内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现

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1、内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现第11卷第36期2011年12月l671—1815(2011136—9103—04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringV01.11No.36Dec.2011@2011Sci.Tech.Engrg.内燃机车实时油耗检测系统的设计与实现陈鲁倩陈坤杰逢滨(南京农业大学工学院,南京210031)摘要为实现内燃机车柴油消耗的精确测量,提高内燃机车燃油计量水平,针对东风4型机车,设计了一种以单片机为核心的新型多功能随车油耗实时检测与存储装置.该装置设计有内,外双向数据传输窗口,并设有传感器采集装置,实时采集机车运行过程中的油

2、耗数据;同时显示并存储油耗和与之相关的机车参数.最后可以将存储所得的相关数据通过存储介质转存到PC机,进行相关分析.实验结果表明该装置在实际工作环境条件下,保持了良好的测量精度,长期运行的精度可以达到1%的设计要求.关键词内燃机车燃油消耗油耗测量单片机中图法分类号U262.11;文献标志码B近几年,随着经济的发展,我国能源消耗越来越多,因而对能源的节约利用和有效管理变得具有重要意义.在我国铁路系统,铁路运输能耗成本支出约占运输成本总支出的百分之二十j,铁路运输仍以内燃机车占主导地位,所以内燃机车的燃油消耗是铁路系统运输成本的主要部分.目前,我国内燃机车燃油计量仍然主要依靠燃油箱的油位标尺

3、肉眼观测,其油耗测量数据极不准确,给国家带来很大的经济损失.近几年来,一些数字油耗仪的出现使测量方法有了较大改进,使得机车随车油耗实时测量得以实现,但是目前的相关装置在实现人机交互,通用性以及对油耗数据进行大量和永久的存储等问题,还没有得到很好的发展.本文设计一种基于单片机系统的燃油数据实时计量装置.该装置功能齐全,集成有液晶显示屏,能实时显示机车行车过程中必要的油耗相关参数,并且采用大容量存储设备,使得数据存储量问题有极大提高,同时增加GPS模块可以方便的接收2011年9月19日收到,1O月11日修改第一作者简介:陈鲁倩(1986一),女,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向:嵌入式系统应

4、用.E-mail:chenluqian2009@126.corn.通讯作者简介:陈坤杰(1963～),男,教授,研究方向:机电一体化.到行车过程中机车的速度与里程信息.1系统总体设计内燃机车的燃油管路大多是小口径输油管,燃油流量大油耗很小,精确测量油耗的根本是把回油管路的燃油流量进行高精度测量,然后利用"流量差法"得到瞬时油耗J.为了进一步提高测量精度和装置的可靠性,应采用温度传感器对柴油机进出油管处进行温度补偿.该装置将实时采集的机车油量数据进行计算处理,得出所需的油耗;其次通过显示器件将油耗数据以及一些机车相关的参数实时显示,方便行车人员随时进行查看和监督;最后该装置设计将机车行车过

5、程的大量数据通过存储器件进行存储,也可以通过对应数据传输接口将数据转存到上位机电脑.该系统总设计框架如图1所示.1.1STC9OC516AD单片机STC90C516AD单片机是宏晶科技推出的超强抗干扰,低功耗单片机,指令代码完全兼容传统的8051单片机,其结构包括中央处理器(CPU),61K字节的程序存储器(Flash),4352字节的数据存储器(SRAM),3个定时计数器,UART串口,I/O接口,看门狗,8路l0位高速AD转换器等模块.9104科学技术与工程11卷图1内燃机车油耗检测系统结构框图单片机具有抗干扰能力强,工作可靠,体积小,成本低等特点,为仪器,仪表的智能化创造了条件.1

6、.2前端油耗数据采集模块为提高研发仪器的精度,所采用的流量传感器应该适合燃油(柴油)的介质要求,精度要高,抗干扰能力要强,动态响应要好,便于与机车发动机燃油系统连接J.本文选用涡轮流量传感器,涡轮流量传感器是利用流体流动推动叶轮转动,流体流速与叶轮转速成正比,通过测量叶轮转速可得到流体流速进而得到流量值.这种流量传感器具有测量准确度高,量程范围宽,线性好,脉冲输出等优点.选用LWGY型涡轮流量传感器,其测量精度设计最高已经达到0.2%,是同类产品中精度最高的一种传感器.1.3GPS无线通信模块系统上集成了GPS模块,用于获取机车速度和里程等信息,该模块采用瑞士的u—blox公司的NEQ—

7、5Q主芯片此芯片为多功能独立型GPS组,以ROM为基础构架成本低,体积小,信号稳定,能在任何可接收信号的位置进行快速定位.火车大部分时间是在进行匀速运动,除开始加速或者停车减速时显示速度稍微滞后外,匀速时速度误差1km/h内.该数据仅是作为机车速度里程辅助监督作用.1.4液晶显示模块显示器件采用SMG240128A标准图形点阵液晶显示模块,其采用COB工艺制作,结构稳固,使用寿命长.该模块内置T6963C接口型液晶显示控制器,可与M