基于CAN总线的地铁列车空调温度控制性能测试用分布式温度检测系统研制.pdf
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1、252023 年 8 月(总第 442 期)第 51 卷Vol.51第 8 期No.8铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL检验与认证INSPECTION AND CERTIFICATION收稿日期:2022-10-27作者简介:赵宏宇,高级工程师;邓举明,高级工程师;陶志钢,高级工程师0引言在地铁列车空调温度控制性能测试过程中,需采集和显示每辆车车内温度。目前,通常人工方式,利用多个温度计测量,过于繁琐。为了便于开展地铁列车空调温度控制性能测试,验证空调机组对车内温度控制性能,实现远距离自动测量各辆车车内温度,同时在每个检测点能显示所有检测点温度数值,研制地铁列
2、车空调温度控制性能测试用分布式温度检测系统(以下简称“温度检测系统”)。1温度检测系统要求根据地铁列车测试实际需求,提出温度检测系统要求如下。(1)为了同时检测地铁列车各辆车车内温度,设置的检测点位最多为 16 处。(2)检测温度范围为 070,温度检测结果最大允许误差为1。(3)为了便于读取所有检测点温度值,各检测点均可显示本检测点及其他检测点温度。(4)根据每辆车辆长度,并预留一定的距离余量,相邻 2 个检测点间隔距离应不小于 50 m。2温度检测系统设计2.1结构温度检测系统结构如图 1 所示。电源适配器 16电源适配器 1电源适配器 2温度检测模块 1温度检测模块 2温度检测模块 16
3、CANLCANHAC 220 V图 1温度检测系统结构根据实际需要,温度检测系统由 16 个相同温基于 CAN 总线的地铁列车空调温度控制性能测试用分布式温度检测系统研制赵宏宇,邓举明,陶志钢(青岛地铁运营有限公司,山东 青岛 266041)摘要:为了便于开展地铁动车组空调温度控制性能试验,实现多点远距离检测和显示每辆车车内温度,提出基于 CAN 总线的空调温度控制性能试验用分布式温度检测系统设计要求。介绍温度检测系统结构、温度检测模块的硬件和软件组成,并开展验证试验。试验结果表明,温度检测系统设计能够满足设计要求。关键词:地铁动车组;空调;温度控制试验;CAN 总线;分布式;温度检测中图分类
4、号:U266.204.3文献标识码:B文章编号:1006-9178(2023)08-0025-05Abstract:In order to facilitate the test of air conditioning temperature control performance of subway multiple-unitand realize multi-point remote detection and display of internal temperature of each vehicle,the design requirementsof distributed temp
5、erature detection system for air conditioning temperature control performance test based on CANbus are proposed.The structure of temperature detection system,hardware and software of temperature detection module are introduced,and verification test is carried out.The test results show that the desig
6、n of temperature detectionsystem can meet the design requirements.Keywords:Metro EMU;Air Conditioning;Temperature Control Test;CAN Bus;Distributed;Temperature Detection26基于 CAN 总线的地铁列车空调温度控制性能测试用分布式温度检测系统研制检验与认证度检测模块组成。每个温度检测模块具有相同硬件结构和软件程序,由 AC 220 V/DC 24 V 电源适配器供电。每个温度检测模块均接入 CAN 总线。CAN 总线由 CANH
7、通信线和 CANL 通信线组成。每个温度检测模块向 CAN 总线发送各自检测和计算得到的温度数据,并接收其他温度检测模块发送的温度数据。2.2温度检测模块硬件2.2.1硬件组成温度检测模块硬件组成如图 2 所示。电源转换模块DC 24 V电源输入DC 5V 输出DC 3.3 V 输出电源输入引脚电源电路DC 3.3 V-旋转编码开关地址编码电路GPIO 输入引脚CAN 引脚SN65HVD230接线端子CAN 通信电路显示驱动电路GPI0 输出引脚GPIO 输入引脚温度传感器电阻电路温度传感器输入电路微处理器及外围电路图 2温度检测模块硬件组成温度检测模块硬件主要由电源电路、地址编码电路、温度传
8、感器输入电路、微处理器及外围电路、CAN 通信电路和显示驱动电路等组成。其中,微处理器及外围电路以 STM32F1 系列 ARM 芯片为核心。地址编码电路中,3.3 V 电源负极信号经旋转编码开关,输入至芯片 GPIO 输入引脚。温度传感器输入电路中,由温度传感器采集温度,输出的温度信号经过电阻电路后,输入到芯片 GPIO 输入引脚。ARM 芯片对输入的温度信号进行处理、计算,得到温度数值。CAN 引脚与 SN65HVD230芯片通信,同时 SN65HVD230 芯片与接线端子连接。GPIO 输出引脚与显示驱动电路液晶屏连接,驱动液晶屏,显示温度数值。ARM 芯片将检测到的温度数据通过 CAN
9、 总线发送至其他温度检测模块。2.2.2电路2.2.2.1电源电路电源电路由 LM2596S-5.0,AMS1117-3.3 电源芯片和电容等组成。其中,LM2596S-5.0 将输入的 DC 24 V 电源转换为 DC 5 V,为 DS18B20 温度传感器等器件提供电源。AMS1117-3.3 将输入的DC 5 V 电源转换为 DC 3.3 V,为微处理器电路等提供电源。2.2.2.2地址编码电路地址编码电路如图 3 所示。U28421 编码开关654PA2PA3123PA0PA13.3 V-3.3 V-8C21C4图 3地址编码电路地址编码电路主要为微处理器及外围电路中的ARM 芯片提供
10、地址信息。通过操作 8421 编码开关,输入地址编码信息。图 3 中,元件 U2 为 8421 编码开关,编码电路引脚 2 和引脚 5,均与 DC 3.3 V 电源负极连接。元件 U2 的引脚 1 与 ARM 芯片引脚PA0 连接,引脚 3 与 ARM 芯片引脚 PA1 连接,引脚 4 与 ARM 芯片引脚 PA3 连接,引脚 6 与 ARM芯片引脚 PA2 连接。当转动 8421 编码开关时,8421 编码开关内部触点可以自动断开或闭合。AMR 芯片根据检测到的 8421 编码开关输出的高电平或低电平信号,确定 8421 编码开关位置,即编码数字。8421 编码开关闭合表见表 1。27铁道技
11、术监督第 51 卷第 8 期引脚编号1248地址信息0123456789ABCDEF表 18421 编码开关闭合表注:表示引脚输出高电平;表示引脚输出低电平。当编码开关内部导通后,引脚输出低电平。否则,引角输出高电平。2.2.2.3温度传感器输入电路温度传感器输入电路如图 4 所示。321JP2GNDPB0R35 V+图 4温度传感器输入电路JP2 为 3P 连接器,外接 DS18B20 温度传感器。DS18B20 温度传感器是单总线温度传感器芯片,封装形式为 TO-92,供电电源电压为 2.5 V5.5 V,检测温度为-55+125,转换温度时间为 500 ms,待机电流为 1 A。JP2
12、连接器引脚 3连接传感器的电源正极输入端,同时与 5 V 电源正极连接。JP2 连接器引脚 2 连接温度传感器输出信号引脚,同时与 ARM 芯片 GPIO 输入引脚 PB0 连接。JP2 连接器引脚 1 连接温度传感器电源负极输入端,同时与 3.3 V 电源负极连接。R3 为上拉电阻,电阻为 4.7 k,额定功率为 0.25 W。温度传感器通过单总线通信方式将温度数值发送至微处理器芯片 PB0 引脚。2.2.2.4微处理器及外围电路微处理器及外围电路如图 5 所示。微处理器及外围电路中,用 STM32F103C6T6芯片作处理器。这种芯片是基于 ARM Cortex-M3内核的增强型 ARM
13、芯片,封装形式为 LQFP48。主要技术参数如下:最高时钟频率为 72 MHz;电源电压为 DC 2.0 VDC 3.6 V;闪存容量为 32 千字节;RAM 容量为 10 千字节;2 个串行通信接口;1 个 USB2.0 接口;工作环境温度为-40+85;3 个定时器具有内部振荡器;AD 转换器为 21 通道12 位;DA 转换器为 2 通道12 位;调试接口为 SWD;37 个 I/O 端口;外设为 DMA;电机控制方式采用脉冲宽度调制(PWM);通信接口为CAN,I2C,LIN,SPI,UART,USART 和 USB 等。元件 OS1 为无源晶振,频率为 8 MHz,为ARM 芯片提供
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