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無(wú)縫線路軌溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用
摘要：為簡(jiǎn)便實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)無(wú)縫線中的鋼軌溫度，應(yīng)對(duì)鋼軌進(jìn)行應(yīng)力散放作業(yè)。介紹了無(wú)縫線路軌溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，利用單片機(jī)對(duì)傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸，借助串行通信實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制。該系統(tǒng)目前已投入使用，通過(guò)對(duì)軌溫的實(shí)時(shí)測(cè)量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為軌道監(jiān)測(cè)和維護(hù)作業(yè)提供了科學(xué)的依據(jù)。關(guān)鍵詞：無(wú)縫線路 軌溫 溫度應(yīng)力 傳感器控制 串口通信
當(dāng)今，世界各國(guó)鐵路都在大力發(fā)展無(wú)縫軌道。無(wú)縫軌道的特點(diǎn)是鋼軌中間不留間際，但無(wú)縫鋼軌因熱脹冷縮所帶來(lái)的長(zhǎng)度變化會(huì)產(chǎn)生巨大的溫度應(yīng)力作用，若鋼軌應(yīng)力散放控制得不好，天熱時(shí)可能會(huì)造成脹軌跑道，天冷時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)拉斷鋼軌的情況。因此，自無(wú)縫軌道問(wèn)世以來(lái)，軌溫監(jiān)測(cè)工作就被放到了一個(gè)非常重要的地位。目前，我國(guó)的鐵路軌溫監(jiān)測(cè)主要是靠人工定點(diǎn)定時(shí)測(cè)量完成。這種測(cè)溫方法所獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)密度小，難以捕捉日、月、年內(nèi)的最高軌溫和最低軌溫；占用勞動(dòng)力多、測(cè)量誤差大、實(shí)時(shí)性差，因此難以為鐵路工務(wù)作業(yè)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的決策依據(jù)。
本文所提出的無(wú)縫鐵路軌溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是針對(duì)這一情況而設(shè)計(jì)的。通過(guò)控制遠(yuǎn)程傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)軌溫度測(cè)量。并把測(cè)得的軌溫?cái)?shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析，極大方便了鐵道工作者對(duì)軌溫的測(cè)量和監(jiān)控以及制定相應(yīng)的軌道維護(hù)策略。
1 系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)利用89C51單片機(jī)及其外圍電路完成對(duì)DS18B20單總線數(shù)字傳感器的控制和數(shù)據(jù)傳輸，利用以nRF401無(wú)線收發(fā)芯片為核心構(gòu)建的無(wú)線收發(fā)器完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，借助單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的串行通信完成人機(jī)交互控制，并用VB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于鐵路溫度測(cè)量系統(tǒng)的個(gè)性化交互辦是非界面。圖1所示是無(wú)線軌溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理圖，這種方式具有方便、快捷和靈活的優(yōu)點(diǎn)、同時(shí)克服了工程中布線的困難。
2 硬件實(shí)現(xiàn)
按照系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)中需要用到的硬件芯片主要包括DS18B20單總線數(shù)字傳感器、nRF401無(wú)線收發(fā)芯片、MCS-51單片機(jī)、MAX232等，這些芯片配以相應(yīng)的外圍電路，構(gòu)成系統(tǒng)的基本硬件結(jié)構(gòu)。下面對(duì)各硬件的特點(diǎn)及其在本系統(tǒng)中使用的相應(yīng)電路分別進(jìn)行介紹。
2.1 DS18B20單總線數(shù)字傳感器
DALLAS公司的DS18B20單總線數(shù)字傳感器工作溫度范圍是-55℃～125℃，在-30℃～85℃范圍內(nèi)溫度測(cè)量精度為±5℃；具有溫度報(bào)警功能，用戶可設(shè)置最高和最低報(bào)警溫度，且設(shè)置值掉電不丟失；采用DALLAS公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數(shù)據(jù)線就可實(shí)現(xiàn)與MCU的通信；此外，DS18B20能夠直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無(wú)需外部電池供電。
DS18B20與單片機(jī)的接口電路如圖2所示。DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。
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