一种机车能耗智能管理系统的制作方法

1.本发明涉及机车技术领域，具体为一种机车能耗智能管理系统。


背景技术：

2.随着铁路运输的不断发展，顺应节能降耗、大数据管理的发展需求，现对电力机车的用电管理和内燃机车的用油管理提出了更高的要求。但是目前的电力机车用电管理一般是由机务段、供电段通过人工共同抄表来实现，即机车回段后由乘务员抄报，然后由机务段相关部门进行人工统计核算，电费结算根据双方报表数据进行协商结算，但最终的耗电数据还是主要依靠供电段关口表来进行估算，传统的这种电量及油耗手工统计方式存在诸多弊端，不仅容易出错而且还效率低。
3.综合目前的情况实现对电力机车电量和内燃机车油耗的准确计量、科学统计、科学管理、指导司机的节能操作也变得越来越重要。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种机车能耗智能管理系统，具备降低机车能耗统计错误率，提高工作效率等优点，解决了传统的这种电量及油耗手工统计方式存在诸多弊端，不仅容易出错而且还效率低的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述降低机车能耗统计错误率，提高工作效率的目的，本发明提供如下技术方案：一种机车能耗智能管理系统，包括mcu控制单元、汽车电源、tax箱和信息终端，所述汽车电源的输出端与所述mcu控制单元的输入端电性连接，所述mcu控制单元的输出端双向电性连接有智能油耗仪的输入端，所述mcu控制单元的输入端电性连接有智能电度表的输处端，所述mcu控制单元的输入端电性连接有gps定位模块的输出端，所述mcu控制单元的输入端电性连接自检模块的输出端，所述mcu控制单元的输出端电性连接有故障检测模块的输出端，所述mcu控制单元的输出端双向电性连接有tft液晶显示屏的输出端，所述mcu控制单元的输入端电性连接有时钟的输出端，所述mcu控制单元的输出端双向电性连接有全网通4g透传模块的输入端，所述全网通4g透传模块的通信端与云端无线网络连接，所述云端与信息终端之间无线网络连接。
8.优选的，所述mcu控制单元设置在tax箱内，所述tax箱与智能电度表均安装在机车的电器件内，电度表至tax箱信号线缆采用带屏蔽双绞线，且屏蔽层要可靠连接机车地。
9.优选的，所述智能电度表和智能耗仪的外壳均加装专用接地螺栓，与机车地用铜线相连。
10.优选的，所述智能油耗仪选用自带rs485通讯的工业级油量传感器和温度传感器传感器通过rs485通讯与mcu控制单元连接。
11.优选的，所述mcu控制单元的内部设置有数据存储模块和数据转储模块，所述mcu
控制单元的工作电压为2.0v至3.6v，工作频率高达72mhz,且内置高达256k字节的闪存和48k字节的sram高速存储器，5个usart、2个i2c、3个spi、1个usb、1个can和1个sdio等13个通信接口，还具有2个12位的adc、4个通用16位定时器和2个pwm定时器以及单周期乘法和硬件除法。
12.优选的，所述时钟模块采用纽扣电池进行供电，且其内部设置有时间校准模块。
13.优选的，所述智能油耗仪和电度表与所述tax箱之间采用两路rs485通讯电路，其中与mcu连接信号采用光电隔离，通讯电路电源与电表电源采用 5v/ 5v隔离模块进行隔离处理，与外部连接部分采用双向tvs瞬变二极管进行保护。
14.优选的，所述tft液晶屏的大小为4.3寸，工作电压为5-15v；通讯接口为rs232/ttl。
15.(三)有益效果
16.与现有技术相比，本发明提供了一种机车能耗智能管理系统，具备以下有益效果：
17.该机车能耗智能管理系统，主要完成对内燃机车燃油量、实时油温等数据的检测记录，智能电度表主要针对电力机车，通过实时采集机车正向有功、反向有功等电能信息监测记录，两种设备并与机车tax箱进行通讯获取机车号、司机号、车次、车速、区段、时间等相关信息，最终将上述数据与电能数据一起上传至云端，最终热力工程师可通过信息终端查看、分析相关数据，同时能够对机车能耗进行分人、分时、分车、分区段的统计分析，大大降低机车能耗统计错误率，提高工作效率。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；
19.图2为本发明的rs485通讯电路图；
20.图3为本发明的时钟电路结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.请参阅图1-3，一种机车能耗智能管理系统，包括mcu控制单元、汽车电源、tax箱和信息终端，所述汽车电源的输出端与所述mcu控制单元的输入端电性连接，所述mcu控制单元的输出端双向电性连接有智能油耗仪的输入端，所述mcu控制单元的输入端电性连接有智能电度表的输处端，为实现对机车各项能耗数据的准确检测记录，智能电度表内部采用高精度、高稳定性采集电路，对输入电压、电流信号进行实时采集处理，输入信号经过采集电路进行数字滤波后进入内部专用电能计量芯片，电能计量芯片对接受的数据进行运算处理后发送给mcu控制单元，所有数据经mcu控制单元统一处理后进行显示、传输、存储；
23.所述mcu控制单元的输入端电性连接有gps定位模块的输出端，所述mcu控制单元的输入端电性连接自检模块的输出端，所述mcu控制单元的输出端电性连接有故障检测模块的输出端，所述mcu控制单元的输出端双向电性连接有tft液晶显示屏的输出端，所述mcu
控制单元的输入端电性连接有时钟的输出端，所述mcu控制单元的输出端双向电性连接有全网通4g透传模块的输入端，所述全网通4g透传模块的通信端与云端无线网络连接，将采集处理后的数据实时发送至云端，全网通4g透传模块的型号可采用：wh-lte-7s4 v2，所述云端与信息终端之间无线网络连接。
24.进一步的，所述mcu控制单元设置在tax箱内，所述tax箱与智能电度表均安装在机车的电器件内，电度表至tax箱信号线缆采用带屏蔽双绞线，且屏蔽层要可靠连接机车地，以减小信号传输过程中的干扰，减小周围电磁干扰源的影响，为保证信号的稳定传输。
25.进一步的，所述智能电度表和智能耗仪的外壳均加装专用接地螺栓，与机车地用铜线相连，减小空间干扰和静电干扰。
26.进一步的，所述智能油耗仪选用自带rs485通讯的工业级油量传感器和温度传感器传感器通过rs485通讯与mcu控制单元连接，完成对油耗数据的处理并通过显示屏进行实时显示，并对机车运行数据和油耗数据进行记录存储，智能油耗仪主机电路与智能电度表电路采用相同方案，智能油耗仪加改时需要在油箱侧面加装油量检测传感器，同时将传感器与司机室内的主机通过双绞屏蔽线缆连接进行通讯。
27.进一步的，所述mcu控制单元的内部设置有数据存储模块和数据转储模块，数据存储模块采用可编程只读存储器(eeprom)和串行接口的flash存储器。eeprom选择8kb的iic接口芯片，flash存储器选择spi接口芯片，数据转储模块采用成品转储模块usb118ad实现，其具有运用成品转储模块程序开发周期短和相应的程序框架前期已开发完成，会缩短程序开发周期的优点，所述mcu控制单元的工作电压为2.0v至3.6v，工作频率高达72mhz,且内置高达256k字节的闪存和48k字节的sram高速存储器，5个usart、2个i2c、3个spi、1个usb、1个can和1个sdio等13个通信接口，还具有2个12位的adc、4个通用16位定时器和2个pwm定时器以及单周期乘法和硬件除法等资源，适用于各种复杂的计算和控制，满足设计需要，数据存储模块内存储用机车号和司机号等固定信息。
28.进一步的，如图3所示，所述时钟模块采用纽扣电池进行供电，可保证智能电度表断电后时钟的正常运行，且其内部设置有时间校准模块，采用pcf8563时钟芯片，同时为保证智能电度表数据时间与机车其他数据时间一致，每次上电后根据tax箱提取的时间对pcf8563时钟进行校准。
29.进一步的，如图2所示，所述智能油耗仪和电度表与所述tax箱之间采用两路rs485通讯电路，其中与mcu连接信号采用光电隔离，通讯电路电源与电表电源采用 5v/ 5v隔离模块进行隔离处理，与外部连接部分采用双向tvs瞬变二极管进行保护。
30.进一步的，所述tft液晶屏的大小为4.3寸，工作电压为5-15v；通讯接口为rs232/ttl。
31.工作原理，该机车能耗智能管理系统，通过设置的智能电度表，能够检测显示网压、原边电流、信号频率、功率因数、正向有功电能、反向有功电能、正向无功电能和反向无功电能；
32.通过设置的智能油耗仪能够实时检测显示当前油量、加油量及班组耗油量；
33.通过tax箱自动获取机车运行信息并和电能数据进行匹配；
34.数据通过全网通4g透传模块上传至云端后，能够实现远程自动抄表；
35.通过设置的gps定位模块能够知道机车所在位置，通过设置的时间模块能够知道
车辆的时间，通过设置的数据存储模块能够知道车辆的车次，机车号和司机好等固定信息，从而能够分人、分时、分车、分区段等条件统计分析；
36.数据可存储在数据存储模块内，通过设置的mcu控制单元，能够按季度、半年、全年等条件进行可视化图形的数据分析；
37.可视化图形能够通过全网通4g透传模块上传至云端，用户能够通过图形查看机车在运行区间的能耗变化情况；
38.通过设置的数据存储模块，可对数据进行备份存储，能够通过u盘进行下载。
39.综上所述：该机车能耗智能管理系统，主要完成对内燃机车燃油量、实时油温等数据的检测记录，智能电度表主要针对电力机车，通过实时采集机车正向有功、反向有功等电能信息监测记录，两种设备并与机车tax箱进行通讯获取机车号、司机号、车次、车速、区段、时间等相关信息，最终将上述数据与电能数据一起上传至云端，最终热力工程师可通过信息终端查看、分析相关数据，同时能够对机车能耗进行分人、分时、分车、分区段的统计分析，大大降低机车能耗统计错误率，提高工作效率。
40.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.本技术文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，而且电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再作出具体叙述，同时该文中出现的电器元件均与外界的主控制器及市电电连接，说明书中提到的外设控制器可为本文提到的电器元件起到控制作用，而且该外设控制器为常规的已知设备。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。