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摘要：现有东风系列内燃机车均使用步进电机来间接控制柴油机的升降速，步进电机的升降速则是由步进电机驱动器控制的，不能显示步进电机的工作状态，当柴油机发生升降速的故障时，机车上没有直观的仪器来显示出步进电机的工作状态，所以柴油机升降速电路的有些故障排除比较困难。本文提出一种便携式的检测步进电机工作状态的仪器，该仪器可以替代大型测试设备，方便在机车上使用，当发生步进电机故障时，技术人员可以通过该仪器显示的数据判断故障原因，然后采取相应的处理措施，给故障排除提供方便。
为解决柴油机升降速电路的故障排除困难，本文提出一种便携式的检测步进电机工作状态的仪器，该仪器可以替代大型测试设备；该仪器可以显示步进电机的正转、反转、步进电机步数、运行时间、三相故障等参数。该仪器由“光电隔离电路”、“采样电路”、“51单片机”、“AVR单片机”、“薄膜键盘”、“液晶显示屏”组成。步进电机的三相绕组分别连接到步进电机驱动器的三相驱动MOS管的漏极上，该仪器的“光电隔离电路”的输入信号同样取自步进电机驱动器三相MOS管的漏极，当MOS管没有导通的时候，MOS管上为高电平，当MOS管导通时为低电平，“光电隔离电路”正是根据MOS的高低电平的变化来工作的。
“光电隔离电路”的输出信号连接到“采样电路”的输入端，在“采样电路”中，对输入的信号进行高频、低频滤波，去掉干扰波，然后送入施密特触发器，将高低电平信号改变为标准方波信号，然后送到51单片机进行软件滤波，到此仪器对输入信号的接收宣告完成。 “51单片机”在将收到的信号处理之后发送给“AVR单片机”，“AVR单片机”的程序在液晶顯示屏上显示出步进电机的正转、反转、步进电机步数、运行时间、三相故障等参数，“薄膜键盘”起到人机接口的作用，让操作人员利用键盘调用AVR单片机的相应程序，让液晶显示屏显示不同的画面。
C语言程序设计部分说明：程序上主要分为三大部分，分别为：初始化部分、开机动画部分、主页面部分。
1、初始化部分。程序上对单片机的输入输出口进行置位，设计定时器函数做到精确的定时，将液晶屏的复位端口拉低为低电平并保持几十毫秒，然后将复位端口再拉为高电平，复位完成。单片机的复位为单片机内部电路完成，上电时的RESET引脚上的低电平使得AVR单片机内部启动复位电路，单片机所有的寄存器全部设为初值0x00。
2、开机动画部分。当单片机和液晶屏初始化完成后，单片机将运行液晶屏的图片显示程序，图片为铁路路徽样式，其实现原理为：使用取模软件将图片转换为8位无符号整数型数组，将数组的数据写入到液晶屏的绘图地址中，启动液晶屏的绘图功能，即完成图片的显示。在开机图片显示3秒钟之后，再显示汉字和英文的启动动画，该启动动画的显示原理为：将显示地址写入液晶屏的显示地址寄存器，然后写入两个字节长度的十六进制编码将相应的汉字显示出来，在显示汉字的同时添加延时程序，使得汉字和英文通过延时程序间断显示，让人看起来带有动画的效果。
3、主页面部分。开机动画结束之后，随即液晶屏显示主页面，在主页面程序中设置页面变量，程序通过查询页面变量来调用相应的页面程序，页面程序使得画面在“说明书菜单”、“检测功能菜单”、“系统版本菜单”三个画面之间切换。
“说明书菜单”：说明书的文字分为三页来显示，每一页分别介绍该仪器的使用方法，连接线与驱动器的连接方法，检测功能的显示项目，同时在每一页中都会显示按键，提示按键所起到的功能，通过说明书菜单，可以让用户简单直接的掌握仪器的用法。在按键中，有“下一页”和“返回”两种功能。在说明书菜单的程序中，按键检测程序始终在循环运行，时刻检测按键的变化，来调用相应的函数。
“检测功能菜单”：通过按键选择进入“检测功能菜单”后，该菜单中显示步进电机的时间、脉冲计数、转动方向、故障信息、按键说明、三相故障参数。只要仪器按照说明书中的使用方法正确连接驱动器，那么该菜单中的参数会立即显示出来，这些参数会根据驱动器的运行实时更新，如果与驱动器的连接错误，或者驱动器本身故障，那么仪器会显示故障信息、并提示用户进一步排查。按键中设置了返回键和清零键，清零键的作用是将显示的数据全部清零，不再保留之前的变量值，返回键的作用是让液晶屏的画面切换回主页面。
“系统版本菜单”：通过按键进入该菜单，该菜单会显示软件的设计版本，并带有按键的提示，帮助用户查看版本信息和帮助信息，返回键的作用是让液晶屏的画面切换回主页面。
具体实施方式：检测机由四节5号电池供电，工作电压5V，外观上分别设计了铭牌、液晶屏、薄膜键盘、航空插头、开关。检测仪通过航空插头的三根信号线分别连接到步进电器驱动器的A、B、C三相绕组驱动MOS管的漏极上，另外检测仪的供电电路中与步进电机驱动器共地。当使用检测仪时，需要将航空插头的三根线与步进电机启动器连接，将检测仪的地线与驱动器的地线连接，然后打开检测仪的开关，通过薄膜键盘操作检测仪即可。
结论：该仪器通过液晶屏配合单片机设计了一种人性化的菜单选择界面，方便使用者快速查看设备工作状态，体现了设备的便携性，小型化快速查看的特点方便了从业人员。
为解决柴油机升降速电路的故障排除困难，本文提出一种便携式的检测步进电机工作状态的仪器，该仪器可以替代大型测试设备；该仪器可以显示步进电机的正转、反转、步进电机步数、运行时间、三相故障等参数。该仪器由“光电隔离电路”、“采样电路”、“51单片机”、“AVR单片机”、“薄膜键盘”、“液晶显示屏”组成。步进电机的三相绕组分别连接到步进电机驱动器的三相驱动MOS管的漏极上，该仪器的“光电隔离电路”的输入信号同样取自步进电机驱动器三相MOS管的漏极，当MOS管没有导通的时候，MOS管上为高电平，当MOS管导通时为低电平，“光电隔离电路”正是根据MOS的高低电平的变化来工作的。
“光电隔离电路”的输出信号连接到“采样电路”的输入端，在“采样电路”中，对输入的信号进行高频、低频滤波，去掉干扰波，然后送入施密特触发器，将高低电平信号改变为标准方波信号，然后送到51单片机进行软件滤波，到此仪器对输入信号的接收宣告完成。 “51单片机”在将收到的信号处理之后发送给“AVR单片机”，“AVR单片机”的程序在液晶顯示屏上显示出步进电机的正转、反转、步进电机步数、运行时间、三相故障等参数，“薄膜键盘”起到人机接口的作用，让操作人员利用键盘调用AVR单片机的相应程序，让液晶显示屏显示不同的画面。
C语言程序设计部分说明：程序上主要分为三大部分，分别为：初始化部分、开机动画部分、主页面部分。
1、初始化部分。程序上对单片机的输入输出口进行置位，设计定时器函数做到精确的定时，将液晶屏的复位端口拉低为低电平并保持几十毫秒，然后将复位端口再拉为高电平，复位完成。单片机的复位为单片机内部电路完成，上电时的RESET引脚上的低电平使得AVR单片机内部启动复位电路，单片机所有的寄存器全部设为初值0x00。
2、开机动画部分。当单片机和液晶屏初始化完成后，单片机将运行液晶屏的图片显示程序，图片为铁路路徽样式，其实现原理为：使用取模软件将图片转换为8位无符号整数型数组，将数组的数据写入到液晶屏的绘图地址中，启动液晶屏的绘图功能，即完成图片的显示。在开机图片显示3秒钟之后，再显示汉字和英文的启动动画，该启动动画的显示原理为：将显示地址写入液晶屏的显示地址寄存器，然后写入两个字节长度的十六进制编码将相应的汉字显示出来，在显示汉字的同时添加延时程序，使得汉字和英文通过延时程序间断显示，让人看起来带有动画的效果。
3、主页面部分。开机动画结束之后，随即液晶屏显示主页面，在主页面程序中设置页面变量，程序通过查询页面变量来调用相应的页面程序，页面程序使得画面在“说明书菜单”、“检测功能菜单”、“系统版本菜单”三个画面之间切换。
“说明书菜单”：说明书的文字分为三页来显示，每一页分别介绍该仪器的使用方法，连接线与驱动器的连接方法，检测功能的显示项目，同时在每一页中都会显示按键，提示按键所起到的功能，通过说明书菜单，可以让用户简单直接的掌握仪器的用法。在按键中，有“下一页”和“返回”两种功能。在说明书菜单的程序中，按键检测程序始终在循环运行，时刻检测按键的变化，来调用相应的函数。
“检测功能菜单”：通过按键选择进入“检测功能菜单”后，该菜单中显示步进电机的时间、脉冲计数、转动方向、故障信息、按键说明、三相故障参数。只要仪器按照说明书中的使用方法正确连接驱动器，那么该菜单中的参数会立即显示出来，这些参数会根据驱动器的运行实时更新，如果与驱动器的连接错误，或者驱动器本身故障，那么仪器会显示故障信息、并提示用户进一步排查。按键中设置了返回键和清零键，清零键的作用是将显示的数据全部清零，不再保留之前的变量值，返回键的作用是让液晶屏的画面切换回主页面。
“系统版本菜单”：通过按键进入该菜单，该菜单会显示软件的设计版本，并带有按键的提示，帮助用户查看版本信息和帮助信息，返回键的作用是让液晶屏的画面切换回主页面。
具体实施方式：检测机由四节5号电池供电，工作电压5V，外观上分别设计了铭牌、液晶屏、薄膜键盘、航空插头、开关。检测仪通过航空插头的三根信号线分别连接到步进电器驱动器的A、B、C三相绕组驱动MOS管的漏极上，另外检测仪的供电电路中与步进电机驱动器共地。当使用检测仪时，需要将航空插头的三根线与步进电机启动器连接，将检测仪的地线与驱动器的地线连接，然后打开检测仪的开关，通过薄膜键盘操作检测仪即可。
结论：该仪器通过液晶屏配合单片机设计了一种人性化的菜单选择界面，方便使用者快速查看设备工作状态，体现了设备的便携性，小型化快速查看的特点方便了从业人员。