中铁一局集团新运工程有限公司朔黄铁路肃宁分公司
摘要：机车充排风智能管理系统设计以ARM处理器为控制核心，综合智能采集技术、模拟采集技术、人机交互技术、智能嵌入分析技术；实时采集机车充风状态、排风状态、充排风时长、总风压力值、蓄电池电压值参数；实时对参数进行智能化分析；实时提醒当前机车充排风状况、风压越限状况、蓄电池越限状况。
关键词：ARM处理器；数据采集；模拟采集；人机交互；嵌入程序
引言
目前我国大部分机车的充排风系统还是手动、半自动的状况，充排风相关参数也缺少全面的监控。
机车的充排风操作被机车大闸所控制，通过手动操作大闸便可以实现充排风的控制。但要实现对充排风的精细化、智能化管理，仅依靠目前的手动操作大闸还很难做到，机车的相关蓄电池电压参数也没有被监控。
一 总体设计架构
1.1 系统组成
机车充排风智能化管理系统物理结构上分为三部分：控制主机、外置传感器、传输线缆及组件。
外置传感器：为总风压力传感器，采用4-20ma传输信号，避免了传输线路的信号损耗、干扰的影响。
传输线缆及组件：包括1路直流110V电源线（2芯）、2节蓄电池电压采集线缆（4芯）、1路总风压力采集线（5芯）、1个RS485通信线（3芯）。
控制主机：包括金属机壳、主电路板、喇叭、液晶显示器、带键盘的PVC显示膜、航空插座。
1.2 系统工作原理
充排风运转管理：通过TAX机箱RS485口，实时读取当前车型号、车辆数、车次、是否本补级、列车管压力，并根据读到的参数检索到对应的机车充排风压力升降变化标准参考值，并实时记录列车管压力升降变化量、变化累计时间，当变化值达到充排风触发值时开始计时，当计时时间达到报警值时开始报警，从而实现机车充排风过程及结果的及时提醒和告警。
二 外观设计
机壳示意图如下所示。
三 处理器电路设计
处理器采用cortex-M3增强型ARM内核，型号为STM32F103RBT6。处理器flash内存128K，SRAM内存48K，主频72MHZ，工作温度范围 -40ºC～85ºC，工业级。时钟电路采用外置无源8MHZ晶振（处理器内部倍频到72MHZ）,晶振参数为20ppm，带屏蔽罩。电源用3.3V,线性稳压电源，纹波50mv，电源监控采用IMP803SEUR,保证电源供电可靠工作。电路方案如下。
四 系统电源电路设计
总电源输入： 采用直流110V电源输入，输入范围60V～150V。
直流24V工作电源：采用DC-DC隔离电源模块，采用外部直流110V电源输入，输入范围60V～150V，输出功率10W,输出纹波50mv。24V电源为外部外部压力传感器采集电路、其它稳压电源电路提供电源输入。
直流12V电源：采用非隔离的DC-DC芯片设计。输入24V,输出12V，输出电流500mA 纹波50mv。12V电源为语音功放电路。
直流5V电源：采用非隔离的DC-DC芯片设计。输入12V,输出5V，输出电流1A, 纹波50mv。5V电源为数字采集电路、AD转换器、3.3V稳压芯片提供电源输入。
直流3.3V电源：采用低压差线性稳压芯片1117实现。输入5V，输出,3.3V，输出电流500mA, 纹波50mv。3.3V电源为ARM处理器及其外围电路提供电源。
隔离电源5V：采用隔离DC-DC模块实现，输入24V，输出5V/1W。
整机电源设计方案如下图所示。
五 TAX机箱通信电路设计
TAX机箱通信接口为RS485口。为保证可靠的电气性能，要保证通信接口输入输出的完全电气隔离。本电路采用专用的磁隔离方案：ADM2483隔离芯片。
隔离芯片的输入端电气为3.3V电气系统, 输出端（TAX箱）电气为5V_485电气系统，3.3V和5V_485之间的电气隔离度为1500V，设计电路原理图如下。
六 总结
要实现机车充排风的精细化、智能化管理，就要到达以下管理水平：①能够实时监控充排风的工作状态、充排风时长；②能够实时监控机车总风压值；③能够实时监控机车的蓄电池电压值；④能够准确实时的对当前充排风事件进行计时和分析；⑤能够实时对充排风计时进程进行提醒、报警；⑥能够实时对总风压值越限进行提醒、报警；⑦能够实时对蓄电池电压越限进行提醒、报警；⑧能够提供一体化的语音、显示、键盘人机交互界面。对于目前的大多说机车而言，还不具备这种精细化、智能化的管理手段。
参 考 文 献
[1] danfoss．Pressure transmitter for industrial applications Type MBS 3000，2006
[2] mornsun．K78xx-1000(L)系列，2014
[3] SHEN ZHEN JINGCHENG．JM12864EC-YLY SPEC，2012
论文作者:岳恒利
论文发表刊物:《基层建设》2017年1期
论文发表时间:2017/4/11
标签：排风论文; 机车论文; 电源论文; 风压论文; 实时论文; 电路论文; 蓄电池论文; 《基层建设》2017年1期论文;