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基于FPGA的列车轴温检测与通信设计
随着轨道交通的不断发展，铁路运输在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。然而，由于车辆长时间的使用和高强度的负载，列车轴承往往会受到高温的影响，如果温度过高甚至可能导致轴承失效，给列车运行带来严重的安全隐患。为了有效预防这种情况的发生，本文基于FPGA设计了一种列车轴温检测与通信系统。
一、设计方案
本设计将FPGA作为主控，通过温度传感器采集轴承温度，并通过串口通信发送到上位机，在上位机上进行实时显示和数据处理。
系统主要组成部分如下：
1.FPGA实现的主控模块，负责采集温度数据、串口通信和控制系统硬件。
2.激光温度传感器板，用于采集轴承温度并将数据发送给FPGA主控模块。
3.FPGA控制的UART串口通信模块，用于与上位机通信。
4.上位机软件，用于接收FPGA发送的轴承温度数据，并进行实时显示和数据处理。
二、设计流程
1.硬件方案设计
（1）FPGA主控模块设计：该模块主要由核心处理器、存储器、UART模块和外设控制模块组成。核心处理器采用了高性能低功耗的ZYNQ系列FPGA，存储器采用了SRAM，UART模块采用了UARTIP核，外设控制模块主要用于控制激光温度传感器板。
（2）激光温度传感器板设计：该板由激光发射器、光电二极管、滤光片、AD采集器和微控制器等组成。激光发射器通过反射的方式，将激光引导入轴承内部，并被光电二极管接受。当轴承温度发生变化时，光电二极管接收到反射激光的强度也会发生变化，并经过滤光片和AD采集器转化为数字信号。
2.软件方案设计
（1）FPGA主控模块软件设计：该部分主要由软件包括温度数据采集和串口通信两个部分。温度数据采集程序负责调用AD采集器模块，实现对温度传感器数据的采集和处理。串口通信程序负责与上位机软件建立串口连接，并实现数据传输和控制。
（2）上位机软件设计：该软件主要由温度数据接收、实时显示和数据处理三个部分。温度数据接收程序负责接收FPGA发送的温度数据，并将其通过图形化界面实时显示出来。实时显示程序实现了可视化的温度变化曲线，可以随时监测轴承温度的实时变化情况。数据处理程序主要实现了数据分析和统计功能，对温度数据进行分析处理。
三、设计成果
经过测试，该系统可以实现对轴承温度的实时监测和数据处理，具有以下优点：
1.采用激光温度传感器，测量精度高，响应速度快。
2.采用FPGA实现主控，系统响应速度快，稳定可靠。
3.实现了数据实时显示和处理，适用于现场实时监测。
4.实现了串口通信，方便数据存储和管理。
总之，本设计可以延长轴承的使用寿命，提高列车安全性能，为轨道交通的发展做出了贡献。