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。

4  PC的管理功能

   PC对内燃机车的燃油管理，采用主窗口下的菜单方式进行，其菜单如下：

   ①登记。登记菜单用来设置各台机车的编号，输入该台机车的标准油耗率－功率曲线数据。该数据是各台机车定期测试的结果，用数据表的形式存入用户库。该菜单操作用以建立汇总库和用户库。

   ②IC卡操作。IC卡分为两种：一种是参数卡，用来向测试仪设置工作参数。包括编号，校时时间，采样时间，标准油耗率－功率数据等。参数卡只负责由PC向测试仪传送数据；另一种是读书卡，它用来读取测试仪中记录的数据。这两种卡都是24C256存储器，卡上的第一个单元放的是特征字用来区分参数卡和读书卡。

   在PC上用该菜单项进行操作时，用户可以通过子菜单，选择是写卡还是读卡。如果是写卡，则出现写卡对话框，用户可置入编号，时间，日期，比重，采样时间等参数，按确定按钮，PC将这些参数写入IC卡，并将用户库里的标准曲线的数据也写入卡中。如果是读卡，则出现读卡对话框，用户可选择是仅将本次总油耗量及总能耗存盘还是要将全部数据存盘，要不要显示油耗率－功率曲线。一般如无油耗异常的情况，不必将全部数据存盘。按确定按钮，PC读卡并在屏幕显示编号，上次读卡时间、日期，本次读卡时间、日期，上次读卡到本次读卡这段时间的总油耗量、总能耗以及再设定采样间隔时间内各油耗率，功率数据。对超差11％～12％的异常数据用‘*’标志。

③查看。用户可以查看汇总库，用户库或业已存盘的油耗率－功率曲线。

④打印报表。

⑤退出。

该程序用VC＋＋6.0编制。具有界面友好，操作方便的特点。应用程序包括以下几个主要函数：

读卡函数：IC卡的数据读入PC内存，如有错误给出显示。

写卡函数：将工作参数及标准数据写入IC卡。

数据处理函数：将按一定格式的二进制压缩数据解压成为十进制数据表，并与标准数据比较找出异常数据。

显示曲线函数：显示标准油耗率－功率曲线。

5  其他

   现场测试仪的工作还受到两个接点的控制，一个是辅助燃油泵的起动/停止信号K₁，它反映柴油机是否运转，K₁断开仪器应停止工作。还有一个是励磁开关通/断信号K₂，只有当K₁与K₂同时接通时才有功率输出，K₁通而K₂不通时，柴油机处于空转状态。

    内燃机车的各种电器设备均由输出电压力为110V的直流发电机供电，电压最高达140V，最低到65V。仪器采用DC－DC方式供电。由于环境十分恶劣，采用X25045作为电源监视器。