数字温度传感器在高速机车轴承温度检测中的应用.doc

课 程 设 计 题目 数字温度传感器在高速机车轴承温度检测中的应用 院 系 电子电气工程学院 班 级 * 学 号 2010* 姓 名 * 指导教师 * 2012年7月1日 摘 要介绍了单线数字式温度传感器 DS18B20 的性能特点、工作原理及使用方法 ，给出了在高速机车中基于单片机 AT89C52 和 DS18B20的多点轴承温度检测系统的硬件设计和软件设计两个方面的设计思路。 正文：2 D S 1 8 B 2 0 介绍 1.1：性能特点美 国 公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，采用单总线专用技术，与微机接口连接灵活；测温精度高，测温范围为 ，固有测温分辨率 ；转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制；内含 位激光修正的只读存储器 ；用户可通过编程设定温度的上,下限数值；具有多种封装形式 1.2：内部电路 DS18B20的内部结构 ，主要包括温度传感器,64位激光与单线接口，高速暂存器 温度报警触发器TH和TL，和存储与控制逻辑电路，8位循环冗余校验发生器。（1）ROM ：内部光刻了唯一的 位 代码，可以看作为该器件的地址序列号，开始（最低） 位是产品类型标号，接着 位是该器件的序列号，最后 位是循环冗余校验码其作用是使每一个 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 ，通过读取 代码，就可以轻松确定传感器所在位置。（2）RAM ：由第0 个字节组成第和第1字节存放当前温度的低字节和高字节，第0 和第1字节存放用户设定的温度报警上限值和下限值，与实际温度测量后 比较，如果超值将该器件的告警标志位置位并对单片机发出的告警搜索命令作出响应多个 进行多点测温时，报警的器件就会被识别并读取；第4字节是配置寄存器暂存区，用于编程设定传感器的分辨率，低五位一直都是1，最高位TM是测试模式位被设置为0，用户可通过R1和R2设置不同的分辨率，设置如表1所列；第57字节为厂家保留字节，第8字节存放的是CRC校验码，用来判断接收数据是否正确在实际应用中,器件的制作直接影响到它的性能,因此研究人员对其外形设计进行了多年改进,已从烧结型、厚模型向薄膜型、硅微结构型、多层型发展。烧结型气体传感器主要包括直热式和旁热式。由于直热式存在着元件离散性大、互换性差,这种结构的传感器已逐渐被旁热式逐渐取代。旁热式传感器是将气敏材料与少量粘合剂混合研磨,然后制成浆体涂抹于带有电极引线的陶瓷管上,在陶瓷管内部安置一个加热电阻,提供传感器工作所需的温度,如图2(a)所示。厚膜型气体传感器是由基片、电极和气敏材料构成,如图2(b) ,制作过程是将气敏材料与一定比例的粘合剂混合,并加入适量的催化剂制成糊状,然后印到预先安装有电极和加热元件的陶瓷基片上,干燥、高温煅烧而成。薄膜气体传感器结构和厚膜相似。不同的是测量电极上面的气敏材料是利用真空溅射、 1.3 测温原理 低温度系数振荡器产生固定频率的脉冲信号，送给减法计数器1；高温度系数振荡器产生的脉冲信号输入减法计数器2 ，确定一个计数门，内部计数器在这个计数门内对一个低温度系数振荡器的脉冲进行计数来完成温度测量每次测量前，首先将55摄氏度所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中减法计数器1对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1 的预置值减到0时温度寄存器的值将加1 ，减法计数器 1的预置将重新被装入，减法计数器 1重新开始对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值.二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，则这5位为0，只要将测到的十六进制数转为十进制数乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，则这5位为1，将测到的十六进制数需要取反加1后转换为十进制数再乘于0.0625即可得到实际温度例如：当工作在12位分辨率下，温度为+125摄氏度时，二进制数字输出为0000011111010000 ，十六进制数字输出为07D0H。2 单片机 A T 8 9 C 5 2 与 D S 1 8 B 2 0 组成的多点轴承温度检测系统2.1硬件设计高速机车轴温测量点可以根据需要进行增减，采用单片机AT89C52控制的多点轴承温度检测系统如图1所示 ，其P1.0接口接DS18B20单线总线，采用寄生电源供电方式，为保证在有效的时钟周期内能提供足够的电流，采用MOSFET管来对DS18B20总线进行上拉，除测温电路外，还有键盘,LED显示，继电器等外围电路，实时显示各测点的温度和进行超限报警处理。2.2 温度采集检测流程系统工作时，首先通过键盘设定报警上，下限温度值，单片机显示并存储此温度值。然后单片机进入温度采集检测流程。如图2所示。进行各DS18B20温度的采集和转换：单片机首先发复位脉冲，使所有DS18B20复位；再发送跳过ROM指令和温度转换指令，延迟1S的时间，使所有的DS18B20完成温度采集和转换。 图 2 单片机对温度采集检测流程图循环读取各DS18B20的温度数据并进行超限处理：首先向数据线P1.0发复位脉冲，使所有DS18B20复位；发符合ROM指令，再发送一个75位ID序列号，激活相应DS18B20；发读暂存器命令，单片机读取相应DS18B20数据并把它和已存的温度上下限值比较，如果超限就报警，同时打开或关闭相应的继电器进行超温处理接着按同样的方法处理其它的各片DS18B20，直至所有的各路都处理完毕3 结论 如今，DS18B20单线数字温度传感器在高速机车中已有广泛使用，如青岛四方机车车辆股份有限公司生产的各型动车组实践证明，数字温度传感器抗干扰能力强 布线简单测温准确工作稳定可靠，能满足高速机车中多点测温检测系统的要求，为实现高速机车轴承温度状态监测与故障诊断提供及时强有力的依据，确保机车的安全高速运行,气敏材料作为传感器最为关键的一部分,其性质直接影响到传感器的性能,常见电阻式敏感材料见表1 ,主要分为金属氧化物类、复合类、高分子类。其中SnO2、ZnO、Fe2O3作为传统金属氧化物及其掺杂类气敏材料已被广泛研究 12 但在实际应用中存在选择性差、操作温度高、稳定性差等问题,近十几年来对In2O3、WO3、MoO3等为基的新型金属氧化物材料进行了深入系统的研究,从灵敏度、选择性、响应时间等方面来看,是检测CO、O3、H2S、NH3等气体的理想材料 13 - 15 。此外,钙钛矿型(ABO3)和K2NiF4(A2BO4)复合半导体材料由于其结构稳定、组分容易调节,在高分子材料方面,主要有酞箐、卟啉、卟吩和它参考文献 1DS