基于MVB总线的列车轴温检测系统研究

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列车技术的发展越发成为了我国工业化进程中的重点,列车安全性、可靠性以及成本等各方面都亟需达到更高的标准。在列车运行期间,转向架轴箱内的轴承在不良工作状态下会产生大量热量,导致轴承寿命缩短,甚至引发安全事故。因此,在列车上加装轴温检测系统,实时检测轴温、预防安全隐患,对保障行车安全具有重要意义。本文针对列车轴温检测的发展现状与趋势,提出了一种适用于列车通信网络(TCN)的车载列车轴温检测系统。TCN网络包括列车级的绞线式列车总线(WTB)和车辆级的多功能车辆总线(MVB),采用MVB作为车辆内部设备控制总线,能提供优秀的响应速度和网络吞吐能力。在每节车厢的前后转向架上各安装一台轴温检测装置,该装置通过接触式的测温方式进行轴温检测,并能直接接入MVB总线。在每个MVB网段都有总线管理器,负责各个轴温检测装置的轮询,同时将数据发送至网关转换协议,再通过WTB总线将数据发送至司机室,在液晶屏上显示轴温数据与报警状态。轴温检测装置是整个系统的关键部分,通过对列车轴温检测的需求分析,在本文中设计了一种新型的轴温检测装置。该装置能在高效获取温度数据的同时进行报警条件判断,并具备MVB1类设备功能,可作为MVB从设备直接接入列车车辆总线,具有结构简单、响应速度快、成本较低的特点。选取数字型温度传感器QT18B20作为轴温测量元件,在转向架的四个轴箱内分别固定一枚,进而间接判断轴承的温度。完成了整体硬件、机械及电气接口设计,并给出了一种新型的线路冗余设计。轴温检测控制器是轴温检测装置的核心,为了简化系统结构,基于单片FPGA完成了控制器的设计。采用业界通用的自上而下的EDA设计方法,将系统顶层设计划分为四大模块,分别是发送模块、接收模块、轴温处理模块和逻辑控制模块。在Quartus II开发环境中使用Verilog HDL硬件描述语言完成各个模块的代码实现,其次使用ModelSim仿真平台对各个模块进行了功能性仿真测试,给出了各模块的仿真波形,再使用在线逻辑分析仪SignalTap II对工作中的芯片进行实时信号采集,完成板级测试与验证。最后搭建了实验平台,对轴温检测装置的系统功能进行测试,具体包括MVB通信测试、温度测量测试以及报警条件判断测试,结果表明该装置能实现预期效果。
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