基于單片機(jī)的電力機(jī)車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

梁文翰

（吉林化工學(xué)院，吉林吉林132022）

基于單片機(jī)的電力機(jī)車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

梁文翰

（吉林化工學(xué)院，吉林吉林132022）

設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電力機(jī)車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過對機(jī)車的溫濕度、光照強(qiáng)度、煙霧、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、交流電壓電流等模擬變量的分析，選擇合適的傳感器對這些模擬量進(jìn)行采集并完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。

單片機(jī)；電力機(jī)車；數(shù)據(jù)采集；傳感器

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速得到應(yīng)用。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息[1]。電力機(jī)車設(shè)備的各種變量信息的采集檢測，在鐵路運(yùn)行環(huán)節(jié)中占有極其重要的安全地位，本文重在完成對電力機(jī)車上溫度、濕度、光強(qiáng)、煙霧和機(jī)車電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變量的實(shí)時(shí)檢測功能設(shè)計(jì)，為電力機(jī)車在運(yùn)行過程中的安全信息提供精確可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[2]。

1 總體設(shè)計(jì)方案

圖1 總設(shè)計(jì)框圖

根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，主要對電力機(jī)車自身變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本設(shè)計(jì)對光強(qiáng)、溫濕度煙霧、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，主要利用光敏傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、霍爾傳感器和DHCT、DHPT系列微型互感器。這些傳感器必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換以后才能把信息送給單片機(jī)，所以選用MSP430F169單片機(jī)，此單片機(jī)內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換模塊，使整個(gè)設(shè)計(jì)電路簡單可靠。當(dāng)各個(gè)傳感器工作時(shí)，就會(huì)給單片機(jī)一個(gè)信號，單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換送給顯示器上顯示[3]。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 溫濕度采集電路

本設(shè)計(jì)選用SHT11溫濕度采集傳感器來實(shí)現(xiàn)機(jī)車對溫濕度的采集。

SHT11通過兩條串口線路DATA與SCK與單片機(jī)相連接，電路如圖2所示。其中串行時(shí)鐘輸入信號SCK引腳用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與SHT11間的同步通訊，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SCK為1電平，DATA要求保持穩(wěn)定不變。單片機(jī)應(yīng)該驅(qū)動(dòng)DATA處在0電平，從而避免信號的沖突。

圖2 SHT11與單片機(jī)連接電路

2.2 光敏電阻采集電路

為滿足設(shè)計(jì)要求，本文選擇采用光敏電阻傳感器完成設(shè)計(jì)。光傳感器不只局限于對光的探測，還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光敏電阻原理圖如下頁圖3所示。

2.3 煙霧采集電路

本設(shè)計(jì)選用MQ-2（專門檢測氣體的傳感器）氣敏元件與單片機(jī)連接形成煙霧檢測模塊，完成的主要功能是實(shí)時(shí)檢測機(jī)車內(nèi)部的空氣質(zhì)量，能夠?qū)噹麅?nèi)部存在的有毒有害、可燃性氣體等實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保機(jī)車安全運(yùn)行中的無毒空氣質(zhì)量，并且通過軟件編程，實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警功能，有效預(yù)防車廂內(nèi)部存在吸煙人群導(dǎo)致的消防安全隱患，增強(qiáng)機(jī)車安全運(yùn)行指數(shù)。MQ-2傳感器的工作電路圖如圖4所示。

圖3 光敏電阻原理

圖4 MQ-2傳感器的工作電路圖

2.4 霍爾采集電路

為了滿足設(shè)計(jì)要求，選擇霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集。圖5為霍爾傳感器的原理圖。

圖5 霍爾傳感器的原理圖

3 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)主要完成的功能包括系統(tǒng)控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)與各種變量的采集和顯示的實(shí)現(xiàn)等。利用程序的編寫，實(shí)現(xiàn)對硬件電路的初始化過程，完成對顯示模塊的數(shù)據(jù)刷新，采集模塊與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸和管理。

4 結(jié)語

該設(shè)計(jì)主要由各個(gè)傳感器對電力機(jī)車的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后傳給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換送給LCM12864顯示，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

[1]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

[2]許大中,賀益康.電機(jī)控制[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2005.

[3]尹海宏,陳雷.基于單片機(jī)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù),2008(12):5-7.

（編輯：王璐）

The Design of Data Acquisition System of Electric Locomotive Based on Single Chip Microcom puter

Liang Wenhan
(Jilin Institute of Chem ical Technology,Jilin Jilin 132022)

In this paper,the design of electric locomotive based on single chip data acquisition system,the temperature and humidity of the locomotive,the light intensity,the smoke and the speed of themotor,analysis of AC voltage and current analog variables,select the appropriate sensor to collect the analog quantity and the system hardware circuitdesign.

single chipmicrocomputer；electric locomotive；data acquisition；sensor

TP274.2

A

2095-0748(2016)24-0073-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.24.30

2016-11-29

梁文翰（1986—），男，吉林吉林人，碩士，助教，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)方向。