基于I2C總線和SD卡的火車輪軸承溫度采集系統(tǒng)

　　火車輪軸承的損壞將導(dǎo)致重大交通事故，提前預(yù)防是避免事故發(fā)生的最好辦法。現(xiàn)有的軸承溫度采集系統(tǒng)大都不能實(shí)時(shí)采集溫度信息，而且不能大量保存相關(guān)信息供人們分析。本文介紹的火車輪軸承溫度采集系統(tǒng)運(yùn)用高性能的處理器，能夠在火車運(yùn)行的過程中不斷記錄溫度與時(shí)間信息，并實(shí)時(shí)地把相關(guān)信息存儲(chǔ)到SD卡中。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　火車輪軸承溫度采集系統(tǒng)的工作原理是，各測量點(diǎn)通過溫度傳感器獲取軸承溫度信息，隨后通過I2C總線把這些信息轉(zhuǎn)輸給主機(jī)，主機(jī)收到后根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行超溫報(bào)警等動(dòng)作，同時(shí)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SD卡中，以便查詢。該系統(tǒng)以S3C2440A為主控制器，外部各個(gè)溫度傳感器直接掛接在I2C總線上，就可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集，從而簡化了硬件電路。同時(shí)利用S3C2440處理器速度快的特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行采集，并且可以高速地存儲(chǔ)大量溫度信息。通過時(shí)鐘芯片，還可以記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻各測量點(diǎn)溫度的情況。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　主控制器直接采用了Mini2440最小系統(tǒng)板。其處理器為三星S3C2440A，主頻高達(dá)400 MHz，很好地滿足了系統(tǒng)對(duì)速度的要求。在溫度測量方面，選取DS18B20數(shù)字溫度傳感器，它的精確度很好地滿足了設(shè)計(jì)需要，價(jià)格較低，大大降低了開發(fā)成本。在通信方面，選取了I2c總線連接方式。利用處理器2個(gè)I／O口，簡單方便地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集。時(shí)鐘芯片：DS1302還為系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確時(shí)間信息，可讓人們準(zhǔn)確了解具體時(shí)刻各測量點(diǎn)的溫度信息。該部分的示意圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)采用SD卡來擴(kuò)展存儲(chǔ)器。在該系統(tǒng)中，SD卡用于存儲(chǔ)大量的信息，也可以很方便地將相關(guān)信息轉(zhuǎn)出。S3C2440A處理器中集成了SD卡控制器，給硬件電路的設(shè)計(jì)帶來了方便。SD卡硬件連接圖如圖2所示。

　　在軸承溫度采集系統(tǒng)實(shí)際工作中，電源的穩(wěn)定是相當(dāng)重要的。該系統(tǒng)需要5 V、3.3 V的工作電源。+5 V電壓經(jīng)過LM1117穩(wěn)壓后，可以得到+3.3 V的電壓，供Mini2440最小系統(tǒng)板與SD卡電路使用，+5 V的電壓由溫度傳感器、時(shí)鐘芯片等器件使用。電源模塊硬件圖如圖3所示。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成測量點(diǎn)與主機(jī)的通信，以及對(duì)各測量點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)。

　　3.1傳感器數(shù)據(jù)的采集

　　考慮到系統(tǒng)對(duì)溫度采集實(shí)時(shí)性的要求，系統(tǒng)每隔100ms采集1次溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并不間斷地對(duì)整組測量點(diǎn)進(jìn)行輪流采集，確保讓每個(gè)測量點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)能及時(shí)地被主機(jī)處理。數(shù)據(jù)采集軟件流程如圖4所示。

　　3.2主機(jī)數(shù)據(jù)處理和管理軟件的設(shè)計(jì)

　　此模塊軟件的主要任務(wù)是處理采集的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。軟件將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果溫度有大于65℃，將啟動(dòng)報(bào)警程式，并可以根據(jù)溫度的變化趨勢采取相應(yīng)的預(yù)防措施。同時(shí)，在每次讀取傳感器數(shù)據(jù)的過程中記錄此刻的時(shí)間，軟件將保存本次采集的溫度和時(shí)間信息。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)出時(shí)，可以清晰地看到各個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的不同溫度。數(shù)據(jù)處理的軟件流程如圖5所示。