IC卡的油耗记录管理系统

2003年11月（1）

摘要   介绍一种基于IC卡的内燃机车燃油消耗的记录管理系统。在该系统中，现场测试仪担任油耗率－功率的现场测试，而且能自动指示异常情况，自动记录半年的数据，且进行分析、处理、存档、对内燃机车的运行质量进行评估和管理。

关键词    油耗率   功率     内燃机车   记录   管理    IC卡

内燃机车的燃油消耗是铁路系统运输成本的主要部分。内燃机车的油耗量与机车的牵引重量、运行里程有关，此外还与燃油的品质、发动机的工作状态、司机人员的操作水平有关。对这样一个重要的运行参数，铁路部门需要进行有效的测试和管理。本人设计的基于IC卡的油耗记录管理系统，不仅实现了燃油率－功率的现场测试，而且能自动指示异常情况，自动记录半年的数据。记录的数据可以送到PC中进行分析、处理、存档。这对于内燃机车的运行质量的正确评估和管理，具有重要意义。

1  工作原理

   内燃机的燃油消耗是用油耗率来表示的。油耗率等于燃油消耗量与输出功率之比，单位为g/kWh。为了计算油耗率，应对单位时间燃油流量和内燃机的功率进行测试。在本系统中，现场数据的采集，油耗率的计算、显示，都是在以AT89C52单片机为核心的现场测试仪上进行的。该仪器安装在机车上。记录的数据存放在E²PROM中。机务段管理人员定期将所记录的数据取出，送到机务段的PC中，在PC中进行统一管理。

这样的控制管理系统，按常规应采用串行通信进行数据传送。但在实际上是行不通的。因为从机车到机务段一般都有相当长的距离，若用导线连结是不现实的。在本系统里，采用了IC卡作为上位机和下位机之间数据传输的媒体，通过IC卡将测试仪内的记录数据送到PC中。也可将测试仪的有关参数，例如燃油比重，该台机车的标准油耗率－功率曲线等送到测试仪中。这样，测试仪就成了一个数据采集和记录的黑盒子，黑盒子里的数据可以用IC卡方便地取出。系统的总体结构如图1所示。

                       图1  总体结构

测试仪装在内燃机车上。实际燃油量等于进油量与回油量之差，采用LWGY型涡轮流量传感器测试流量。该传感器输出的是脉冲信号。

设燃油管流量为q/s，流量计每秒钟发出脉冲数为n，燃油比重为 ，流量计的仪表常数为C（脉冲数/升），则有如下关系：

若P为机车功率（kW），则油耗率：

           (g/kWh)

柴油机组的输出功率是通过测定主整流器的输出电压和电流获得。由于电流、电压信号取自主电气回路的不同部分，必须通过电量传感器进行电气隔离。电压和电流信号经过放大整形后，通过V/F转换器，转换成频率信号，再经光电隔离后进入计数器。

2 电路设计

    测试仪的主要功能是数据采集，计算油耗率，记录各个时刻的油耗率－功率数据，并与本台机车的标准油耗率－功率曲线比较，如果超差11％~12％，则认为出现异常油耗，给出指示，这时操作人员应检查有无严重燃烧不良或漏油现象。

    主电压和主电流由压控振荡器LM331转换成脉冲信号。所有的输入量，包括主电压、主电流、进油流量、回油流量都转换成为脉冲信号。仪器采用AT89C52中的两个内部计数据器和8253的两个计数器，在定时中断的控制下定时对以上信号计数，即可测出以上数据。

实时时钟由DALLAS公司的DS12887电路提供。该电路可在外部停电的情况下由内部电池供电维持正常走时，可提供年、月、日、时、分、秒等日期时间信息，并可通过编程作为定时中断源向AT89C52发中断请求，该定时时间就是各输入通道进行数据采集的采样周期。仪器对采集到的数据进行计算。各个时间对应的油耗率数据和功率数据以及其它数据，记录在仪器的E²PROM中。

仪器配有IC卡读写接口。所用IC卡是ATMEL公司的E2PROM 24C256。该电路采用I²C总线，总线上最多可寻址4块24C256，如采用页写入的方法，读写32k字节的时间需10s左右。测试仪采用EDM1079段码式液晶显示器显示读数。可分别显示如下项目：内燃机车号、当前油耗率(g/kWh)、当前功率（kW）、当前日期（年、月、日）、当前时间（时、分、秒）、上次读卡日期（年、月、日）、上次读卡时间（时、分、秒）、上次读卡至今的总油耗（t）、上次读卡至今的总能耗（kW·h）。

以上所有数据均存储在仪器的E²PROM当中，在插入IC卡时一次性读入。仪器内部的E²PROM也是用的24C256。由于机车大部分运行时间为稳定运行时间，这时的功率，油耗率的变化不大。对没有变化的数据，可不加记录。采取压缩算法，可将半年左右的数据压缩在30KB的范围内。

3  PC对IC卡的读写

   管理人员到现场用IC卡取出所有的数据，回机务段以后将IC卡插入PC所带的IC卡读写器，将数据送入PC进行处理。该PC管理全段的所有内燃机车，各台机车应在PC中进行编号登记。

   在用PC对IC卡进行读写时，如在I/O扩展槽插入接口板，需要打开机箱，使用不便。可以利用PC的并行打印口来完成IC卡的读写。

现行的PC，一般都配有一个单向的并行打印接口，其硬件连接如图2所示。打印适配器虽然接有输出锁存器的输出缓冲器，但由于输出锁存器的控制端接地接死，输入缓冲器只能作为打印输出校对之用，而不能进行双向数据传送。而对24C256的SDA线的操作则必须是双向的。为此本人设计了图示线路，在输出打印口上加了一个三态门74HC125，即可使SDA线实现双向数据传送。

               图2  硬件连接

在PC向24C256传送数据时，三态门导通，PC的DATA3送出的数据通过三态门写入24C256。当PC从24C256读取数据时，三态门截止，24C256的SDA脚上的信息通过打印口的15脚输入PC。

读写器的电源取自PC。PC打印插头没有电源脚，但由于读写器电流很小，可利用打印适配器中的数据输出脚供电。采用这样的措施可以省去读写器电源的设计。

读写程序用VC＋＋6.0编制。

从图2可以看出，PC的输出控制锁存器的一位接到了SCL线上，其口地址为37AH，PC的输出数据锁存器的两位接到三态门控制端和SDA线上，其口地址为378H。当三态门截止时，SDA线上的数据从输入缓冲器输入PC，其口地址为379H。