内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现.doc

内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现第11卷第36期2011年12月l6711815(2011136910304科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringV01.11No.36Dec.20112011Sci.Tech.Engrg.内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现陈鲁倩陈坤杰逢滨(南京农业大学工学院,南京210031)摘要为实现内燃机车柴油消耗的精确测量,提高内燃机车燃油计量水平,针对东风4型机车,设计了一种以单片机为核心的新型多功能随车油耗实时检测与存储装置.该装置设计有内,外双向数据传输窗口,并设有传感器采集装置,实时采集机车运行过程中的油耗数据;同时显示并存储油耗和与之相关的机车参数.最后可以将存储所得的相关数据通过存储介质转存到PC机,进行相关分析.实验结果表明该装置在实际工作环境条件下,保持了良好的测量精度,长期运行的精度可以达到1%的设计要求.关键词内燃机车燃油消耗油耗测量单片机中图法分类号U262.11;文献标志码B近几年,随着经济的发展,我国能源消耗越来越多,因而对能源的节约利用和有效管理变得具有重要意义.在我国铁路系统,铁路运输能耗成本支出约占运输成本总支出的百分之二十j,铁路运输仍以内燃机车占主导地位,所以内燃机车的燃油消耗是铁路系统运输成本的主要部分.目前,我国内燃机车燃油计量仍然主要依靠燃油箱的油位标尺肉眼观测,其油耗测量数据极不准确,给国家带来很大的经济损失.近几年来,一些数字油耗仪的出现使测量方法有了较大改进,使得机车随车油耗实时测量得以实现,但是目前的相关装置在实现人机交互,通用性以及对油耗数据进行大量和永久的存储等问题,还没有得到很好的发展.本文设计一种基于单片机系统的燃油数据实时计量装置.该装置功能齐全,集成有液晶显示屏,能实时显示机车行车过程中必要的油耗相关参数,并且采用大容量存储设备,使得数据存储量问题有极大提高,同时增加GPS模块可以方便的接收2011年9月19日收到,1O月11日修改第一作者简介:陈鲁倩(1986一),女,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向:嵌入式系统应用.E-mail:chenluqian2009126.corn.通讯作者简介:陈坤杰(1963),男,教授,研究方向:机电一体化.到行车过程中机车的速度与里程信息.1系统总体设计内燃机车的燃油管路大多是小口径输油管,燃油流量大油耗很小,精确测量油耗的根本是把回油管路的燃油流量进行高精度测量,然后利用流量差法得到瞬时油耗J.为了进一步提高测量精度和装置的可靠性,应采用温度传感器对柴油机进出油管处进行温度补偿.该装置将实时采集的机车油量数据进行计算处理,得出所需的油耗;其次通过显示器件将油耗数据以及一些机车相关的参数实时显示,方便行车人员随时进行查看和监督;最后该装置设计将机车行车过程的大量数据通过存储器件进行存储,也可以通过对应数据传输接口将数据转存到上位机电脑.该系统总设计框架如图1所示.1.1STC9OC516AD单片机STC90C516AD单片机是宏晶科技推出的超强抗干扰,低功耗单片机,指令代码完全兼容传统的8051单片机,其结构包括中央处理器(CPU),61K字节的程序存储器(Flash),4352字节的数据存储器(SRAM),3个定时计数器,UART串口,I/O接口,看门狗,8路l0位高速AD转换器等模块.9104科学技术与工程11卷图1内燃机车油耗检测系统结构框图单片机具有抗干扰能力强,工作可靠,体积小,成本低等特点,为仪器,仪表的智能化创造了条件.1.2前端油耗数据采集模块为提高研发仪器的精度,所采用的流量传感器应该适合燃油(柴油)的介质要求,精度要高,抗干扰能力要强,动态响应要好,便于与机车发动机燃油系统连接J.本文选用涡轮流量传感器,涡轮流量传感器是利用流体流动推动叶轮转动,流体流速与叶轮转速成正比,通过测量叶轮转速可得到流体流速进而得到流量值.这种流量传感器具有测量准确度高,量程范围宽,线性好,脉冲输出等优点.选用LWGY型涡轮流量传感器,其测量精度设计最高已经达到0.2%,是同类产品中精度最高的一种传感器.1.3GPS无线通信模块系统上集成了GPS模块,用于获取机车速度和里程等信息,该模块采用瑞士的ublox公司的NEQ5Q主芯片此芯片为多功能独立型GPS组,以ROM为基础构架成本低,体积小,信号稳定,能在任何可接收信号的位置进行快速定位.火车大部分时间是在进行匀速运动,除开始加速或者停车减速时显示速度稍微滞后外,匀速时速度误差1km/h内.该数据仅是作为机车速度里程辅助监督作用.1.4液晶显示模块显示器件采用SMG240128A标准图形点阵液晶显示模块,其采用COB工艺制作,结构稳固,使用寿命长.该模块内置T6963C接口型液晶显示控制器,可与MCU单片机直接连接.该液晶显示屏可通过软件设置,显示多行多个数据,方便了机车上多个性能参数的显示.该液晶屏设计显示示例如2图所示.图2240128液晶屏显不不例图1.5数据存储与传输模块在硬件上集成数据存储模块,该模块采用CH375接口芯片,用于存储行车过程的大量实时油耗信息,CH375接口芯片是一个USB总线的通用接口芯片,支持HOST主机方式和SLAVE设备方式,可以方便地挂接在单片机的系统总线上.在接口插上符合规格的优盘,用于存储机车行车过程中的大量油耗以及里程等数据,随后在管理人员需要时可以取下优盘复制数据到电脑即可.CH375芯片与单片机电路连接示意图如图3所示.图3CH375芯片与单片机连接方式图36期陈鲁倩,等:内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现2软件设计与实现根据系统的功能要求,设计了完善的软件整体思想.单片机软件编程采用高级语言c语言编程,在Keil编程环境下实现仿真,这种编程大大提高了效率,并减少软件设计中的错误,缩短了开发时间.主程序的流程见图4.图4系统软件程序设计流程图3系统实验研究该装置已用于安徽某矿东风4D型货运内燃机车上进行实验,并在运用车间设点,记录油耗仪的运行情况,油耗量和内燃机车的发油数.在实际装车前,根据内燃机车的空打燃油泵时刻进油等于回油进行仪表系数校正,提高了整机精确度.以下是其中一台机车在某Ft上午连续一小时内,怠速状态下通过称重法测得的部分燃油消耗数据,数据为每隔10分钟采集一次,如表1所示.表1某日某机车实际测量数据表由以上部分实验数据以及3机车运行所得的所有数据可知,该系统在机车工况环境条件下,保持了良好的测量精度,实际测量结果也比较理想,长期运行的精度达到1%的设计要求.4结论现场实际运行结果表明,该装置操作安全方便,得到信号及时,测量数值也较为准确.并且用单片机系统,电路实现简单,思路清晰,同时大大降低了成本.为增加抗震能力,可将其固定在机车驾驶室的监控台上.整机用铁盒子屏蔽,以防止电磁波的干扰.机车油耗仪的研制对于改善当前机车的燃油管理有很大的意义,可望有很好的市场前景.参考文献1张涛,孙立军,王军.内燃机车油耗仪的研究.仪器仪表学报,2005;26(2):1521562燕延,石彦丛,任复珍.内燃机车随车油耗仪的研制.石家庄铁道学院,1996;9(4):7579(下转第9109页)36期王晓彬,等:基于支持向量机的非结构化道路检测9109UnstructuredRoadDetectionBasedonSupportVectorMachineWANGXiaobin,MARong,FUWeiping(SchoolOfAutomationNorthwesternPolytechnicalUniversity,xian710072,P.R.China;XianChenfeiElectricalEngineeringCo.,Ltd,Xian710072,P.R.China)AbstractThecomplexpixelfeaturesofroadareaandnonroadareaaretheoneofthedifficultiesindetee.tingtheedgeofunstructuredroad.AmethodofdetectingnonroadedgebasedonsupportvectormachineS(SVM)isintroduced,Regionofinterest(ROI)isintroducedtoeliminateenvironmentalnoise,andCrossValida.tion(CV)isusedtoachievethebestalgorithmparameters.TheultimateroadedgeisobtainedbyprocessingtheSVMSclassificationresultwithHoughTransform.Experimentshowestheexactnessandrobustnessofthealgorithm.KeywordsSVMunstructuredroadROIHoughTransform)(上接第9105页)3裴元龙.传感器基础与技术.北京:机械工业出版社,20015谭浩强,张基温.C语言程序设计教程(第3版).北京:高等教育4苏彦勋,盛健,梁国伟.流量传感器量与测试.北京:中国计量出版社,2006出版社,1992DesignandImplementationofDieselLocomotivesFuelConsumptionMonitoringSystemCHENLuqian,CHENKun-jie,PANGBin(CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,P.R.China)AbstractInordertoimprovethemeasurementaccuracyofdiesellocomotivefuelconsumption,akindofinter-halcombustionenginesdevicewhichhasthefunctionoffuelconsumptionmeasurementisintroduced.Thedevicehasbothinternalandexternalbidirectionaldatatransferwindow,itcanacquireandstoretheinformationoffuelconsumptionandtrafficconditionwhentheengineisworking,andthentran