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1、摘 要本文旨在设计一个煤矿架线电机车智能刹车的控制系统。煤矿架线机车智能刹车系统设计以MCS一51系列单片机为核心，采用无线电遥控发射-接收元件作为机车到达弯-岔道的检测元件，由单片机根据接收到的不同位置的编码信号，使系统发出相应的语音信号，并进行减速。当煤矿架线机车运行到距离红灯安放位置40米以内时，当遇红灯亮时，矿用架线电机车自动刹车，否则通过。在系统的设计中，用到了无线电发射芯片、无线电接收芯片、编码器和译码器，单片机通过接受到译码器送来的信号去控制语音电路发出声音，当然，软件的编程是必不可少的；在软件的设计中，主要进行语音采集程序和语音报警程序的编程。在矿井的辅助运输中，煤矿架线机车应
2、用较为普遍，其运行安全关系到安全生产，而智能识别红绿灯信号的制动系统是安全运行的保障。本文还对矿用架线机车避免启动起火的问题进行了介绍，提出了利用本智能刹车系统，在电机内部温度达到限定值时，能自动拉弓断电的电路设计方案。关键词:智能刹车；无线电检测；语音采集；语音报警；单片机AbstractThis paper aims to design a coal mine Motor in intelligent brake control system. the intellectual brake system design of the mine aerial cable locomotive
3、uses a 8051 single chip microprocessor as CPU，using infrared ray remote controlled emit and receive system as the measuring component to measure whether the mine locomotive comes near the curve or branch. When system receives the infrared signal with different position coding, it can broadcast corre
4、spond sound information ,and decelerate. When mine aerial cable locomotive runs forty distance or subter-forty distance from the position that the red light is placed, it brakes when the red light is lighted or runs continually.In the system design, used a radio transmitter chip, radio receiver chip
5、 encoder and decoder, microcontroller through the decoder receives the signal sent to control the voice circuit voice, of course, the software programming is essential of; in software design, collection procedures and the main voice for voice alarm program design.the appliance of mine aerial cable l
6、ocomotive is clear at large in the assistant transport of mine，the safety moving relates the safety production, and the brake system that can intellectually identify the red and green light signal is the guarantee of the safety moving. the paper introduces the problem that mine aerial cable locomoti
7、ve avoids fire in startup, brings forward a circuit design scheme，which can automatic draught the bow and break electricity when the mine aerial cable locomotives temperature is up to the finite number.Keywords: Intellectual brake; Measuring with wireless; Speech acquisition; Voice alarm; Single chi
8、p microprocessor目录目 录摘要IAbstractII1 绪论1 1.1设计背景11.2发展概况1 1.2.1机械制动1 1.2.2电气制动2 1.2.3加装电磁滑靴制动31.3任务要求41.3.1设计目的41.3.2设计内容42刹车方式的选择及原理5 2.1刹车方式的选择5 2.2气动刹车的原理63气动系统设计7 3.1各气动元件的原理介绍7 3.2主要气动元件的选择9 3.3刹车力的分析与计算124矿机车弯道、岔道语音装置16 4.1常见的遥控方式16 4.1.1超声波遥控164.1.2红外线遥控164.1.3无线电遥控17 4.2遥控方式选择184.3系统总体方案及框图19
9、4.3.1系统功能设计194.3.2系统框图195系统硬件设计20 5.1硬件电路设计20 5.2主机控制电路21 5.3语音电路设计226系统软件设计24 6.1软件设计的基本原则24 6.2语音采集软件流程图24 6.3语音采集软件程序26 6.4语音报警软件流程图27 6.5语音报警软件程序31 6.6软件抗干扰措施327温控电路设计34结论35致谢36参考文献37附录 原理图38河北工程大学毕业设计说明书1绪论1.1设计背景煤矿架线机车的安全运行是安全生产的头等大事，制动系统是安全运行的基本手段。正常停车时，靠它使机车停在正确位置，并且防止自动滑行。矿用架线机车遇有紧急情况实施紧急制动
10、时，它的制动装置必须达到煤矿安全规程1992年版第326条“运送物料时，列车的制动距离必须不超过40米”的规定，这是矿用架线机车安全运行的保证。煤矿安全规程中，对矿机车在运行于弯道和岔道时的运行速度也有严格的要求，到达弯道或岔道时要求司机采取相应措施，减慢速度。但井下光线昏暗，矿机车司机很难凭感觉确定矿机车的准确位置，有时候司机在疲倦时不易发现红灯信号，极易发生安全事故。因此为确保矿机车的安全运行，要求运行系统能自动给矿机车司机提供弯道、岔道识别提示装置。而且，当矿用架线机车行驶到距离岔口40米以内时，如果此时交通灯为红灯，就需要司机实施刹车操作;如果此时司机注意力不够，就需要矿用架线机车自动
11、能在生40米内完全刹车;在刹车过程中红灯信号转换为绿灯时，机车由刹车状态自动转换为通行状态。另外，矿用架线机车工作环境差，启动频繁，因而要求启动时能量消耗要小，启动要平稳，以避免机械冲击。如果在启动时，牵引矿用架线机车直接接至电网上全压启动，会因静止时电枢绕组反电势等于零且自身内阻很小，引起大电流烧坏绕组，甚至引起机车失火事故。综上所述，有必要对原有煤矿架线机车气动刹车系统进行改进，设计一套矿用架线电机车智能刹车系统，以确保煤矿运输和生产安全，为我国煤炭生产的高产高效作出贡献。1.2发展概况矿用架线机车通常兼有机械和电气两种制动装置，有的加装电磁滑靴。1.2.1机械制动机械制动按照其动力分为手
12、动、压气及液压制动。机械制动装置都是采用闸瓦制动方式。如图1-1所示，位于司机室内的手轮1安装在螺杆2上，螺杆另一端成梯形螺纹，套在螺母3内，使其只能随手轮转动而不能移动。当螺杆顺时转动时，通过拉杆4及制动杆5、8的作用，使闸瓦6、9分别压紧车轮产生制动。反之，若手轮与螺杆逆时转动，则松闸。闸瓦与车轮之间的间隙，用带正、反螺纹的螺栓7来调正。闸瓦装在车轮水平中心线以下，使闸瓦压力中心线同车轮水平线成约810夹角。当松闸时，闸瓦能可靠地返回原位。这种制动装置结构简单能产生足够的制动力。图1-1电机车的手动制动装置1一手轮;2一螺杆;3一螺母;4一拉杆;5、8一制动杆;6、9一闸瓦;7一正反扣调节
13、螺丝图1-2压气制动装置示意图1一制动缸;2一活塞杆;压气(液压)制动是通过制动缸l(见图1-2)的活塞杆2来推动的。当压气进入制动缸推动活塞杆伸出，带动制动杠杆使闸瓦压向车轮。当松闸时，关闭进入制动缸的压气通路，释放缸中的压气，由被压缩的弹簧(在制动缸里)恢复正常位置。1.2.2电气制动矿用架线机车的电气制动是能耗制动，能耗制动是将运行中的矿用架线机车的电路与架空接触线断开，机车在惯性力作用下运行，将牵引矿用架线机车接成发电运行，电能消耗在电路中的电阻上，使矿用架线机车逐渐减速。矿用架线机车电气制动的电路系统如图1-3所示。(a) 牵引运行电路 (b)能耗制动电路图1-3用架线机车能耗制动的
14、电路系统从图可以看出，能耗制动电路的特点是两台电动机的激磁绕组交叉联接，即每台的激磁绕组都与另一台电机的电枢串联。能耗制动具有接线简单、操作方便、不从电网消耗电能、不磨损闸瓦、能充分利用轮轨间的粘着力等优点。但能耗制动不能使列车完全停止，还需要机械闸停车。1.2.3矿用架线机车上加装电磁滑靴用手动或气动的闸瓦式制动器，机车所能产生的制动力受着机车车轮与钢轨间粘着力的限制，即B小于等于1000Pg中式中B一机车制动力，N;P一机车质量，t；g一重力加速度，m/s2;一粘着系数。当闸瓦稍闸紧，超过上述制动力时车轮将被闸瓦抱死，车轮停止滚动而沿着钢轨滑动，反而大大降低制动效果。为增大制动效果，减少制
15、动距离，可以在矿用架线机车上采用电磁轨道制动器，即电磁滑靴。如图1-4，当电磁滑靴处于非工作状态时，电磁滑靴靠弹簧力悬挂于车底，且由前后挡板挡着，滑靴可在档板的滑槽中上下滑动。工作时，司机可通过操作室制动器给线圈通电，由于磁通及磁路的作用，使滑靴及铁轨之间产生吸力。随着滑靴与轨道之间的距离靠近，吸力增大，吸合时达到最大值，此吸力乘以摩擦力系数即为电磁制动力，停止制动时，断电吸力消失，弹簧使滑靴回位。1一铁轨;2一滑靴;3一档板;4一车底;5一弹簧;6一线圈;7一铁芯图1-4电磁滑靴1.3任务要求1.3.1设计目的（1）矿机车到达弯道和岔道时，系统能自动给矿机车司机提供弯道、岔道识别提示装置，并且当矿机车遇红灯信号时，能在40米内完全刹车；在刹车过程中红灯信号转换为绿灯时，机车由刹车状态自动转换为通行状态。（2）矿机车温度过高时，机车能自动拉弓断电。（3）设计能实现上述功能的智能刹车系统，此系统用一套气动系
