1 引言 　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，乘列車出行、旅游已成為人們主要的交通方式之一，為了保障列車安全運(yùn)行，定期或不定期地對列車進(jìn)行安全巡檢是一項極其重要的工作，列檢人員在列車到站時需要對列車安全巡檢。一般的巡查管理制度難以核實固定車次、站點和時間，因此難以實現(xiàn)合理規(guī)范化管理。針對這種需求，提出了基于超低功耗單片機(jī)C8051F320的列車安全巡檢儀，結(jié)合計算機(jī)應(yīng)用軟件管理程序，可使鐵路列車巡檢管理工作更規(guī)范更科學(xué)。 　　2 C8051F320單片機(jī)簡介 　　C805lF320是完全集成在混合信號片上的系統(tǒng)型MCU。內(nèi)核采用高速、流水線結(jié)構(gòu)，指令集完全與標(biāo)準(zhǔn)805l兼容，70％的指令的執(zhí)行時間為l或2個系統(tǒng)時鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。片內(nèi)外設(shè)包括電源穩(wěn)壓器（5～3 V）；2個片內(nèi)電壓比較器：全速、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口；通用串行總線（USB）功能控制器（8個靈活的端點管道，集成收發(fā)器和l kB FIF0 RAM）；10位200 Ks／s的17通道單端／差分ADC（帶模擬多路器）；片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器；片內(nèi)電壓比較器；高精度可編程的12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時鐘乘法器；硬件實現(xiàn)SMBus／I2C、增強(qiáng)型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口；4個通用16位定時器；具有5個捕捉／比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器／定時器陣列（PCA）；片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器。存儲器有16 KB可在系統(tǒng)編程的Flash存儲器和2 304字節(jié)片內(nèi)RAM（256字節(jié)內(nèi)部RAM+l KB外部RAM+l KB USB FIFO）。 　　3 系統(tǒng)設(shè)計方案 　　3．1 系統(tǒng)方案說明 為了判斷列檢人員是否到達(dá)指定的地點進(jìn)行安全巡檢，本系統(tǒng)設(shè)計利用i—Button信息鈕作為外部信息載體，與PCF8563高精度時鐘器件相配合，實現(xiàn)巡檢地點（用惟一的注冊碼代替）和時間的準(zhǔn)確記錄，并利用SD35TR液晶顯示模塊顯示時間和注冊碼；巡檢人員可利用TN9紅外測溫模塊測量車軸溫度。為了便于巡檢人員夜間工作，本巡檢儀還具有高亮度的LED照明功能，并預(yù)留USB接口，方便與PC機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，以備日后數(shù)據(jù)處理、查詢。根據(jù)巡檢儀的功能設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖l所示，主要包括主電路、信息采集、溫度采集、液晶顯示和照明電路等模塊。 　　主電路模塊如圖2所示，該模塊以C805lF320單片機(jī)為核心，采用PCF8563為系統(tǒng)提供實時時鐘，并且外擴(kuò)512 KB的E2PROM存儲器24LC512，用于存儲采集信息、溫度和時間；通過C805lF320的片內(nèi)USB控制器外接一個迷你型USB母座作為巡檢儀與PC機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲接口；兩個按鍵作為外部中斷輸入，分別啟動信息采集和溫度采集；蜂鳴器作為提示和報警輸出。主電路還包括電池電壓檢測，用于監(jiān)測電池電量的飽和度。 　　3．2 i-Button信息鈕接口電路 　　i—Button信息鈕是一種堅固的數(shù)據(jù)載體，內(nèi)部光刻ROM含有國際惟一的64位注冊碼，不銹鋼紐扣型外殼，可防塵、防潮、防震。通過l—Wire總線協(xié)議傳輸信號。本系統(tǒng)的i—Button信息鈕采集模塊主要包括DSl990A信息鈕和DS9092信息鈕讀取探頭兩部分。如圖3所示，DSl990A信息鈕的紐扣外形分兩部分作為信號連接；中心為l—Wire總線的I／O連接．周圍為信號地連接。DS9092讀取探頭為杯狀外形，中心為1一Wire總線的I／0連接，周圍為信號地連接，實現(xiàn)與紐扣外形的充分接觸。DS9092背后引出兩條連線，其中一條為1一Wire總線的I／O連接到C805lF320單片機(jī)，另一條則為信號地。由于l—Wire總線為上拉傳輸，故其I／O總線必須連接一上拉電阻至電源。由于信息采集是通過一個低電平按鍵中斷進(jìn)行啟動的，所以在單片機(jī)上再連接一按鍵，提供信息采集中斷信號。 3．3 TN9測溫模塊接口電路 　　TN9紅外測溫模塊采用紅外非接觸測溫，其測溫原理應(yīng)用斯特凡一玻耳茲曼定律和維恩位移定律。TN9模塊引出5條連接線，依次為：電源（V）、SPI數(shù)據(jù)（D）、SPI時鐘（C）、地（G）和測試引腳（A）。其中SPI數(shù)據(jù)（D）和SPI時鐘（C）用于傳輸溫度信息，分別連接C805lF320單片機(jī)的PO．4和P0．2引腳作為SPI總線的MOSI和SCK。測試引腳（A）是TN9測溫模塊的啟動信號，低電平有效，故通過一只1kΩ電阻上拉至3．3 V，再通過按鍵接地，然后連接到C8051F320單片機(jī)的PO．5引腳作為溫度采集的中斷信號。按鍵按下后將測試引腳（A）置為低電平，啟動TN9測溫，同時通知C8051F320準(zhǔn)備接收溫度數(shù)據(jù)。按鍵松開，測試引腳被上拉為高電平并停止測溫。其電路如圖4所示。 3．4 SD35TR液晶顯示模塊接口電路 　　SD35TR液晶顯示模塊采用HTl62l作為顯示驅(qū)動器。全顯示有4個數(shù)字位、1個冒號和1個小數(shù)點。亮度調(diào)節(jié)分為4級，并用4個發(fā)光二極管做為背光光源。液晶顯示模塊的接口共有6條引出線，依次為：LED背光源正極（Vcc）、電源正極（Vdd）、地（Vss）、串行數(shù)據(jù)輸入（DATA）、寫信號（WR）、片選信號（CS）。其中三線串行接口串行數(shù)據(jù)輸入（DATA）、寫信號 （WR）和片選信號（CS）分別連接C805lF320單片機(jī)的P2．7、P2．6和P2．5引腳，直接采用單片機(jī)模擬總線控制SD35TR液晶顯示模塊。其電路如圖5所示。 [align=left] 　　4．1 系統(tǒng)主流程圖[/align][align=left]　 　本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)（從DSl9—90A）、溫度測量（列車軸承溫度）、存儲數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)的功能。系統(tǒng)初始化后，先檢測電池電壓，然后檢測按鍵。若無按鍵按下或按鍵無效時則讀取并顯示一次時間；若有按鍵按下并且有效時，則執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序，子程序執(zhí)行完后再讀取并顯示一次時間。此后程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待中斷喚醒，返回到電池電壓檢測進(jìn)行循環(huán)。中斷在本系統(tǒng)設(shè)計中只執(zhí)行喚醒功能。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖6所示。[/align] 　　進(jìn)入信息鈕信息采集子程序時，首先關(guān)閉所有中斷，然后發(fā)送初始化脈沖。初始化成功后，單片機(jī)發(fā)送DSl990A的讀ROM命令。按位讀取其64位注冊號并進(jìn)行校驗，通過后單片機(jī)將顯示“PASS”5秒，蜂鳴器短響一聲，表示信息鈕的注冊碼讀取成功。同時讀入采集時間并和采集到的信息一同存入E2PROM。整個過程中，如果初始化或校驗失敗，程序?qū)@示“Err”5秒、蜂鳴器長響一聲，表示信息鈕讀取失敗。信息鈕信息采集流程如圖7所示。 　　4．3 紅外測溫模塊 　　進(jìn)入測溫子程序后，關(guān)閉所有中斷，再使能C805lF320的SPI功能，讀入一個字節(jié)數(shù)據(jù)，然后禁止SPI功能復(fù)位計數(shù)器；判斷數(shù)據(jù)是否為0DH，若不是就返回到SPI使能進(jìn)行循環(huán)，若是則數(shù)據(jù)校驗。校驗通過后，計算實際溫度值并將數(shù)值顯示5秒、蜂嗚器短響一聲，表示溫度采集成功。同時讀入測溫時間將其和溫度數(shù)據(jù)一起存入EEpROM。程序中若校驗沒有通過則顯示“Err”5秒、蜂鳴器長響一聲，表示溫度采集失敗。其流程如圖8所示。 [align=left] 5 結(jié)語[/align] [align=left]　　列車安全巡檢儀是以C8051F320單片機(jī)為核心，實現(xiàn)了離線信息采集、軸溫檢測、照明等功能，有效監(jiān)督鐵路列車安全工作。該巡檢儀具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小、低功耗和性能可靠等優(yōu)點。實驗證明，該巡檢儀工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、操作方便，從而說明該巡檢儀軟硬件設(shè)計比較合理，具有廣闊的應(yīng)用前景。　 [/align]