1 引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，乘列車出行,、旅游已成為人們主要的交通方式之一,，為了保障列車安全運行，定期或不定期地對列車進(jìn)行安全巡檢是一項極其重要的工作,，列檢人員在列車到站時需要對列車安全巡檢,。一般的巡查管理制度難以核實固定車次、站點和時間,，因此難以實現(xiàn)合理規(guī)范化管理,。針對這種需求，提出了基于超低功耗單片機C8051F320的列車安全巡檢儀,，結(jié)合計算機應(yīng)用軟件管理程序,，可使鐵路列車巡檢管理工作更規(guī)范更科學(xué)。

　　2 C8051F320單片機簡介

　　C805lF320是完全集成在混合信號片上的系統(tǒng)型MCU,。內(nèi)核采用高速,、流水線結(jié)構(gòu),，指令集完全與標(biāo)準(zhǔn)805l兼容，70％的指令的執(zhí)行時間為l或2個系統(tǒng)時鐘周期,，只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期,。片內(nèi)外設(shè)包括電源穩(wěn)壓器(5～3 V)；2個片內(nèi)電壓比較器：全速,、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口,；通用串行總線(USB)功能控制器(8個靈活的端點管道，集成收發(fā)器和l kB FIF0 RAM),；10位200 Ks／s的17通道單端／差分ADC(帶模擬多路器),；片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器；片內(nèi)電壓比較器,；高精度可編程的12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時鐘乘法器,；硬件實現(xiàn)SMBus／I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口,；4個通用16位定時器,；具有5個捕捉／比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器／定時器陣列(PCA)；片內(nèi)上電復(fù)位,、VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器,。存儲器有16 KB可在系統(tǒng)編程的Flash存儲器和2 304字節(jié)片內(nèi)RAM(256字節(jié)內(nèi)部RAM+l KB外部RAM+l KB USB FIFO)。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計方案

　　3．1 系統(tǒng)方案說明

　　為了判斷列檢人員是否到達(dá)指定的地點進(jìn)行安全巡檢,，本系統(tǒng)設(shè)計利用i—Button信息鈕作為外部信息載體,，與PCF8563高精度時鐘器件相配合，實現(xiàn)巡檢地點(用惟一的注冊碼代替)和時間的準(zhǔn)確記錄,，并利用SD35TR液晶顯示模塊顯示時間和注冊碼,；巡檢人員可利用TN9紅外測溫模塊測量車軸溫度。為了便于巡檢人員夜間工作,，本巡檢儀還具有高亮度的LED照明功能,，并預(yù)留USB接口，方便與PC機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲,，以備日后數(shù)據(jù)處理,、查詢。根據(jù)巡檢儀的功能設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,，如圖l所示,，主要包括主電路、信息采集,、溫度采集,、液晶顯示和照明電路等模塊。

　　主電路模塊如圖2所示，該模塊以C805lF320單片機為核心,，采用PCF8563為系統(tǒng)提供實時時鐘,，并且外擴512 KB的E2PROM存儲器24LC512，用于存儲采集信息,、溫度和時間,；通過C805lF320的片內(nèi)USB控制器外接一個迷你型USB母座作為巡檢儀與PC機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲接口；兩個按鍵作為外部中斷輸入,，分別啟動信息采集和溫度采集,；蜂鳴器作為提示和報警輸出,。主電路還包括電池電壓檢測,，用于監(jiān)測電池電量的飽和度。

　　3．2 i-Button信息鈕接口電路

　　i—Button信息鈕是一種堅固的數(shù)據(jù)載體,，內(nèi)部光刻ROM含有國際惟一的64位注冊碼,，不銹鋼紐扣型外殼，可防塵,、防潮,、防震。通過l—Wire總線協(xié)議傳輸信號,。本系統(tǒng)的i—Button信息鈕采集模塊主要包括DSl990A信息鈕和DS9092信息鈕讀取探頭兩部分,。如圖3所示，DSl990A信息鈕的紐扣外形分兩部分作為信號連接,；中心為l—Wire總線的I／O連接．周圍為信號地連接,。DS9092讀取探頭為杯狀外形，中心為1一Wire總線的I／0連接,，周圍為信號地連接,，實現(xiàn)與紐扣外形的充分接觸。DS9092背后引出兩條連線,，其中一條為1一Wire總線的I／O連接到C805lF320單片機,，另一條則為信號地。由于l—Wire總線為上拉傳輸,，故其I／O總線必須連接一上拉電阻至電源,。由于信息采集是通過一個低電平按鍵中斷進(jìn)行啟動的，所以在單片機上再連接一按鍵,，提供信息采集中斷信號,。

　　3．3 TN9測溫模塊接口電路

　　TN9紅外測溫模塊采用紅外非接觸測溫，其測溫原理應(yīng)用斯特凡一玻耳茲曼定律和維恩位移定律,。TN9模塊引出5條連接線,，依次為：電源(V)、SPI數(shù)據(jù)(D)、SPI時鐘(C),、地(G)和測試引腳(A),。其中SPI數(shù)據(jù)(D)和SPI時鐘(C)用于傳輸溫度信息，分別連接C805lF320單片機的PO．4和P0．2引腳作為SPI總線的MOSI和SCK,。測試引腳(A)是TN9測溫模塊的啟動信號,，低電平有效，故通過一只1kΩ電阻上拉至3．3 V,，再通過按鍵接地,，然后連接到C8051F320單片機的PO．5引腳作為溫度采集的中斷信號。按鍵按下后將測試引腳(A)置為低電平,，啟動TN9測溫,，同時通知C8051F320準(zhǔn)備接收溫度數(shù)據(jù)。按鍵松開,，測試引腳被上拉為高電平并停止測溫,。其電路如圖4所示。

　　3．4 SD35TR液晶顯示模塊接口電路

　　SD35TR液晶顯示模塊采用HTl62l作為顯示驅(qū)動器,。全顯示有4個數(shù)字位,、1個冒號和1個小數(shù)點。亮度調(diào)節(jié)分為4級,，并用4個發(fā)光二極管做為背光光源,。液晶顯示模塊的接口共有6條引出線，依次為：LED背光源正極(Vcc),、電源正極(Vdd),、地(Vss)、串行數(shù)據(jù)輸入(DATA),、寫信號(WR),、片選信號(CS)。其中三線串行接口串行數(shù)據(jù)輸入(DATA),、寫信號 (WR)和片選信號(CS)分別連接C805lF320單片機的P2．7,、P2．6和P2．5引腳，直接采用單片機模擬總線控制SD35TR液晶顯示模塊,。其電路如圖5所示,。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4．1 系統(tǒng)主流程圖

　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)(從DSl9—90A)、溫度測量(列車軸承溫度),、存儲數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)的功能,。系統(tǒng)初始化后，先檢測電池電壓,，然后檢測按鍵,。若無按鍵按下或按鍵無效時則讀取并顯示一次時間；若有按鍵按下并且有效時，則執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序,，子程序執(zhí)行完后再讀取并顯示一次時間,。此后程序進(jìn)入待機狀態(tài)，等待中斷喚醒,，返回到電池電壓檢測進(jìn)行循環(huán),。中斷在本系統(tǒng)設(shè)計中只執(zhí)行喚醒功能。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖6所示,。

　　4．2 信息采集模塊

　　進(jìn)入信息鈕信息采集子程序時,，首先關(guān)閉所有中斷，然后發(fā)送初始化脈沖,。初始化成功后,，單片機發(fā)送DSl990A的讀ROM命令。按位讀取其64位注冊號并進(jìn)行校驗,，通過后單片機將顯示“PASS”5秒,，蜂鳴器短響一聲,，表示信息鈕的注冊碼讀取成功,。同時讀入采集時間并和采集到的信息一同存入E2PROM。整個過程中,，如果初始化或校驗失敗,，程序?qū)@示“Err”5秒、蜂鳴器長響一聲,，表示信息鈕讀取失敗,。信息鈕信息采集流程如圖7所示。

　　4．3 紅外測溫模塊

　　進(jìn)入測溫子程序后,，關(guān)閉所有中斷,，再使能C805lF320的SPI功能，讀入一個字節(jié)數(shù)據(jù),，然后禁止SPI功能復(fù)位計數(shù)器,；判斷數(shù)據(jù)是否為0DH，若不是就返回到SPI使能進(jìn)行循環(huán),，若是則數(shù)據(jù)校驗,。校驗通過后，計算實際溫度值并將數(shù)值顯示5秒,、蜂嗚器短響一聲,，表示溫度采集成功。同時讀入測溫時間將其和溫度數(shù)據(jù)一起存入EEpROM,。程序中若校驗沒有通過則顯示“Err”5秒,、蜂鳴器長響一聲，表示溫度采集失敗。其流程如圖8所示,。

　　5 結(jié)語

　　列車安全巡檢儀是以C8051F320單片機為核心,，實現(xiàn)了離線信息采集、軸溫檢測,、照明等功能,，有效監(jiān)督鐵路列車安全工作。該巡檢儀具有結(jié)構(gòu)簡單,、成本低,、體積小、低功耗和性能可靠等優(yōu)點,。實驗證明,，該巡檢儀工作穩(wěn)定、抗干擾能力強,、操作方便,，從而說明該巡檢儀軟硬件設(shè)計比較合理，具有廣闊的應(yīng)用前景,。