基于STM32F103C8单片机的铁路车辆无线轴温报警仪设计

史 骏，冯小庭，毕恩兴，代礼前

(西安铁路职业技术学院机电工程学院，陕西 西安 710014)

基金项目：陕西省教育厅2019年专项科学研究计划项目（19JK0697）

作者简介：史骏(1984—)，男，副教授，硕士，主要从事铁道车辆、动车组检修和控制理论方面的研究,79487571@qq.com.

摘要：针对现有铁路车辆轴温探测系统（THDS）存在温度检测盲区、实时性差、故障点指示效率低等不足，设计了一款铁路车辆无线轴温报警仪。该设备以STM32F103C8型单片机为控制核心，采用NE555定时器设计了发光闪烁报警电路；采用RF24L01模块实现轴温历史数据无线查看功能；采用K型热电偶加MAX6675、LM75A芯片实现轴承温度与环境温度的检测。为保障轴承温度检测的准确性，以铂电阻温度计为标准，采用最小二乘法对K型热电偶温度计算函数进行了曲线拟合。实验结果证明，该设备可以满足铁路车辆轴温检测的要求。

关键词：轴温检测；铁路车辆轴温探测系统；曲线拟合；最小二乘法

中图分类号：TH811   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)10-0063-05

随着第一次铁路大提速，我国铁路货运逐步向运行速度快、牵引质量大、运行密度高的方向发展。轴温作为铁路货车行驶的安全检测项目，也越来越被重视。轴温过高会出现燃轴、热切现象，从而导致货车出现脱轨、倾覆等事故^［1］。针对上述问题，铁路公司现阶段主要采用铁路车辆轴温检测系统(THDS)^［2］对轴温进行监测，但现有的检测系统存在以下4点不足^［3］：

1)THDS是地面检测站，采用的是定点检测方式，两个检测站之间存在监测空白区；

2)THDS检测出的数据主要由货车运用各级主管部门负责提出主导性意见，故障的最终确认要依靠现场人员的经验，存在漏检的可能性；

3)铁路货车编组较长，虽然THDS中包含车号检测装置，但是人工复检时轴承检修人员找到对应故障点的效率不高；

4)THDS从检测出故障到现场检修人员查找到故障点所需时间较长，当轴承检修人员抵达故障点时，轴承温度并不是发生故障时的温度，故障判断依然要依靠轴承检修人员的经验，存在漏检的可能。

本文主要针对现有轴温检测系统的不足设计了一种铁路车辆无线轴温报警仪，该设备采用钕磁铁直接吸附在转向架侧架上^［4］，能够实时监测车辆轴承温度。当车辆轴承温度大于90 ℃或与环境温度差大于40 ℃时，该设备发光报警电路将会闪烁报警，主动提示故障点的位置。检修人员在到达故障点后可以通过无线通信方式查询轴温的历史数据。该设备可大幅度提高轴承检修人员的工作效率，减小故障轴承漏检的概率。

1 无线轴温报警仪硬件设计

铁路车辆无线轴温报警仪的硬件系统分为发送与接收两部分，具体的系统框图如图1,2所示。硬件系统主要以STM32F103C8单片机最小系统为核心^［5］，通过I2C总线与LM75A芯片连接实现对环境温度的测量。轴承温度信号由K型热电偶采集,经MAX6675芯片A/D转换后通过I/O接口发送给单片机，实现对轴温的检测。RF24L01芯片通过SPI接口与单片机相连可以实现无线数据的通信。发光报警电路通过I/O接口与单片机相连可以实现故障点指示。