信佳智
天津轨道交通运营集团有限公司 研修中心 天津市 300000
摘要:在地铁列车司机室通信机柜中的散热控制装置采用了以PIC12F675微控制器为基础的保护装置,可以实现机柜通风、温度监控和过温保护。装置硬件部分包括信号输入电路、CPU系统、风扇检测与控制通道。选用PIC12F675,采集机柜温度及风扇开关状态,实时检测散热装置不正常状态与机柜的温度异常,发出保护动作命令并实现故障报警。软件设计中,判断传感器异常信号类型[1]。主程序包括初始化模块、保护逻辑判断模块和异常处理模块;中断服务程序分为定时器中断和采样中断。试验结果表明,该设计在运行环境恶劣的地铁列车司机室通信机柜的保护中具有较高的可靠性。
关键词：地铁，通信机柜散热，单片机
1引言
地铁司机室通信机柜散热控制装置经历了多个发展阶段,先后出现了继电器式、晶体管式和集成电路式等多种形式的监测散热装置。中小型计算机(1970年)特别是后来的微型计算机 (1979年)在地铁中的使用开启了电子设备的新时代。独立型克服了集中型和分散型的弊端，具有结构简单、易于实现及便于检修管理等优点[2],但现有的装置也存在一些缺点,例如,不易检修与更换模块，不支持即插即用方式,设备的智能化程度较低;兼容性与通用性较差。
实现简便轻量的地铁列车司机室通信机柜中的散热控制装置的设计势在必行，独立监控温度，自动发出报警信号与启动风扇进行散热，从而保护机柜内部精密设备变得势在必行。自动化控制提升智能化，也符合智慧地铁建设的大趋势。
2软硬件设计
软硬件设计是本文的核心，硬件开发平台是Altium公司推出的一体化电子产品开发系统Altium Designer 16，在此基础上进行原理图和印刷电路板PCB的设计，软件开发编程语言采用C语言，具有结构化、可读性强、编译效率高等优点[3]。
在功能上实现温度监控报警以及在温度过高时，自动启动散热风扇进行排风并且在风扇故障时自动检测并且发出报警信号，如图1所示，主风扇电路在检测到风扇故障时，反馈线信号发送到FAN4端口，反向电压击穿稳压二极管使得二极管正极为高电平从而点亮LED灯显示故障风扇编号。
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PIC12F675是一款8引脚、8位的CMOS单片机.采用精简指令集,仅有35条指令,由于采用了数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构,使得除少量指令不是单周期之外,大部分的指令都是单周期指令.这样有利于提高单片机的运行速度和执行效率[4]。
PIC12F675这款单片机供电电压可以在2V到5.5V之间,内部集成了一个RC振荡器,频率可以配置成8MHZ或者4MHZ,也可以用外部晶振提供时钟[5]。内部集成有AD转换、比较器等硬件模块,还具有上电复位、欠压复位、看门狗、代码保护等功能.三个定时器、PWM发生器等可以由用户编程.下面我来一一介绍关于PIC单片机的这些模块和功能.
电平变化中断的设置:可以通过寄存器IOCA来设置,但是首先要将相应引脚设置为数字端口且为输入状态[6]。同时要将寄存器INTCON的REIE位设置为1,总中断要允许(置寄存器INTCON的GIE位),如果设置相应引脚有这个功能,当此引脚电平发生的时候,就会产生一个中断,同时一些中断标志位被置上(INTCON的RAIF位被置1),且总中断GIE被置为0.在中断服务程序中,要软件清除RAIF位和重新置GIE位才能继续开启此中断.
主芯片通过GP0端口的电平变化判断机柜温度进行逻辑判断与动作，点亮GP1口的超温灯和控制GP4口的继电器通断，从而控制散热风扇的开启与关闭[7]。如图二所示，外部输入电源经过LM317线性稳压器转换为5V电压供主芯片与其他指示灯使用；48V电压经过继电器控制，输入到风扇接口。
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3实验结果与分析
3.1实验结果
通过对整个装置的软硬件进行设计，程序编写完成编译通过后，即可通过烧录工具将可执行文件下载到硬件板卡中调试运行。在现场实际环境中进行测试，即可测试板卡的温度检测、LED灯报警显示、散热风扇开启关闭等软硬件的正确性。通过长时间强度测试和恶劣工况强度测试，装置表现良好。
3.2实验分析
在硬件方面，本系统是在一般恶劣环境下测试的，没有在在极其恶劣的环境下检测。如果应用到地铁全线上面，机柜周围高温、高噪声以及电磁环境较强的情况下工作，势必会受到较大干扰。在软件方面，部分程序的设计较困难，例如在对板卡接收的温度数据进行处理时，使用了巧妙的算法对程序进行了优化。在可靠性方面，硬件设计采用超量走线机制,电磁抗干扰还有提升的空间，所以在长时间运行后，系统的稳定性还有待提高。
4结论
地铁司机室通信机柜散热控制装置以天津地铁9号线通信机柜为母型进行设计。以PIC单片机为散热控制装置的主控制器，采用C语言在PC机进行编程。克服了当前司机室通信机柜散热控制装置落后于先进设备技术水平的问题，促进了同类型装置的发展。该装置不但能够满足司机室通信机柜散热的要求，而且贴近实际操作，操作环境比更优越。以稳定性高、运行速度快、价格便宜的PIC微控制器作为主控元件，与采用价格昂贵的PLC相比，降低了设计的成本。该司机室通信机柜散热控制装置已经投入实际的生产使用中，结果表明：系统运行稳定，可靠性高，使用反馈良好。
参考文献
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[2] 赵昭.基于LPC2214的电参数采集系统[J].仪表技术与传感器，2008（5）：58-59.
[3] 信佳智. 基于 STM32 船舶中压电站监测单元设计：（硕士学位论文）.大连：大连海事大学，2019
[4] 杨加国．单片机C语言与汇编语言混合编程［J］．成都大学学报( 自然科学版)，2008( 3) : 208-211．
[5] ZHANG Xufei,WANG Jian.Realization of Remote Online Upgrading Technology Based on RealView MDK and IAP Function[C].Mechanic Automation and Control Engineering ( MACE),2010: 6266-6269.
[6] 贾宝柱,曹辉,张均东,林业锦.轮机模拟器及其关键技术.中国航海.1000-4635(2012)01-0035-06
[7] 徐国明,徐燕明,曹达,等.基于STM32与AD7606的高精度和快速响应数字多功能表的设计[J].电测与仪表, 2015,52(12):102-107.
作者简介:信佳智：（1993-），男，天津市滨海新区人，硕士研究生，目前研究方向为轨道交通智能化设备。