C8051F320列车安全巡检仪的设计

　　1 引言

　　随着科学技术的发展, 乘列车出行、旅游已成为人们主要的交通方式之一, 为了保障列车安全运行, 定期或不定期地对列车进行安全巡检是一项极其重要的工作, 列检人员在列车到站时需要对列车安全巡检。一般的巡查管理制度难以核实固定车次、站点和时间, 因此难以实现合理规范化管理。针对 这 种 需 求 , 提 出 了 基 于 超 低 功 耗 单 片 机C8051F320 的列车安全巡检仪, 结合计算机应用软件管理程序, 可使铁路列车巡检管理工作更规范更科学。

　　2 C8051F320 单片机简介[1][2]

　　C8051F320 是完全集成在混合信号片上的系统型 MCU。内核采用高速、流水线结构, 指令集完全与标准 8051 兼容, 70%的指令的执行时间为 1 或 2 个系统时钟周期, 只有 4 条指令的执行时间大于 4 个系统时钟周期。片内外设包括电源稳压器(5～3 V);2 个片内电压比较器; 全速、非侵入式的在线系统调试接口; 通用串行总线(USB) 功能控制器(8 个灵活的端点管道, 集成收发器和 1 kB FIFO RAM); 10 位200 Ks/s 的 17 通道单端/差分 ADC ( 带模拟多路器); 片内电压基准和温度传感器; 片内电压比较器; 高精度可编程的 12 MHz 内部振荡器和 4 倍时钟乘法器; 硬件实现 SMBus/I2C、增强型 UART 和增强型 SPI 串行接口; 4 个通用 16 位定时器; 具有 5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA); 片内上电复位、VDD 监视器和时钟丢失检测器。存储器有 16 KB 可在系统编程的 Flash 存储器和 2 304 字节片内 RAM (256 字节内部 RAM+1 KB 外部 RAM+1 KB USB FIFO)。

　　3 系统设计方案

　　3.1 系统方案说明

　　为了判断列检人员是否到达指定的地点进行安全巡检, 本系统设计利用 i- Button 信息钮作为外部信息载体, 与 PCF8563 高精度时钟器件相配合,实现巡检地点( 用惟一的注册码代替) 和时间的准确记录, 并利用 SD35TR 液晶显示模块显示时间和注册码; 巡检人员可利用 TN9 红外测温模块测量车轴温度。为了便于巡检人员夜间工作, 本巡检仪还具有高亮度的 LED 照明功能, 并预留 USB 接口, 方便与 PC 机数据转储, 以备日后数据处理、查询。根据巡检仪的功能设计了系统结构框图, 如图 1 所示, 主要包括主电路、信息采集、温度采集、液晶显示和照明电路等模块。

　　主电路模块如图 2 所示, 该模块以 C8051F320单片机为核心, 采用 PCF8563 为系统提供实时时钟, 并且外扩 512 KB 的 E2PROM 存储器 24LC512,用于存储采集信息、温度和时间; 通过 C8051F320的片内 USB 控制器外接一个迷你型 USB 母座作为巡检仪与 PC 机的数据转储接口; 两个按键作为外部中断输入, 分别启动信息采集和温度采集; 蜂鸣器作为提示和报警输出。主电路还包括电池电压检测, 用于监测电池电量的饱和度。