轮对检测中轴承检测机信息采集板的设计

    提要：由于车辆段轮对检修线由收轮入口工作站和车轴退卸工作站等十几个工作站点组成，工序繁多，作业复杂，且传统轮对检测的所有工序基本上由人工控制，报表和记录也由人工填写，经常会出现错检和漏判现象，检修效率也比较低。随着列车的不断提速，传统检测方法已越来越不能适应要求。本文阐述了在对传统轮对检测设备进行信息化改造过程中，检测数据实时自动采集的必要性。以轮对检测中轴承检测机信息采集板的设计为例，介绍了数据采集板的工作原理，并从硬件结构和软件设计两个方面具体介绍了采集板的设计。

列车轮对检测数据自动采集板的设计
莫易敏，吴卫华
武汉理工大学机电学院

    摘   要：本文阐述了在对传统轮对检测设备进行信息化改造过程中，检测数据实时自动采集的必要性。以轮对检测中轴承检测机信息采集板的设计为例，介绍了数据采集板的工作原理，并从硬件结构和软件设计两个方面具体介绍了采集板的设计。
    关键词：信息化改造；采集板；单片机；SN74HC245芯片
    车辆轮对在运行过程中会产生擦伤、剥离、龟裂、磨损和裂纹等缺陷，运行一定时间后，要按相关要求对轮对进行检修。由于车辆段轮对检修线由收轮入口工作站和车轴退卸工作站等十几个工作站点组成，工序繁多，作业复杂，且传统轮对检测的所有工序基本上由人工控制，报表和记录也由人工填写，经常会出现错检和漏判现象，检修效率也比较低。随着列车的不断提速，传统检测方法已越来越不能适应要求。
    20世纪90年代以来，许多车辆段以计算机辅助车辆轮对检修信息系统为核心，积极推进轮对检修生产线的信息化建设，主要是过程控制和信息处理的自动化。信息处理，尤其是实时信息处理，有赖于系统能动态感知并提供各种原始数据和信息，尽可能减少人为干预，以保证信息的准确性和实时性，这就需要实时采集轮对的检修信息。本文以轮对检修线上的轴承检测机数据采集模块设计为例，介绍车辆段轮对检测设备数据自动采集模块的实现。中国资产管理网
    一、采集板的组成和工作原理
    轴承检测机工作站传统的检测方法是将检测数据通过计算机并行接口传输给打印机，打印出检测数据。如果要将数据导人到上位机（PC 104)做进一步处理，则可以在检测设备和打印机的两个并行接口之间放置一块数据采集板，以截取并行接口数据，然后通过串口通信电路传给上位机。
    本文所论述的数据采集板，将检测设备所配计算机称为源方，打印机称为目标方。从源方和目标方的并行接口之间截取打印数据，必须设计一个模拟打印机的信号接口。根据其时序要求，接收并存储源方控制信号，并发送给目标方，待目标方收到数据并发回相应的状态信号后，经过接口板回执给源方。这里使用一片MCS-51单片机实现该接口的模拟，可用I/O口设计并行接口电路与打印机并行口连接，读取／传输打印数据，并通过串行口将得到的数据传递给上位机进行处理。采集板主要由MCS-51系列单片机、并行接口电路、RS-232通信电路等组成，见图1。
 

  二、系统硬件设计
    采集板硬件设计的主要难点是并行口电路模块，而看门狗电路、RS-232通信电路以及外围扩展RAM电路的设计技术已非常成熟。
    该模块在计算机和打印机之间相当于一个数据中转站。对计算机而言，是对打印机接口和串口通信电路的模拟；对打印机和串口通信电路而言，则是对计算机接口的模拟。电路中8951单片机具有4×8位并行I/O口及一个串行口，可以用I/O口与计算机和打印机的并行口连接，读取打印数据；并可通过串行口将得到的数据传输给上位机。其中，单片机上的PO口用于读人/写出打印接口的控制信号和状态信号，P1口用于读入/写出打印接口的数据信号，P2口用于并行扩展外围电路。
     数据的截取和发送应分开进行，即在截取数据时禁止数据发送，反之亦然。因此在电路中采用SN74HC245芯片，它是一种八位双向三态缓冲器，广泛应用于微机接口电路，由16个D锁存器组成。其中八个是数据正方向传送，其余八个是数据反方向传送。在PO口连接两个SN74HC245芯片，允许端G之间接一个SN74HCO4反相器，从而始终只能选中一片SN74HC245进行数据传送，P1口连接的两个SN74HC245芯片基于同样的原理。
    三、系统软件设计
    采集板软件的设计应在基于硬件的基础上严格按照打印机接口时序图编写，软件采用MCS-51单片机汇编语言编写。主程序中包括以下子程序。
    1．中断服务程序。接收从计算机传来的数据并存储。
    2．串口发送子程序。将从计算机截取的数据通过串口发送给上位机（PC 104)，并校验发送是否正确。
    3．看门狗程序。对单片机系统进行检测。
    由于看门狗程序较简单，此处仅给出串口发送子程序和中断服务子程序的流程图（图2、图3)。
    由于一次数据通信往往要传输较多的数据，如何保证传送的正确性十分重要，因此在数据传送过程中常伴随数据校验。本系统选用累加和检验的方式来保证数据传输的准确性。

  四、小结
    为掌握打印机的信号时序问题，在软件编写过程中必须注意延时处理。考虑到轮对检修线上检测设备比较多，需要针对不同设备设计不同的采集板，所以在采集板设计时要举一反三，以使其他工作站检修信息采集终端的设计比较简单。本采集板在襄樊北车辆段检修线信息化改造中实际应用效果良好，满足了车辆段信息化改造检测信息需要自动采集的要求。

    参考文献：
    [1] 蔡武德.PC机在现代工业中的应用[j]．林业机械与木工设备，2004.
    [2] 沈泓．从并口读出打印数据[J]．电子计算机与外部设备，1997
    [3] 李朝青．单片机原理及接口技术[M]．北京航空航天大学出版社，1998.