摘 要

本文旨在基于单片机的控制来研究机车智能锁装置信息的存储与读出，在充分利用单片机内部资源的基础上，对不同信息的获取提出了各自详细的设计方案和整理，并进行了理论分析和实际验证，对机车运行状态监测的理论方法和应用研究具有重大的现实意义。本系统要求对机车智能锁在锁止、解锁和车门异常发生时的信息进行存储，记录事件发生时所对应的日期时间、机车速度、以及位置信息，并能在需要时将所存储的数据读出。本文主要对该系统的硬件电路与软件设计进行了阐述，其中硬件电路包括GPS模块、实时时钟模块、速度采集模块以及电源模块等，而软件设计主要功能是记录机车车门锁发生异常的时间、速度和位置信息，利用C语言来编写，具有较强的数据处理功能和与硬件协调所具备的较强抗干扰能力，系统软件是由主程序、中断服务程序、数据存储程序、软件看门狗程序等组成。

在对现场试验系统的数据获取后，通过RS232接口进行串行通信，把数据传给PC，结果表明 ,该设计方案是可行的。

关键词：单片机；存储与读出；GPS；串行通信

Abstract

This paper is based on the control of single-chip microcomputer to study the information storage and readout of intelligent lock device. on the basis of fully utilizing the internal resources of MCU, the detailed design scheme and arrangement of different information are proposed, and theoretical analysis and practical verification are carried out, which has great practical significance to the theoretical method and applied research of locomotive operation state monitoring. This system requires to store the information of the locomotive intelligent lock when the lock, unlocking and door exceptions occur, record the corresponding date time, locomotive speed, and location information, and can read the stored data when needed. This paper mainly describes the hardware circuit and software design of the system, hardware circuit includes GPS module, real-time clock module, speed acquisition module and power module. the main function of software design is to record the abnormal time, speed and position information of locomotive door lock, using c language, with strong data processing function and strong anti-jamming ability with hardware, system software is composed of main program, interrupt service program, data storage program, software watchdog program, etc.

After the data acquisition of the field test system, serial communication through RS232 interface, the data to PC, the results show that the design scheme is feasible.

Key words: single chip microcomputer; storage and read-out; GPS; serial communication

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 相关内容的国内外现状 2

1.3 论文的主要内容及章节安排 3

1.3.1 论文的主要内容 3

1.3.2 论文的章节安排 3

第2章 系统总体结构分析与设计 4

2.1 系统需求分析 4

2.2 系统总体结构分析与设计 4

第3章 系统硬件电路的设计 6

3.1 单片机选择 6

3.1.1 单片机的选型 6

3.1.2 STC15F2K60S2单片机简介 7

3.2 GPS模块 8

3.2.1 GPS组成 9

3.2.2 GPS定位原理 9

3.2.3 GPS定位特点 10

3.2.4 GPS模块与单片机连接 11

3.3 实时时钟模块 12

3.3.1 DS3231简介 12

3.3.2 DS3231与单片机接口电路 13

3.4 速度采集模块 14

3.4.1 霍尔电流传感器接口电路 14

3.5 电源模块 15

3.5.1 110V转12V电路设计 15

3.5.2 12V转±12V电路设计 16

3.5.3 12V转5V电路设计 16

第4章 系统的软件设计 17

4.1 主程序设计 17

4.2 GPS数据接收程序设计 18

4.2.1 GPS通信协议 18

4.2.2 GPS初始化 19

4.2.3 GPS数据接收并解析 19

4.3 实时时钟数据接收程序设计 20

4.3.1 DS3231初始化 21

4.3.2 DS3231数据接收 22

4.3.3 GPS同步实时时钟 23

4.4 速度采集程序设计 24

4.5 EEPROM数据存储与读出程序设计 25

4.5.1 EEPROM存储地址初始化 25

4.5.2 EEPROM数据存储 26

4.5.3 EEPROM数据读出 26

4.6 定时器0中断程序设计 27

4.6.1 定时器0初始化 27

4.6.2 定时器0中断 27

第5章 结论与展望 29

参考文献 30

致谢 32

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

近几年来，由于国内交通运输市场日益激烈的竞争，我国列车不断加快以高速、重载、安全为主题的发展步伐，大批的快速运营线路相继开通，各种新型的提速车辆、快速车辆、快速动车组、重载货车不断地设计制造出厂并投入运营，我国铁路呈现出前所未有的发展势态^[1]。我国铁路列车的整体装备水平之所以正在逐步提高，是因为跟随着列车一次又一次的提速，因此对机车的安全性能要求也越来越高，特别是发生多起列车乘务员从车门处跌落造成的人身伤亡的重大安全事故，让我们不得不重新审视长期以来被人们忽视的重大安全漏洞，即机车车门在运行过程中没有防止人为开启的自动锁闭装置，这就导致随意打开车门或由于车门出现机械故障而被开启，对列车乘务员来说都是潜在的极大危险。为了彻底杜绝上述事故的发生，结合现代科学技术，在研究汽车工业的自动落锁功能的基础上，根据机车门锁及机车门的特殊结构要求，包头西机务段与相关单位合作研制了机车门锁智能控制装置^[2]。机车智能锁，是用于各型机车的安全锁装置,它在机车速度大于10km/h时控制车锁锁止，小于5km/h时控制车锁解锁,并实现车锁状态的显示与车门异常状态的报警，有效地避免了机车司乘人员的跌落事故。对机车智能锁在锁止、解锁和车门异常发生时的信息进行存储，记录事件发生时所对应的日期时间、机车速度、以及位置信息，并能在需要时将所存储的数据读出等一系列工作将显得尤为重要，这能够保证在发生某些车门异常时可以获取准确的相应位置、时间和速度信息。

所谓信息，就是有一定含义和特定价值的数据。信息可以沿空间传递，即称之为通讯、传输等；但同时它也需要沿时间传递，即称之为记忆、存储等，所以信息存储的本身也就是跨越时间进行信息传递的过程，存储在信息传递中有着不可或缺的作用^[3]。对机车智能锁装置的信息进行有效的存储，并且在必要时可以进行读出，既可以提高机车的运行质量以及行车时乘务员的安全，又可以为铁路机务段实现机车设备状态的检修提供了可靠依据，并且可以规范着机车乘务人员的行车操作。实现机车锁重要信息的存储，不但大大降低维修费用，减少追究原因的时间，而且大大改善机车的质量，并且为机车乘务部门的安装和使用带来了方便管理和简化程序。因此，对机车智能锁控制装置信息存储与读出进行的研究，既对我国机车高速重载的运行和管理以及铁路的现代化建设给予支持，又对机车运行安全状态监测的理论方法和研究应用具有重大的现实意义和广阔的产品化前景。

1.2 相关内容的国内外现状

高速铁路的飞速发展带动了铁路机车装备技术水平，使其跃上了新的发展阶段。目前，发达国家已从传统的地面信号显示传递行车命令、机车司机按行车规则操作列车运行的方式发展到了根据地面发送的信息自动监控列车速度且自动调整列车运行和追踪间隔的方式。根据系统的功能、人-机关系和自动化程度，把这种列车安全和运行监控系统分为三类：即ATP（列车自动防护）、ATC（列车自动控制）和ATO（列车自动运行）系统。发达国家在车载微机系统研究与设计，以及制造方面具有很大的优势，是因为凭借其丰厚的资金、丰富的基础元器件以及雄厚的科技实力等的加大支持，并且还有多年来在专用微机设计方面的成功经验。