(diào)客車的進(jìn)一步普及，旅客列車空調(diào)發(fā)電車燃油能耗支出占運(yùn)輸成本的比例有所增加，如何按照車次、組別統(tǒng)計(jì)乘務(wù)員執(zhí)乘期間的用油量，即考核乘務(wù)人員用油情況成為一項(xiàng)重要課題；研制和開(kāi)發(fā)旅客列車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可為車輛部門(mén)研究、分析發(fā)電車工況、油耗情況、乘務(wù)員操作水平，制定可行的節(jié)油措施及管理政策和檢修規(guī)程等提供可靠的依據(jù)。對(duì)控制發(fā)電車油耗，降低燃油成本具有重要的意義。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

（1）硬件結(jié)構(gòu)組成。硬件系統(tǒng)主要有：電源模塊、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理模塊、通訊模塊、控制處理模塊、存儲(chǔ)、顯示模塊。各部分協(xié)調(diào)一致完成油耗數(shù)據(jù)的采集、分析、計(jì)算、處理及結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示等功能。地面分析系統(tǒng)包括微機(jī)和配套的分析軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備，將車上存儲(chǔ)的歷史油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，通過(guò)地面軟件對(duì)其進(jìn)一步分析，評(píng)測(cè)發(fā)電車狀態(tài)、乘務(wù)員操作水平等。結(jié)構(gòu)框圖如下。

（2）工作原理。車載系統(tǒng)由電源模塊供電進(jìn)入正常工作狀態(tài)；通過(guò)傳感器完成油位的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行濾波、整形等處理后送到控制處理模塊，由軟件進(jìn)行分析、計(jì)算、校準(zhǔn)，形成油耗數(shù)據(jù)；再結(jié)合乘務(wù)員信息按照所需格式和內(nèi)容送往存儲(chǔ)模塊和顯示模塊完成綜合油耗數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示功能。

2 各部分電路功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）電源模塊電路。電源模塊為系統(tǒng)的能源供給中心，向系統(tǒng)各模塊電路供電，保障系統(tǒng)的正常工作；模塊利用發(fā)電車上24V的直流電源，經(jīng)過(guò)極性保護(hù)電路和隔離轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種不同等級(jí)的電壓，給各個(gè)模塊、電路及傳感器供電；能適應(yīng)發(fā)電車電源的較大波動(dòng)，并保證本系統(tǒng)與發(fā)電車的電氣系統(tǒng)相互隔離，避免發(fā)生故障后對(duì)發(fā)電車的影響，滿足故障導(dǎo)向安全的要求。

（2）數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理模塊電路。數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理模塊是系統(tǒng)的信息來(lái)源，直接關(guān)系到獲得原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和最終結(jié)果的精度；在傳感器的選型中重點(diǎn)考慮精度和穩(wěn)定性要求，并符合故障導(dǎo)向安全原則，使傳感器的故障不影響發(fā)電車的正常運(yùn)行。傳感器安裝在油箱內(nèi)部，將發(fā)電車消耗的柴油量變送成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理模塊中的隔離電路和放大、整形電路處理后傳送到控制處理模塊，供軟件進(jìn)行分析和處理。同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有采集IC卡中乘務(wù)員和空調(diào)車信息的電路。

（3）控制處理模塊電路?？刂铺幚砟K是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，承擔(dān)著所有硬件電路的控制協(xié)調(diào)工作和全部數(shù)據(jù)的處理及通信控制等一系列工作；核心MCU選用C8051F系列混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片。該模塊用于控制傳感器和IC卡的數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)軟件程序?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、校準(zhǔn)、整理、編碼等處理，組織形成我們所需要的實(shí)際油耗數(shù)據(jù)及格式；再按照設(shè)定的時(shí)間間隔送往存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保存，同時(shí)送往顯示模塊，完成綜合油耗數(shù)據(jù)的累積存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示功能。另外，在向地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程中，該模塊控制將存儲(chǔ)模塊中保存的綜合油耗數(shù)據(jù)經(jīng)通訊模塊向外輸出，提供給地面軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理。該模塊還設(shè)計(jì)有自我檢測(cè)診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身故障，給出相應(yīng)的報(bào)警提示。

（4）通信模塊電路。通信模塊承擔(dān)著控制處理模塊與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，包括向顯示屏的數(shù)據(jù)輸出和向地面設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)輸出。在接口電路設(shè)計(jì)中針對(duì)信號(hào)的隔離、電平的匹配和轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，采用不同的元器件和芯片；使通信總線相互隔離，確保故障導(dǎo)向安全，避免發(fā)生故障后的相互影響。

（5）存儲(chǔ)模塊電路。存儲(chǔ)模塊用于保存綜合油耗歷史數(shù)據(jù)，要求其在斷電情況下也不能丟失數(shù)據(jù)；為此選用了SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，經(jīng)處理后的綜合油耗數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的時(shí)間間隔和格式送往存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保存，形成油耗歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，便于以后集中進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)和處理，這些數(shù)據(jù)可以傳送到地面計(jì)算機(jī)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，利用分析軟件進(jìn)行深入的分析。

（6）顯示模塊電路。顯示模塊采用彩色顯示觸摸屏技術(shù)，設(shè)計(jì)出友好的顯示界面，可接收通信模塊傳來(lái)的油耗數(shù)據(jù)，按照其設(shè)定的格式顯示在屏幕上。同時(shí)通過(guò)觸摸屏，可進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)等操作。使乘務(wù)員一目了然，使用方便。

3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）采用了多種隔離技術(shù)。系統(tǒng)中的隔離包括電源隔離、通信總線隔離以及數(shù)據(jù)采集隔離，用以提高系統(tǒng)的安全可靠性。即使在設(shè)備異常的情況下也不會(huì)危及發(fā)電車的安全運(yùn)行。嚴(yán)格執(zhí)行故障導(dǎo)向安全原則。

（2）采用了多種濾波技術(shù)。系統(tǒng)在信號(hào)處理上采用多種技術(shù)，包括機(jī)械、電子等硬件緩沖濾波技術(shù)及軟件濾波算法技術(shù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的判斷分析，剔除不合理數(shù)據(jù)，從而保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

（3）采用了非易失存儲(chǔ)器技術(shù)。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地將采集處理后的有用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中，這樣即使在掉電或者遇到其它異常的情況時(shí)，存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中的歷史油耗數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

（4）合理選擇、安裝高精度的傳感器。系統(tǒng)選用高精度壓力傳感器，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的阻尼、導(dǎo)流等結(jié)構(gòu)，合理選擇安裝位置，有效地減小外界的機(jī)械振動(dòng)干擾，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠；滿足精度和穩(wěn)定性要求。

（5）建立數(shù)據(jù)庫(kù)便于更深入地分析數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)的需求，對(duì)非易失存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了內(nèi)容和格式預(yù)處理，便于形成數(shù)據(jù)庫(kù)；經(jīng)通信模塊傳輸?shù)絇C機(jī)上，通過(guò)地面分析軟件將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于更深入的分析數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行試驗(yàn)、觀察和改進(jìn)，能夠準(zhǔn)確地采集、顯示、記錄發(fā)電車燃油消耗量，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能，為車輛部門(mén)研究、分析、判斷發(fā)電車的油耗情況，分析發(fā)電車工況，乘務(wù)員操作水平，控制運(yùn)用成本，制定可行的節(jié)油措施及管理政策和檢修規(guī)程等提供了科學(xué)的檢測(cè)手段和可靠的依據(jù)，使精細(xì)管理更具科學(xué)性，具有重要的意義。但作為普遍推廣的產(chǎn)品，還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高制作、裝配工藝水平和設(shè)備工作穩(wěn)定性，降低故障率，并便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)，在實(shí)用性方面再下功夫。endprint

【摘 要】 本文通過(guò)對(duì)客車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體研發(fā)，總結(jié)歸納了該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面內(nèi)容。供有關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】 客車 空調(diào) 發(fā)電車 油耗 監(jiān)測(cè)

隨著電氣化改造進(jìn)程的深入和空調(diào)客車的進(jìn)一步普及，旅客列車空調(diào)發(fā)電車燃油能耗支出占運(yùn)輸成本的比例有所增加，如何按照車次、組別統(tǒng)計(jì)乘務(wù)員執(zhí)乘期間的用油量，即考核乘務(wù)人員用油情況成為一項(xiàng)重要課題；研制和開(kāi)發(fā)旅客列車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可為車輛部門(mén)研究、分析發(fā)電車工況、油耗情況、乘務(wù)員操作水平，制定可行的節(jié)油措施及管理政策和檢修規(guī)程等提供可靠的依據(jù)。對(duì)控制發(fā)電車油耗，降低燃油成本具有重要的意義。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

（1）硬件結(jié)構(gòu)組成。硬件系統(tǒng)主要有：電源模塊、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理模塊、通訊模塊、控制處理模塊、存儲(chǔ)、顯示模塊。各部分協(xié)調(diào)一致完成油耗數(shù)據(jù)的采集、分析、計(jì)算、處理及結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示等功能。地面分析系統(tǒng)包括微機(jī)和配套的分析軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備，將車上存儲(chǔ)的歷史油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，通過(guò)地面軟件對(duì)其進(jìn)一步分析，評(píng)測(cè)發(fā)電車狀態(tài)、乘務(wù)員操作水平等。結(jié)構(gòu)框圖如下。

（2）工作原理。車載系統(tǒng)由電源模塊供電進(jìn)入正常工作狀態(tài)；通過(guò)傳感器完成油位的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行濾波、整形等處理后送到控制處理模塊，由軟件進(jìn)行分析、計(jì)算、校準(zhǔn)，形成油耗數(shù)據(jù)；再結(jié)合乘務(wù)員信息按照所需格式和內(nèi)容送往存儲(chǔ)模塊和顯示模塊完成綜合油耗數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示功能。

2 各部分電路功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）電源模塊電路。電源模塊為系統(tǒng)的能源供給中心，向系統(tǒng)各模塊電路供電，保障系統(tǒng)的正常工作；模塊利用發(fā)電車上24V的直流電源，經(jīng)過(guò)極性保護(hù)電路和隔離轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種不同等級(jí)的電壓，給各個(gè)模塊、電路及傳感器供電；能適應(yīng)發(fā)電車電源的較大波動(dòng)，并保證本系統(tǒng)與發(fā)電車的電氣系統(tǒng)相互隔離，避免發(fā)生故障后對(duì)發(fā)電車的影響，滿足故障導(dǎo)向安全的要求。

（2）數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理模塊電路。數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理模塊是系統(tǒng)的信息來(lái)源，直接關(guān)系到獲得原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和最終結(jié)果的精度；在傳感器的選型中重點(diǎn)考慮精度和穩(wěn)定性要求，并符合故障導(dǎo)向安全原則，使傳感器的故障不影響發(fā)電車的正常運(yùn)行。傳感器安裝在油箱內(nèi)部，將發(fā)電車消耗的柴油量變送成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理模塊中的隔離電路和放大、整形電路處理后傳送到控制處理模塊，供軟件進(jìn)行分析和處理。同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有采集IC卡中乘務(wù)員和空調(diào)車信息的電路。

（3）控制處理模塊電路?？刂铺幚砟K是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，承擔(dān)著所有硬件電路的控制協(xié)調(diào)工作和全部數(shù)據(jù)的處理及通信控制等一系列工作；核心MCU選用C8051F系列混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片。該模塊用于控制傳感器和IC卡的數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)軟件程序?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、校準(zhǔn)、整理、編碼等處理，組織形成我們所需要的實(shí)際油耗數(shù)據(jù)及格式；再按照設(shè)定的時(shí)間間隔送往存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保存，同時(shí)送往顯示模塊，完成綜合油耗數(shù)據(jù)的累積存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示功能。另外，在向地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程中，該模塊控制將存儲(chǔ)模塊中保存的綜合油耗數(shù)據(jù)經(jīng)通訊模塊向外輸出，提供給地面軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理。該模塊還設(shè)計(jì)有自我檢測(cè)診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身故障，給出相應(yīng)的報(bào)警提示。

（4）通信模塊電路。通信模塊承擔(dān)著控制處理模塊與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，包括向顯示屏的數(shù)據(jù)輸出和向地面設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)輸出。在接口電路設(shè)計(jì)中針對(duì)信號(hào)的隔離、電平的匹配和轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，采用不同的元器件和芯片；使通信總線相互隔離，確保故障導(dǎo)向安全，避免發(fā)生故障后的相互影響。

（5）存儲(chǔ)模塊電路。存儲(chǔ)模塊用于保存綜合油耗歷史數(shù)據(jù)，要求其在斷電情況下也不能丟失數(shù)據(jù)；為此選用了SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，經(jīng)處理后的綜合油耗數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的時(shí)間間隔和格式送往存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保存，形成油耗歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，便于以后集中進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)和處理，這些數(shù)據(jù)可以傳送到地面計(jì)算機(jī)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，利用分析軟件進(jìn)行深入的分析。

（6）顯示模塊電路。顯示模塊采用彩色顯示觸摸屏技術(shù)，設(shè)計(jì)出友好的顯示界面，可接收通信模塊傳來(lái)的油耗數(shù)據(jù)，按照其設(shè)定的格式顯示在屏幕上。同時(shí)通過(guò)觸摸屏，可進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)等操作。使乘務(wù)員一目了然，使用方便。

3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）采用了多種隔離技術(shù)。系統(tǒng)中的隔離包括電源隔離、通信總線隔離以及數(shù)據(jù)采集隔離，用以提高系統(tǒng)的安全可靠性。即使在設(shè)備異常的情況下也不會(huì)危及發(fā)電車的安全運(yùn)行。嚴(yán)格執(zhí)行故障導(dǎo)向安全原則。

（2）采用了多種濾波技術(shù)。系統(tǒng)在信號(hào)處理上采用多種技術(shù)，包括機(jī)械、電子等硬件緩沖濾波技術(shù)及軟件濾波算法技術(shù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的判斷分析，剔除不合理數(shù)據(jù)，從而保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

（3）采用了非易失存儲(chǔ)器技術(shù)。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地將采集處理后的有用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中，這樣即使在掉電或者遇到其它異常的情況時(shí)，存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中的歷史油耗數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

（4）合理選擇、安裝高精度的傳感器。系統(tǒng)選用高精度壓力傳感器，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的阻尼、導(dǎo)流等結(jié)構(gòu)，合理選擇安裝位置，有效地減小外界的機(jī)械振動(dòng)干擾，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠；滿足精度和穩(wěn)定性要求。

（5）建立數(shù)據(jù)庫(kù)便于更深入地分析數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)的需求，對(duì)非易失存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了內(nèi)容和格式預(yù)處理，便于形成數(shù)據(jù)庫(kù)；經(jīng)通信模塊傳輸?shù)絇C機(jī)上，通過(guò)地面分析軟件將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于更深入的分析數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行試驗(yàn)、觀察和改進(jìn)，能夠準(zhǔn)確地采集、顯示、記錄發(fā)電車燃油消耗量，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能，為車輛部門(mén)研究、分析、判斷發(fā)電車的油耗情況，分析發(fā)電車工況，乘務(wù)員操作水平，控制運(yùn)用成本，制定可行的節(jié)油措施及管理政策和檢修規(guī)程等提供了科學(xué)的檢測(cè)手段和可靠的依據(jù)，使精細(xì)管理更具科學(xué)性，具有重要的意義。但作為普遍推廣的產(chǎn)品，還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高制作、裝配工藝水平和設(shè)備工作穩(wěn)定性，降低故障率，并便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)，在實(shí)用性方面再下功夫。endprint

【摘 要】 本文通過(guò)對(duì)客車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體研發(fā)，總結(jié)歸納了該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面內(nèi)容。供有關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】 客車 空調(diào) 發(fā)電車 油耗 監(jiān)測(cè)

隨著電氣化改造進(jìn)程的深入和空調(diào)客車的進(jìn)一步普及，旅客列車空調(diào)發(fā)電車燃油能耗支出占運(yùn)輸成本的比例有所增加，如何按照車次、組別統(tǒng)計(jì)乘務(wù)員執(zhí)乘期間的用油量，即考核乘務(wù)人員用油情況成為一項(xiàng)重要課題；研制和開(kāi)發(fā)旅客列車空調(diào)發(fā)電車油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可為車輛部門(mén)研究、分析發(fā)電車工況、油耗情況、乘務(wù)員操作水平，制定可行的節(jié)油措施及管理政策和檢修規(guī)程等提供可靠的依據(jù)。對(duì)控制發(fā)電車油耗，降低燃油成本具有重要的意義。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

（1）硬件結(jié)構(gòu)組成。硬件系統(tǒng)主要有：電源模塊、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理模塊、通訊模塊、控制處理模塊、存儲(chǔ)、顯示模塊。各部分協(xié)調(diào)一致完成油耗數(shù)據(jù)的采集、分析、計(jì)算、處理及結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示等功能。地面分析系統(tǒng)包括微機(jī)和配套的分析軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備，將車上存儲(chǔ)的歷史油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，通過(guò)地面軟件對(duì)其進(jìn)一步分析，評(píng)測(cè)發(fā)電車狀態(tài)、乘務(wù)員操作水平等。結(jié)構(gòu)框圖如下。

（2）工作原理。車載系統(tǒng)由電源模塊供電進(jìn)入正常工作狀態(tài)；通過(guò)傳感器完成油位的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行濾波、整形等處理后送到控制處理模塊，由軟件進(jìn)行分析、計(jì)算、校準(zhǔn)，形成油耗數(shù)據(jù)；再結(jié)合乘務(wù)員信息按照所需格式和內(nèi)容送往存儲(chǔ)模塊和顯示模塊完成綜合油耗數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示功能。

2 各部分電路功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）電源模塊電路。電源模塊為系統(tǒng)的能源供給中心，向系統(tǒng)各模塊電路供電，保障系統(tǒng)的正常工作；模塊利用發(fā)電車上24V的直流電源，經(jīng)過(guò)極性保護(hù)電路和隔離轉(zhuǎn)換及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種不同等級(jí)的電壓，給各個(gè)模塊、電路及傳感器供電；能適應(yīng)發(fā)電車電源的較大波動(dòng)，并保證本系統(tǒng)與發(fā)電車的電氣系統(tǒng)相互隔離，避免發(fā)生故障后對(duì)發(fā)電車的影響，滿足故障導(dǎo)向安全的要求。

（2）數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理模塊電路。數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理模塊是系統(tǒng)的信息來(lái)源，直接關(guān)系到獲得原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和最終結(jié)果的精度；在傳感器的選型中重點(diǎn)考慮精度和穩(wěn)定性要求，并符合故障導(dǎo)向安全原則，使傳感器的故障不影響發(fā)電車的正常運(yùn)行。傳感器安裝在油箱內(nèi)部，將發(fā)電車消耗的柴油量變送成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理模塊中的隔離電路和放大、整形電路處理后傳送到控制處理模塊，供軟件進(jìn)行分析和處理。同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有采集IC卡中乘務(wù)員和空調(diào)車信息的電路。

（3）控制處理模塊電路。控制處理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，承擔(dān)著所有硬件電路的控制協(xié)調(diào)工作和全部數(shù)據(jù)的處理及通信控制等一系列工作；核心MCU選用C8051F系列混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片。該模塊用于控制傳感器和IC卡的數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)軟件程序?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、校準(zhǔn)、整理、編碼等處理，組織形成我們所需要的實(shí)際油耗數(shù)據(jù)及格式；再按照設(shè)定的時(shí)間間隔送往存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保存，同時(shí)送往顯示模塊，完成綜合油耗數(shù)據(jù)的累積存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示功能。另外，在向地面轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程中，該模塊控制將存儲(chǔ)模塊中保存的綜合油耗數(shù)據(jù)經(jīng)通訊模塊向外輸出，提供給地面軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理。該模塊還設(shè)計(jì)有自我檢測(cè)診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身故障，給出相應(yīng)的報(bào)警提示。

（4）通信模塊電路。通信模塊承擔(dān)著控制處理模塊與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，包括向顯示屏的數(shù)據(jù)輸出和向地面設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)輸出。在接口電路設(shè)計(jì)中針對(duì)信號(hào)的隔離、電平的匹配和轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，采用不同的元器件和芯片；使通信總線相互隔離，確保故障導(dǎo)向安全，避免發(fā)生故障后的相互影響。

（5）存儲(chǔ)模塊電路。存儲(chǔ)模塊用于保存綜合油耗歷史數(shù)據(jù)，要求其在斷電情況下也不能丟失數(shù)據(jù)；為此選用了SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，經(jīng)處理后的綜合油耗數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的時(shí)間間隔和格式送往存儲(chǔ)模塊進(jìn)行保存，形成油耗歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，便于以后集中進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)和處理，這些數(shù)據(jù)可以傳送到地面計(jì)算機(jī)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，利用分析軟件進(jìn)行深入的分析。

（6）顯示模塊電路。顯示模塊采用彩色顯示觸摸屏技術(shù)，設(shè)計(jì)出友好的顯示界面，可接收通信模塊傳來(lái)的油耗數(shù)據(jù)，按照其設(shè)定的格式顯示在屏幕上。同時(shí)通過(guò)觸摸屏，可進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)等操作。使乘務(wù)員一目了然，使用方便。

3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）采用了多種隔離技術(shù)。系統(tǒng)中的隔離包括電源隔離、通信總線隔離以及數(shù)據(jù)采集隔離，用以提高系統(tǒng)的安全可靠性。即使在設(shè)備異常的情況下也不會(huì)危及發(fā)電車的安全運(yùn)行。嚴(yán)格執(zhí)行故障導(dǎo)向安全原則。

（2）采用了多種濾波技術(shù)。系統(tǒng)在信號(hào)處理上采用多種技術(shù)，包括機(jī)械、電子等硬件緩沖濾波技術(shù)及軟件濾波算法技術(shù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的判斷分析，剔除不合理數(shù)據(jù)，從而保證采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

（3）采用了非易失存儲(chǔ)器技術(shù)。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地將采集處理后的有用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中，這樣即使在掉電或者遇到其它異常的情況時(shí)，存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中的歷史油耗數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。

（4）合理選擇、安裝高精度的傳感器。系統(tǒng)選用高精度壓力傳感器，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的阻尼、導(dǎo)流等結(jié)構(gòu)，合理選擇安裝位置，有效地減小外界的機(jī)械振動(dòng)干擾，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠；滿足精度和穩(wěn)定性要求。

（5）建立數(shù)據(jù)庫(kù)便于更深入地分析數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)的需求，對(duì)非易失存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了內(nèi)容和格式預(yù)處理，便于形成數(shù)據(jù)庫(kù)；經(jīng)通信模塊傳輸?shù)絇C機(jī)上，通過(guò)地面分析軟件將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于更深入的分析數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行試驗(yàn)、觀察和改進(jìn)，能夠準(zhǔn)確地采集、顯示、記錄發(fā)電車燃油消耗量，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能，為車輛部門(mén)研究、分析、判斷發(fā)電車的油耗情況，分析發(fā)電車工況，乘務(wù)員操作水平，控制運(yùn)用成本，制定可行的節(jié)油措施及管理政策和檢修規(guī)程等提供了科學(xué)的檢測(cè)手段和可靠的依據(jù)，使精細(xì)管理更具科學(xué)性，具有重要的意義。但作為普遍推廣的產(chǎn)品，還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高制作、裝配工藝水平和設(shè)備工作穩(wěn)定性，降低故障率，并便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)，在實(shí)用性方面再下功夫。endprint