数字温度传感器在高速机车轴承.doc

岩体测试技术论文班级： 采矿1101班 姓名：艾力亚尔吐尔 洪 学号： 20111897 日期：2014年5月1 7日 指导老师：屠晓利、刘建坡数字温度传感器在高速机车轴承温度检测中的应用班级：采矿1101 姓名：艾力亚尔吐尔洪 学号：20111897指导老师：屠小利 刘建坡 【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。【关键字】数字温度传感器DS18B20；单片机AT89C52；轴承温度检测；高速机车1 引言 高速铁路以其安全性能好、速度快、经济效益好等优越性成为现代人们安全可靠的交通工具，对其车速、轴温等进行状态监测和故障诊断是保证列车高速安全运行的重要手段。传统的监测仪表存在严重不足：结构尺寸大、系统结构复杂、灵敏度低、抗干扰能力差、制作成本高、稳定性和可靠性差。随着微电子技术的发展，新型的数字温度传感器应运而生，具有代表性的如美国DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，集成温度测量与A/D 转换于一体，安装空间小、传输距离远、性价比低、分辨率高、精度高、可靠性和稳定性高。本文将以DS18B20 型数字式温度传感器为例探讨其在高速机车轴承温度检测中的具体应用。2 DS1 8B2 0 介绍2.1 性能特点1 美国DALLAS 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- 55+125，固有测温分辨率0.5；转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制；内含64 位激光修正的只读存储器ROM；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。2.2 内部电路 DS1820 的内部结构2，主要包括温度传感器、64 位激光ROM与单线接口、高速暂存器RAM、温度报警触发器TH 和TL、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64 位ROM代码，可以看作为该器件的地址序列号，开始（最低）8 位是产品类型标号，接着48 位是该器件的序列号，最后8 位是循环冗余校验码。其作用是使每一个DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20，通过读取ROM代码，就可以轻松确定传感器所在位置。 （2）RAM：由9 个字节组成。第0 和1 字节存放当前温度的低字节和高字节，第2 和第3 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DS18B20 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R0 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。2.3 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时，二进制数字输出为0000 0111 1101 0000，十六进制数字输出为07D0H。3 单片机AT 8 9C5 2 与DS1 8B2 0 组成的多点轴承温度检测系统3.1 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3，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。图1 单片机AT89C52 控制的多点轴承温度检测系统图3.2 软件设计3.2.1 协议对DS18B20 的操作需要严格的协议以确保数据的完整性，协议分为三部分：初始化、ROM操作命令和RAM操作指令。ROM操作命令包含读ROM、符合ROM、搜索ROM、跳过ROM、告警搜索命令五类；RAM操作指令包含温度变换、读暂存器、写暂存器、复制暂存器、重调EEPROM、读供电方式六类。3.2.2 操作时序 协议信号类型包括：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1。所有这些信号，除存在脉冲外，其余都是由单片机发出的。根据DS18B20 的通讯协议，单片机控制DS18B20 完成一次操作经过初始化、符合ROM、读取RAM三个步骤。初始化表示已准备好发送和接收数据，当系统采用多点测温时，通过符合ROM指令可确定传感器所在位置，读取RAM指令是进行温度读取。各种操作命令都是向DS18B20 写0 和写1 组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20 读取0 或1 的过程4。写数据时，现将数据线P1.0 置为低电平，并维持1us 以上，然后根据写“1”还是“0”将P1.0 拉高或继续保持低电平；读数据时，单片机现将数据线P1.0 置为低电平，然后释放，DS18B20 在数据线变为低电平15us 内，将数据发送到数据总线上，单片机延时15us 后进行读取。3.2.3 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64 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。4 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。参考文献1DS