基于I2C總線(xiàn)和SD卡的火車(chē)輪軸承溫度采集系統

　　火車(chē)輪軸承的損壞將導致重大交通事故，提前預防是避免事故發(fā)生的最好辦法?，F有的軸承溫度采集系統大都不能實(shí)時(shí)采集溫度信息，而且不能大量保存相關(guān)信息供人們分析。本文介紹的火車(chē)輪軸承溫度采集系統運用高性能的處理器，能夠在火車(chē)運行的過(guò)程中不斷記錄溫度與時(shí)間信息，并實(shí)時(shí)地把相關(guān)信息存儲到SD卡中。

　　1 系統設計原理

　　火車(chē)輪軸承溫度采集系統的工作原理是，各測量點(diǎn)通過(guò)溫度傳感器獲取軸承溫度信息，隨后通過(guò)I2C總線(xiàn)把這些信息轉輸給主機，主機收到后根據數據進(jìn)行超溫報警等動(dòng)作，同時(shí)把數據存儲在SD卡中，以便查詢(xún)。該系統以S3C2440A為主控制器，外部各個(gè)溫度傳感器直接掛接在I2C總線(xiàn)上，就可以實(shí)現主機對傳感器數據的采集，從而簡(jiǎn)化了硬件電路。同時(shí)利用S3C2440處理器速度快的特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)對溫度進(jìn)行采集，并且可以高速地存儲大量溫度信息。通過(guò)時(shí)鐘芯片，還可以記錄對應時(shí)刻各測量點(diǎn)溫度的情況。

　　2系統硬件設計

　　主控制器直接采用了Mini2440最小系統板。其處理器為三星S3C2440A，主頻高達400 MHz，很好地滿(mǎn)足了系統對速度的要求。在溫度測量方面，選取DS18B20數字溫度傳感器，它的精確度很好地滿(mǎn)足了設計需要，價(jià)格較低，大大降低了開(kāi)發(fā)成本。在通信方面，選取了I2c總線(xiàn)連接方式。利用處理器2個(gè)I／O口，簡(jiǎn)單方便地實(shí)現了數據的采集。時(shí)鐘芯片：DS1302還為系統提供了準確時(shí)間信息，可讓人們準確了解具體時(shí)刻各測量點(diǎn)的溫度信息。該部分的示意圖如圖1所示。

　　系統采用SD卡來(lái)擴展存儲器。在該系統中，SD卡用于存儲大量的信息，也可以很方便地將相關(guān)信息轉出。S3C2440A處理器中集成了SD卡控制器，給硬件電路的設計帶來(lái)了方便。SD卡硬件連接圖如圖2所示。

　　在軸承溫度采集系統實(shí)際工作中，電源的穩定是相當重要的。該系統需要5 V、3.3 V的工作電源。+5 V電壓經(jīng)過(guò)LM1117穩壓后，可以得到+3.3 V的電壓，供Mini2440最小系統板與SD卡電路使用，+5 V的電壓由溫度傳感器、時(shí)鐘芯片等器件使用。電源模塊硬件圖如圖3所示。

　　3系統軟件設計

　　設計的主要任務(wù)是完成測量點(diǎn)與主機的通信，以及對各測量點(diǎn)溫度數據的采集、處理和存儲。

　　3.1傳感器數據的采集

　　考慮到系統對溫度采集實(shí)時(shí)性的要求，系統每隔100ms采集1次溫度傳感器的數據，并不間斷地對整組測量點(diǎn)進(jìn)行輪流采集，確保讓每個(gè)測量點(diǎn)的溫度數據能及時(shí)地被主機處理。數據采集軟件流程如圖4所示。

　　3.2主機數據處理和管理軟件的設計

　　此模塊軟件的主要任務(wù)是處理采集的數據并存儲數據。軟件將采集到的數據進(jìn)行比較，如果溫度有大于65℃，將啟動(dòng)報警程式，并可以根據溫度的變化趨勢采取相應的預防措施。同時(shí)，在每次讀取傳感器數據的過(guò)程中記錄此刻的時(shí)間，軟件將保存本次采集的溫度和時(shí)間信息。當數據轉出時(shí)，可以清晰地看到各個(gè)時(shí)刻所對應的不同溫度。數據處理的軟件流程如圖5所示。