城市轨道交通车辆检测课程设计学位论文.docx
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城市轨道交通车辆检测课程设计学位论文
检测与传感技术课程设计
列车司机综合监测系统（DMS）设计
学院：
城市轨道交通学院
系（教研室）：
车辆工程系
课程名称：
检测与传感技术
课程代号：
109147
适用专业：
机械工程及自动化（城市轨道交通车辆工程）
姓名：
潘汪洋
学号：
101112215
指导教师：
尧辉明
上海工程技术大学
城市轨道交通学院
2015.11
目录
1.概述1
2.总体方案1
2.1技术条件2
2.2总体方案3
3.个人项目具体分工4
4.单片机的选择5
4.1单片机的简介…………………………...………..…………...5
4.2STM32单片机的技术参数………………………………….6
5.设计过程6
5.1硬件的连接……………………………………………………7
5.2编写程序…………………………..……………………….……………………8
5.3照度传感器的程序调试………………….…………………..18
6.总结18
7.结束语19
8.参考文献20
列车司机综合监测系统（DMS）设计
1.概述
现如今城市轨道交通在中国的很多城市交通中占有着举足轻重的作用，在未来的时间里它还将在更多的城市发展，人们对地铁列车安全性和舒适性等方面的要求也越来越高。
因而它吸引了一大批人对其发展和完善的关注。
作为城市轨道交通学院的学生，我们对城市轨道的关注度和敏感度不亚于任何人。
轨道车辆的空调和照明系统作为新型轨道车辆的舒适度系统,随着技术的进步，空调温度和湿度的调控变得更加智能化和实时化，客室的照明系统能够根据背景的光照强度自动调节。
但也增加了轨道车辆车厢舒适度系统的复杂性。
同时，轨道车辆的轴承始终处于高速运动中，机车和钢轨的频发冲击会造成车辆轴承的发热，当轴承磨损和产生缺陷时，会造成机损从而影响车辆的正常运行，甚至出现热切轴，直接导致车辆发生故障翻车，给国家和社会在铁路运输造成巨大的经济损失。
如何保障轨道车辆车厢空调、照明系统和车辆运行的安全、可靠性已经越来越受到人们的关注。
进行客室温湿度、照度以及轴温的实时监测、从而进行故障诊断与监测是保证轨道车辆车厢空调和照明系统正常运行,保障旅客行车安全性和舒适性的有效方法。
而让司机进行实时监控，保证车辆的运行安全以及乘客的乘坐舒适度也是城轨发展的大势所趋。
2.总体技术条件
2.1技术条件
根据GB9673-1996《公共交通工具卫生标准》：
本标准规定了旅客列车车厢、轮船客舱、飞机客舱的微小气候、空气质量、噪声、照度等标准值及其卫生要求。
本标准适用于旅客列车车厢、轮船客舱、飞机客舱等场所。
空调温度：
冬季18~20℃夏季24~28℃非空调＞14℃
相对湿度：
40~70%
照度：
客室≥75lx
根据《铁道技规》：
走行部监测装置报警现象及处理第二十六条走行部监测装置报警现象及处理：
1.相对温升报警：
列车在运行中，某轴位温升超过55℃（含55℃）而显示的该轴位实际温度未达90℃时，设备声光报警。
乘务员应密切注意相应轴位温升情况，同时加强后部了望，如观察走行部无异常情况且温度未升至90℃，可维持运行回段（或运用整备点）报活处理。
2.绝对温度报警：
当某轴位温度显示达到或超过90℃时，乘务员应在前方
最近的站内停车（注意不要大减压或紧急停车），停车后用手背接触检查确认该轴位温度，在确认温度达到90℃时，在应急处理无效时应请求更换机车。
2.2总体方案
设计思路：
为了监测客室的温湿度和照度，我们需要购买采用相应的传感器进行采集。
随后我们要将采集到的数据传输到单片机上。
由于传感器和单片机的传输距离比较近，因此我们直接采用杜邦线来传输。
既经济又方便，然后我们要将采集到的数据存储到对用的存储设备中。
应该思考我们采用了我们都较为熟悉的sd卡。
最后则是将数据传输到司机室的显示屏上。
由于传输的距离较远，在一百米左右。
因此我们考虑采用2.4G无线传输，能够达到传输距离的要求。
司机室的单片机接受到数据之后，将其传输到显示屏上显示出来。
设计步骤：
1、查找资料并进行实地调研选取设计方案；
2、基于相关资料进行传感器的选型；
3、数据采集系统的选择；
4、组装调试编写代码；
5、传感器信号的调理和采集；
6、对接受的数据进行显示、评价和分析。
系统结构图如下：
3．个人项目具体分工
黎萱：
车辆轴温监测系统的安装工装设计
陈凯豪：
车辆轴温监测系统的传感器的数据采集模块设计
孙大吉：
车辆轴温监测系统的SD卡的存储或其他存储模块设计
钟国浩：
基于无线射频技术轴温监测系统的数据传输模块设计
康炯杰：
客室空调温湿度监测系统的安装工装设计
林立：
客室照度监测系统的安装工装设计
潘汪洋：
客室舒适度监测系统的传感器的数据采集模块设计
张志豪：
客室舒适度监测系统的SD卡存储或其他存储模块设计
张飞翔：
基于无线射频技术的客室舒适度监测系统的数据传输模块设计
管晓杰：
列车司机综合监测系统的数据接收模块设计
庄雪儿：
列车司机综合监测系统的单片机显示模块设计
4.单片机的选择
4.1单片机的简介
单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等
4.2STM32单片机的技术参数
STM32F103ZE参数
STM32F103ZE存储器
程序存储器类型
Flash
Prog.（Bytes）
512K
RAM（Bytes）
64K
STM32F103ZE性能参数
工作频率
72MHz
16-bit定时器
4
SPI
3
I2S
2
I2C
2
USART
5
USB
1
CAN
1
SDIO
1
GPIOs
112
引脚
144
电压（V）
2to3.6
STM32F103ZE封装与引脚
LQFP144
5．设计过程
5.1硬件的连接
•按照DHT11的说明书，传感器的Vcc口接单片机的5v电源口，传感器的Data口接单片机的PC6口，传感器的GND口接单片机的GND口。
连接方式为杜邦线。
随后将J-linkARM仿真器连接到单片机上。
如图所示。
5.2编写程序
5.2.1软件选择
编写程序采用keil编程软件
Keil是美国KeilSoftware公司出品的单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。
5.2温湿度传感器数据采集模块的调试
5.2.1温湿度传感器的程序编写
DHT11.C的编写
#include"DHT11.h"
#include"delay.h"
/*
*函数名：
DHT11_GPIO_Config
*描述：
配置DHT11用到的I/O口
*输入：
无
*输出：
无
*/
voidDHT11_GPIO_Config（void）
{
/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
/*开启GPIOD的外设时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE）;
/*选择要控制的GPIOD引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
/*设置引脚速率为50MHz*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
/*调用库函数，初始化GPIOD*/
GPIO_Init（GPIOC,&GPIO_InitStructure）;
/*拉高GPIOD12*/
GPIO_SetBits（GPIOC,GPIO_Pin_6）;
}
/*
*函数名：
DHT11_Mode_IPU
*描述：
使DHT11-DATA引脚变为输入模式
*输入：
无
*输出：
无
*/
staticvoidDHT11_Mode_IPU（void）
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
/*选择要控制的GPIOD引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
/*设置引脚模式为浮空输入模式*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
/*调用库函数，初始化GPIOD*/
GPIO_Init（GPIOC,&GPIO_InitStructure）;
}
/*
*函数名：
DHT11_Mode_Out_PP
*描述：
使DHT11-DATA引脚变为输出模式
*输入：
无
*输出：
无
*/
staticvoidDHT11_Mode_Out_PP（void）
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
/*选择要控制的GPIOD引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
/*设置引脚速率为50MHz*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
/*调用库函数，初始化GPIOD*/
GPIO_Init（GPIOC,&GPIO_InitStructure）;
}
staticuint8_tRead_Byte（void）
{
uint8_ti,temp=0;
for（i=0;i<8;i++）
{
/*每bit以50us低电平标置开始，轮询直到从机发出的50us低电平结束*/
while（DHT11_DATA_IN（）
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