IC卡的油耗記錄管理系統

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IC卡的油耗記錄管理系統

IC卡管理系統工作原理總體結構電路設計PC對IC卡的讀寫

2003年11月(1)

摘要   介紹一種基于IC卡的內燃機車燃油消耗的記錄管理系統。在該系統中,現場測試儀擔任油耗率-功率的現場測試,而且能自動指示異常情況,自動記錄半年的數據,且進行分析、處理、存檔、對內燃機車的運行質量進行評估和管理。

關鍵詞    油耗率   功率     內燃機車   記錄   管理    IC卡

內燃機車的燃油消耗是鐵路系統運輸成本的主要部分。內燃機車的油耗量與機車的牽引重量、運行里程有關,此外還與燃油的品質、發動機的工作狀態、司機人員的操作水平有關。對這樣一個重要的運行參數,鐵路部門需要進行有效的測試和管理。本人設計的基于IC卡的油耗記錄管理系統,不僅實現了燃油率-功率的現場測試,而且能自動指示異常情況,自動記錄半年的數據。記錄的數據可以送到PC中進行分析、處理、存檔。這對于內燃機車的運行質量的正確評估和管理,具有重要意義。

1  工作原理

   內燃機的燃油消耗是用油耗率來表示的。油耗率等于燃油消耗量與輸出功率之比,單位為g/kWh。為了計算油耗率,應對單位時間燃油流量和內燃機的功率進行測試。在本系統中,現場數據的采集,油耗率的計算、顯示,都是在以AT89C52單片機為核心的現場測試儀上進行的。該儀器安裝在機車上。記錄的數據存放在E2PROM中。機務段管理人員定期將所記錄的數據取出,送到機務段的PC中,在PC中進行統一管理。

這樣的控制管理系統,按常規應采用串行通信進行數據傳送。但在實際上是行不通的。因為從機車到機務段一般都有相當長的距離,若用導線連結是不現實的。在本系統里,采用了IC卡作為上位機和下位機之間數據傳輸的媒體,通過IC卡將測試儀內的記錄數據送到PC中。也可將測試儀的有關參數,例如燃油比重,該臺機車的標準油耗率-功率曲線等送到測試儀中。這樣,測試儀就成了一個數據采集和記錄的黑盒子,黑盒子里的數據可以用IC卡方便地取出。系統的總體結構如圖1所示。

                       圖1  總體結構

測試儀裝在內燃機車上。實際燃油量等于進油量與回油量之差,采用LWGY型渦輪流量傳感器測試流量。該傳感器輸出的是脈沖信號。

設燃油管流量為q/s,流量計每秒鐘發出脈沖數為n,燃油比重為 ,流量計的儀表常數為C(脈沖數/升),則有如下關系:

若P為機車功率(kW),則油耗率:

           (g/kWh)

柴油機組的輸出功率是通過測定主整流器的輸出電壓和電流獲得。由于電流、電壓信號取自主電氣回路的不同部分,必須通過電量傳感器進行電氣隔離。電壓和電流信號經過放大整形后,通過V/F轉換器,轉換成頻率信號,再經光電隔離后進入計數器。

2 電路設計

    測試儀的主要功能是數據采集,計算油耗率,記錄各個時刻的油耗率-功率數據,并與本臺機車的標準油耗率-功率曲線比較,如果超差11%~12%,則認為出現異常油耗,給出指示,這時操作人員應檢查有無嚴重燃燒不良或漏油現象。

    主電壓和主電流由壓控振蕩器LM331轉換成脈沖信號。所有的輸入量,包括主電壓、主電流、進油流量、回油流量都轉換成為脈沖信號。儀器采用AT89C52中的兩個內部計數據器和8253的兩個計數器,在定時中斷的控制下定時對以上信號計數,即可測出以上數據。

實時時鐘由DALLAS公司的DS12887電路提供。該電路可在外部停電的情況下由內部電池供電維持正常走時,可提供年、月、日、時、分、秒等日期時間信息,并可通過編程作為定時中斷源向AT89C52發中斷請求,該定時時間就是各輸入通道進行數據采集的采樣周期。儀器對采集到的數據進行計算。各個時間對應的油耗率數據和功率數據以及其它數據,記錄在儀器的E2PROM中。

儀器配有IC卡讀寫接口。所用IC卡是ATMEL公司的E2PROM 24C256。該電路采用I2C總線,總線上最多可尋址4塊24C256,如采用頁寫入的方法,讀寫32k字節的時間需10s左右。測試儀采用EDM1079段碼式液晶顯示器顯示讀數??煞謩e顯示如下項目:內燃機車號、當前油耗率(g/kWh)、當前功率(kW)、當前日期(年、月、日)、當前時間(時、分、秒)、上次讀卡日期(年、月、日)、上次讀卡時間(時、分、秒)、上次讀卡至今的總油耗(t)、上次讀卡至今的總能耗(kW·h)。

以上所有數據均存儲在儀器的E2PROM當中,在插入IC卡時一次性讀入。儀器內部的E2PROM也是用的24C256。由于機車大部分運行時間為穩定運行時間,這時的功率,油耗率的變化不大。對沒有變化的數據,可不加記錄。采取壓縮算法,可將半年左右的數據壓縮在30KB的范圍內。

PC對IC卡的讀寫

   管理人員到現場用IC卡取出所有的數據,回機務段以后將IC卡插入PC所帶的IC卡讀寫器,將數據送入PC進行處理。該PC管理全段的所有內燃機車,各臺機車應在PC中進行編號登記。

   在用PC對IC卡進行讀寫時,如在I/O擴展槽插入接口板,需要打開機箱,使用不便??梢岳肞C的并行打印口來完成IC卡的讀寫。

現行的PC,一般都配有一個單向的并行打印接口,其硬件連接如圖2所示。打印適配器雖然接有輸出鎖存器的輸出緩沖器,但由于輸出鎖存器的控制端接地接死,輸入緩沖器只能作為打印輸出校對之用,而不能進行雙向數據傳送。而對24C256的SDA線的操作則必須是雙向的。為此本人設計了圖示線路,在輸出打印口上加了一個三態門74HC125,即可使SDA線實現雙向數據傳送。

               圖2  硬件連接

在PC向24C256傳送數據時,三態門導通,PC的DATA3送出的數據通過三態門寫入24C256。當PC從24C256讀取數據時,三態門截止,24C256的SDA腳上的信息通過打印口的15腳輸入PC。

讀寫器的電源取自PC。PC打印插頭沒有電源腳,但由于讀寫器電流很小,可利用打印適配器中的數據輸出腳供電。采用這樣的措施可以省去讀寫器電源的設計。

讀寫程序用VC++6.0編制。

從圖2可以看出,PC的輸出控制鎖存器的一位接到了SCL線上,其口地址為37AH,PC的輸出數據鎖存器的兩位接到三態門控制端和SDA線上,其口地址為378H。當三態門截止時,SDA線上的數據從輸入緩沖器輸入PC,其口地址為379H。

 

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