無縫線路軌溫實時監測系統的實現和應用

摘要：為簡便實時地監測無縫線中的鋼軌溫度，應對鋼軌進行應力散放作業。介紹了無縫線路軌溫實時監測系統的硬件及軟件設計。在該系統中，利用單片機對傳感器進行遠程控制和數據傳輸，借助串行通信實現人機交互控制。該系統目前已投入使用，通過對軌溫的實時測量和數據統計，為軌道監測和維護作業提供了科學的依據。

    關鍵詞：無縫線路 軌溫 溫度應力 傳感器控制 串口通信

當今，世界各國鐵路都在大力發展無縫軌道。無縫軌道的特點是鋼軌中間不留間際，但無縫鋼軌因熱脹冷縮所帶來的長度變化會產生巨大的溫度應力作用，若鋼軌應力散放控制得不好，天熱時可能會造成脹軌跑道，天冷時可能會出現拉斷鋼軌的情況。因此，自無縫軌道問世以來，軌溫監測工作就被放到了一個非常重要的地位。目前，我國的鐵路軌溫監測主要是靠人工定點定時測量完成。這種測溫方法所獲得的監測數據密度小，難以捕捉日、月、年內的最高軌溫和最低軌溫；占用勞動力多、測量誤差大、實時性差，因此難以為鐵路工務作業提供及時、準確、科學的決策依據。

本文所提出的無縫鐵路軌溫實時監測系統就是針對這一情況而設計的。通過控制遠程傳感器實現對負軌溫度測量。并把測得的軌溫數據傳入計算機進行存儲、處理和分析，極大方便了鐵道工作者對軌溫的測量和監控以及制定相應的軌道維護策略。

1 系統框圖

本系統利用89C51單片機及其外圍電路完成對DS18B20單總線數字傳感器的控制和數據傳輸，利用以nRF401無線收發芯片為核心構建的無線收發器完成數據的遠程傳輸，借助單片機和計算機之間的串行通信完成人機交互控制，并用VB語言開發了適應于鐵路溫度測量系統的個性化交互辦是非界面。圖1所示是無線軌溫實時監測系統的原理圖，這種方式具有方便、快捷和靈活的優點、同時克服了工程中布線的困難。

2 硬件實現

按照系統原理圖的設計，整個系統中需要用到的硬件芯片主要包括DS18B20單總線數字傳感器、nRF401無線收發芯片、MCS-51單片機、MAX232等，這些芯片配以相應的外圍電路，構成系統的基本硬件結構。下面對各硬件的特點及其在本系統中使用的相應電路分別進行介紹。

2.1 DS18B20單總線數字傳感器

DALLAS公司的DS18B20單總線數字傳感器工作溫度范圍是-55℃～125℃，在-30℃～85℃范圍內溫度測量精度為±5℃；具有溫度報警功能，用戶可設置最高和最低報警溫度，且設置值掉電不丟失；采用DALLAS公司特有的單總線通信協議，只用一條數據線就可實現與MCU的通信；此外，DS18B20能夠直接從數據線獲得電源，無需外部電池供電。

DS18B20與單片機的接口電路如圖2所示。DQ為數字信號輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。

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