铁路道口报警及控制系统

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1、铁路道口报警及控制系统1绪论1.1 研究背景与社会价值1.1.1 单片机的发展以及应用现状我国经济持续快速增长的情况下，交通运输业也随之发达起来。而路网的建设速度 是有限的，现在制约铁路发展的最重要的就是安全问题。 公路运输优势存在于灵活性强、 速度快、实现“点到点”的运输，且其建设周期较短、投资低。铁路运输也有其优点例 如：强大的输送能力、低廉的运输成本、运行时间的可持续性强可达到全天候运行。我 国国土面积广阔交通网络发达，截止 12年数据我国的公路里程达180万公里，铁路约 为7万公里，形成了以公里以及铁路为主体的交通运输网络。关于铁路道口我国目前的现况是路口多，需要大量的人力物力进行路口

2、安全的持续性监控，为解决此问题研发了铁路道口自动报警系统，本课题在软硬件设计中，特别具 有针对性的拟解决特殊条件下的系统可无人监控且准确、有效可靠的执行任务提路口高安全性，尤其在天气条件较差的情况下，更是凸显作用和价值现。平交路口问题是是运 输安全的重点，所以，如何去提高通过的安全性，当务之急是我们首先要解决的。2系统的硬件设计利用单片机技术实现铁路道口报警和控制系统，研发了自动报警系统。在车头及车 尾设置安装满足条件的传感器,采用 89C51作为系统控制芯片,把安装在铁轨上的传感 器所搜集的信息通过发送装置发送回去，语音报警系统将会及时的通知路口值班人员及 过往行人，从而大大的提高了路口安全

3、性以及保障性。2.1 传感器的选择传感器的主要部件是以AT8951单片机为主，进行的报警系统的研究设计，然后就是 对所在系统进行保护设计。因为道路环境以及自然环境条件比较恶劣，所以对传感器的 各种抗性要求都是非常苛刻的。针对于这些要求和条件，凸出极磁电式轨道传感器最为 适合作为该系统的传感器。其工作原理为：法拉第电磁感应定律有此：E N半d 0 /dt。2.2 传感器使用和安装安装需要考虑因素有：在系统设计时传感器到铁轨的高 37毫米，只放车辆的情况下，高度调整到34毫米 单片机系统对于速度的测试，要求共两点第一关于传感器的安装位置要求在触发器的两端，第二传两个感器的距离是一个固定值S)。原理

4、如图2. 1所示图2.1测速原理2.3 传感器输出信号处理的电路设计2.3.1 设计原则及方案输出信号是包括车轮信息以及故障信息两种相加的一种复合模拟信号。信号经过相应的处理，采及能够让获得的各种信号源转化为相应的开关量，才能够 实现数字电路控制的目的。根据信号以及系统的要求，根据要求可以确定设计原则。信 号处理电路必须要完成的功能：1)使复合信号里面的车轮信号分离，并且要求整形为脉冲信号；2)分离的复合信号里面需要有故障信息；3)彻底滤波是针对颤动信号4)对传感器传输的干扰信号加工；5)隔离内以及外地。传感器输出信号电路设计如图2. 2所示。2.3.2 信号输入级设计系统对信号输入级要求是非

5、常严格的，首先是测出来车信号瞬时变化以及记录， 其次可以记录连续信号电平的变化情况。因此采用如上图所用的信号处理电路：VI=(RI+RCG)/(RpI+RI+RcG) V+=(o. 51+0. 83)/(22+0. 51+0. 83)X5=0. 287V如果传感器CG断线，则使得vI转变成V+5V断线检测的基础就因此可以确立。 系统的连续工作时，应该连续不停的检测所有373的输入端，只要发现连续10秒的 低电，就可以判断为断线。2.3.3 信号整形级所选用芯片1选用74HC245E片。单片机是具有一定的负载能力的，要是超载的情况下，就需要 增加驱动器。该芯片系列的逻辑、端排列和74LS系列是相

6、同的。工作速度也是和 74LS亦接近。74HC系列还具有其他的抗过载能力如：噪声高亢度以及驱动负载能力。74HC系列属于性价比高的高速低能耗产品； 可以从扇出能力上了解，20是属于74LS系列川，然而在直流时可以高达1000以上的是74HC系歹1Jo 74HC24阶绍图2. 3:阿图2.3 74HC245管脚图引出端符号:A A （总线端）B B （总线端）G 三态允许端（低电平有效）DIR方向控制端引脚定义说明如下：第1引脚dir ,端口输入输出量的转换，当dir= 1”则发生高电平时信号由A到B的输出过程，当dir= 0”则发生低电平时信号由B到A输出过程；第2-9引脚“A”信号端口功能/

7、&入输出，如果dir= 0 G=0”则信号输入输出端口 B0入A0出，其它端口类同；第11. 18引脚B信号端口，功能与“ A”端相同；第10引脚GND作为电源地；第20引脚VCC作为电源正极【11,12。2.3.4 光电隔离的技术及其应用各种信号的之间存在一定的干扰信号时不可以避免掉的，为了保证数据的正确性和唯一性，所以在电路设计技术中我们选择采用，光电隔离技术来达到我们既定的目标即是数据的准确性，这样就能有效的避免干扰信号所带来的影响。光电隔离技术所采用的 光电耦合器是一种完全对称的模拟性光电隔离 TLP521. 4型。他具有以下特点：内部共 有光电耦合器4个在物理性质方面几个他们性能都是

8、非常优越的不论重复性还是耦合 性，线性度也是非常好的，工作的情况下基本可以完全消除地面抗性的干扰。2.3.5 锁存的通级设计在接受到相应的中断信号后CPLa会对信号的发源做出相应的判断。为了判定是哪 个传感器发出的中断信号系统采用了锁存电路分别由74HC373 74HC30 74HC021&成，在这种情况下锁存器的输出会自动的与数据总线再次相接，然后CPU6收到数据信号通过74LS138译码按照优先级会依次选择通各锁存器，从 P 0 121开始进行数据的读入， 所得到的数据就可以判断是哪个传感器所发生的中断数据。关于中断信号的选着也有其标准在太宽的情况下不能正常运行太窄的话对于数据反 馈会受到

9、影响。对于宽度选取的条件如下标准：T=RC=12kO 4700pf-5s芯片的使用进行简要介绍。1074 hc30 HC373, lsl38 HC02 , 74 系列常用的产品。 74xx（标准型）； 74LSxx（低功耗肖特基）； 74Sxx（肖特基）； 74ASxx（先进肖特基）； 74Fxx（高速 1）。9类74大系列产品，只要后面的标签是一样的，它的逻辑功能和引脚排列在同一。 用户应根据不同条件和不同类型的 74系列产品的需求选择。1）74HC37374 HC373 8 D触发器具有三态缓冲输出（锁存允许输入回送功能），在单片机系 统中常用的地址锁存和出口扩张。74 HC373引脚图如

10、图2.4所示。1D. 8D数据输入端1Q 8Q数据输出端VCC电源GND地2)74HC30管脚如图2. 5所示图2.5 74HC30管脚图引出端符号说明A. H数据输入端Y数据输出端VCC-电源GND地3)74HC0274HC02t脚如图2. 6所示。引出端符号说明10A数据输入端B数据输入端Y数据输出端VCC-电源GND地4）74HC138各个端口引脚:A B C输入端：有效地址的输入CS0选通端CSl、CS2选通端（在低电时有效）Y0. Y7输出端（在低电时有效）VCG电源GND地1f (14广 Q|V jeV1L .1 U1111 X%，H IU Oi / /4 O| di -c u C

11、 ri 1Y4_JY7 Jr fy一CJr kin1 、JY6J1 u1 w图2.7 74HC138管脚图2.4系统电路的设计102.4.1 设计原则和方案设计的主要原则：第一是稳定性强可靠性好，和第二，操作简单，第三是制作成本 合适。关于核心电路的设计，应该能可以达到对速度的计算，设备技术成熟，运行相对平 稳，同时经济成本也适中，整个系统。为了提高生产能力，制定切实可行的安全。图2. 8单片机接线设计图2.4.2 AT89C51单片机简介2MCS 51单片机是1980推出的英特尔产品，已经超过10种产品在市场热销，可以被 分为51和52系列。他们的区别在于：切片数据存储 256字节。在8 k

12、b的芯片程序存 储器的增加。5系列的典型产品有8031, 8051和8751个通用的产品，如他们的指令系 统完全兼容芯片引脚。1）主要特性：10与MCS 51兼容 4K字节可编程闪存寿命：1000次/写周期数据保留时间：10年静态工作：所有零赫兹。24赫兹 “128” 内部 RAM编程线数：32个I / O线两个16位定时器/计数器 5个中断源在低功耗模式的电力低怠速和损失图2.7 74HC138管脚图2）管脚说明： VCC供电电压。GND接地端。P3 口： P3 口八引脚是内部上拉电阻与双向I / O端口，接收多个电流输出四1 当P3后写一个“ 1”，他们都是高水平的内部上拉，并作为输入端口

13、。作为输入，由于 外部条件的低水平，P3将输出电流，这是由于内部上拉。表2.1 P3 口功能表口管脚备选功能串行输入口T串行输出口r I外部中断0lT1外部中断117 1I计时器0外部输入r计时器1外部输入P，/WF?外部数据储存器写选通外部数据储存器读选通2.4.3 信号输入输出单片机方式通过P1 口输出功能，并且打印输出，通过 P0 口出来显示数据，还是P3作为控制 线。使用CPU专感器信号输入中断1外部中断，CPU的接收中断的应用，反过来，从4 373 锁存器读取数据，并从传感器的信号确定。随着查询方法8279键盘输入，并显示的CPU 8279在一个时间数据。74 hcl38 p2.5

14、。 P2.7解码，选不同白芯片。如表 2.2所示，选 通地址表。表2.2 74HC138选通地址表74HC138U 出选通地址i k, - 13 f FFH*7 a n1 =.2-FFH1 1空闲丫=X 373-1T - /FFH1 ,1 =X 373-2it =X 373-3FFMlb =X 373-4COC-C-rFFH7 ：看门狗电路E.)CFFFH2.4.4 键盘显示芯片8279管脚介绍键盘输入：首先是自动扫描完成以后将会是自动连接到键盘或矩阵组成的传感 器，信息被录入，然后显示出输出数据通过led数码管显示。1) 8279引脚引线及功能描述8279为40歹弓|脚封装，如图2.10所示。图2.10 8279管脚图2.5键盘输入电路的设计2.5.1 单片机定时/计数的功能在实时控制系统，经常需有实现实时时钟的时间或时间延迟控制，也常常需要有外 界的事件进行计数。1）定时的一般方法软件定时硬件定时可编程的硬件定时2）定时器的结构与工作原理10工作方式寄存器TMOD8位TMO屏位的定义如下：B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7GATE /T M1 M0 G