火車道口報(bào)警系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 taiyuan university of science rail transportation industry is developing rapidly, with increasing demand for train speed. in the case of train running in high speed, railway level crossings become key points and difficulties on the safety transportation issues of railway in china. these crossings b

2、ring peoples life a lot of inconvenience, even sometimes with dangerous accidents. the topic for the current situation of our country railway level crossing develops a level crossing to vehicle automatic alarm system by single-chip microcomputer technology, adopted high reliability 89c51 as a contro

3、l chip, using and processing information of wheels collected back by track sensor to notify crossing officers on duty and passers-by of the future vehicle information accurately, to provide reliable protection for the safety of high-speed operation of the train, with traffic lamp warning and bar woo

4、den partition ,to greatly reduce the accident hidden danger. in the light of the systems working environment and particularities of the working, during the hardware designing process, highlights the systems reliability and the robustness of the devices, on the development of the software has also ta

5、ken strong anti-jamming measures. the design and research of this system can provide information about the coming vehicle timely and accurate for crossing officers on duty, even in adverse weather conditions there will not be much affected. therefore, this system is of great social significance and

6、promotional value. key words：transportation safety, rail-way level crossing, single-chip 第 1 章 緒論 1.1 問(wèn)題的提出 鐵路是我們國(guó)家很重要的基礎(chǔ)交通設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)、交通運(yùn)輸體系的重要組成 部分，對(duì)于國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行具有很重要的作用。鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)輸能力較大、 能夠承擔(dān)大量客貨運(yùn)送的任務(wù)、速度較快、受氣候條件的限制相對(duì)較小、并可全天候運(yùn) 營(yíng)、且運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，我國(guó)一直在大力發(fā)展鐵路行業(yè)的建設(shè)。 火車平交道口是鐵路和公路的平面交叉點(diǎn)，隨著鐵路行車速度、密度的不斷提增和 公路車輛的急

7、速擴(kuò)增，平交道口的安全問(wèn)題，變的相當(dāng)突出。在我國(guó)有很多的鐵路無(wú)人 看守道口存在，使得道口安全問(wèn)題總是存在于人們的視野中。就在我的學(xué)校附近就有一 個(gè)火車道口，對(duì)我們的出行很不方便。 為了改善鐵路平交道口尤其是站內(nèi)道口的安全情況，很有必要設(shè)計(jì)一種具有高可靠 性能的道口報(bào)警設(shè)備，在列車接近道口前告警。 本課題就是針對(duì)我國(guó)鐵路平交道口的現(xiàn) 狀，利用單片機(jī)技術(shù)開發(fā)平交道口來(lái)車自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。采用智能報(bào)警系統(tǒng)具有報(bào)警準(zhǔn)確， 性能價(jià)格比高，全天侯，不怕環(huán)境惡劣，安裝方便等特點(diǎn)，能極大減少該類道口交通事 故。利用軌道傳感器采集回來(lái)的車輪信息，準(zhǔn)確地將來(lái)車信息通知道口值守人員及過(guò)往 行人，大大減少事故發(fā)生，為列車

8、的安全高速運(yùn)行提供可靠的保障。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在我國(guó)站內(nèi)道口來(lái)車管理大多還是處于靠電話通知和道口工眺望的狀態(tài)，遇到天 氣狀況不好，或是電話線路不暢的時(shí)候，就存在了事故的隱患。鐵道部對(duì)此尚無(wú)在全國(guó) 推廣的定型產(chǎn)品，均為各鐵路局自己開發(fā)的設(shè)備，而且利用率也不是太高。因此，增強(qiáng) 鐵路道口防護(hù)系統(tǒng)功能是十分必要的。 而在歐洲，鐵路網(wǎng)發(fā)達(dá)，道口密度大，事故風(fēng)險(xiǎn)也高。英國(guó)的安全工作做的比較好， 近年來(lái)其道口事故發(fā)生率和每個(gè)道口平均死亡人數(shù)均比其他國(guó)家低。其原因不僅是政府 強(qiáng)行控制道口違章行為和加強(qiáng)平交道口安全教育，更主要是研制出一種新型的平交道口 預(yù)測(cè)器。在兩邊軌道的端點(diǎn)處各裝了一個(gè)無(wú)源轉(zhuǎn)轍器

9、，當(dāng)列車經(jīng)過(guò)時(shí)，軌道電路的阻抗 和電壓會(huì)線性改變，回饋列車接近道口的位置并計(jì)算列車的速度，確定列車經(jīng)過(guò)道口的 時(shí)間，從而報(bào)警。因?yàn)榈揽诙嘈柚蛋嗳藛T操縱，人員運(yùn)營(yíng)費(fèi)用很大，正在提議把道口信 號(hào)設(shè)備與電子聯(lián)鎖設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化。以上介紹的鐵路軌道電路等，在歐洲與中國(guó)的現(xiàn)實(shí) 看有許多不同的地方，且價(jià)格十分昂貴，所以，不能直接將其移用至我國(guó)。在我國(guó)鐵路 整體提速的情況下，為了防止悲劇的發(fā)生，我國(guó)正在努力提高道口設(shè)備科技含量及監(jiān)控 信息化水平，保障道口行車安全。所以，開發(fā)實(shí)用的站內(nèi)道口自動(dòng)報(bào)警設(shè)備是鐵道部當(dāng) 務(wù)之急。 1.3 研究的目的和意義 鐵路道口安全工作的好壞，直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，并是推動(dòng)和

10、促進(jìn)鐵路跨 越式發(fā)展目標(biāo)能否順利實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要方面。道口自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提高了道口來(lái)車報(bào)警的 可靠性和準(zhǔn)確性，可以有效的降低誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)事件的出現(xiàn)幾率，從而有效的避免道口交 通事故的發(fā)生。而且國(guó)外的產(chǎn)品也不適用于我國(guó)的鐵路狀況。所以，立足我國(guó)鐵路現(xiàn)狀， 開發(fā)實(shí)用的站內(nèi)道口自動(dòng)報(bào)警設(shè)備仍是當(dāng)務(wù)之急。 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 系統(tǒng)總體采用 at89c51 單片機(jī)為平交道口自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的核心，用安裝在鋼軌內(nèi)側(cè) 的車輪傳感器組成檢測(cè)點(diǎn)，感應(yīng)到的車輪信息通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電纜傳送到道口房的主機(jī)內(nèi)， 根據(jù)多項(xiàng)數(shù)據(jù)得出列車是否通過(guò)道口。由單片機(jī)控制道口交通燈的轉(zhuǎn)換和語(yǔ)音報(bào)警功能 的開關(guān)，并控制道口欄木升降從而達(dá)到自動(dòng)檢

11、測(cè)、報(bào)警通知和提升道口整體安全狀況的 目的。 本系統(tǒng)列車接近報(bào)警系統(tǒng)的主要功能： （1）自檢功能：開機(jī)后進(jìn)入自檢，對(duì)各項(xiàng)設(shè)備（傳感器、顯示器等）進(jìn)行檢測(cè)，看其是 否正常工作。自檢的關(guān)鍵部位是傳感器，因?yàn)樽钜装l(fā)生的故障是傳感器的損壞、斷線和 丟失。 （2）列車接近道口語(yǔ)音報(bào)警功能：當(dāng)列車接近道口時(shí)，道口房?jī)?nèi)有蜂鳴器報(bào)警，以提示 道口工注意;室外語(yǔ)音喇叭也用語(yǔ)音信號(hào)提示行人注意，不要在此時(shí)穿越道口。 （3）交通燈切換功能：當(dāng)列車接近道口，傳感器采集到列車接近信息，系統(tǒng)立即控制交 通燈的紅色信號(hào)燈亮，綠色信號(hào)暗，以提示行人、車輛禁止通過(guò)。 （4）道口欄木升降功能：當(dāng)列車將要通過(guò)時(shí)，欄木放下，防止行人

12、及車輛通過(guò)。列車通 過(guò)后，欄木升起。 （5）系統(tǒng)復(fù)原功能：當(dāng)列車通過(guò)道口后，設(shè)備復(fù)原，聲光報(bào)警停止，顯示器恢復(fù)顯示時(shí) 間。設(shè)計(jì)時(shí)，要保證設(shè)備在無(wú)列車接近時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)，列車接近則自動(dòng)喚醒，最大限 度地提高電源效率。 （6）數(shù)字鐘功能系統(tǒng)：自檢結(jié)束后立即自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)時(shí)鐘要顯示或輸入準(zhǔn)確 的時(shí)間，因?yàn)榱熊嚱咏揽?、通過(guò)道口和道口工確認(rèn)時(shí)間均以此時(shí)鐘為準(zhǔn)。 （7）人機(jī)對(duì)話和雙向通信功能：通過(guò)鍵盤命令可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，單鍵操作簡(jiǎn)單易學(xué)、操 作靈活、可靠性高，利用 pc 鍵盤接口實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的雙向通信，盡可能少占用主機(jī)硬件資 源。 第 2 章 微機(jī)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)概述 2.1 系統(tǒng)組成部分及工作原理

13、火車在進(jìn)行時(shí)，凸出極磁電軌道傳感器將車輪切割磁感線輸出的脈沖信號(hào)，通過(guò)信 號(hào)處理電路，將整齊的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為火車與道口的距離，將該距離可以進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 當(dāng)無(wú)火車接近時(shí)，顯示正常通過(guò)，一旦傳感器檢測(cè)到有火車到來(lái)時(shí)單片機(jī)電路就會(huì)發(fā)出 聲、光報(bào)警，警示即將通過(guò)道口的車輛以及人員。確保通過(guò)人員的安全，并減少由此帶 來(lái)的巨大的財(cái)產(chǎn)損失。 整個(gè)系統(tǒng)的原理圖如圖 2.1 所示。 微機(jī)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的指標(biāo)如下： 用聲、光警示即將通過(guò)道口的車輛以及人員； 具有較好的電磁兼容性； 適應(yīng)各種天氣； 適于電氣以及非電氣化的各道口（備蓄電瓶，自動(dòng)充電） ； 安裝，維護(hù)方便，成本低。 傳感器 信號(hào)處理電路 單片機(jī)電路 顯

14、示器 鍵盤 輸出接口與功能擴(kuò)展 列車接近方向顯示 室 內(nèi) 語(yǔ) 音 報(bào) 警 室 外 語(yǔ) 音 報(bào) 警 欄 木 升 降 交通燈轉(zhuǎn)換 圖 2.1 系統(tǒng)組成框圖 2.2 系統(tǒng)主要組成部分 微機(jī)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)以及系統(tǒng)功能實(shí) 現(xiàn)模塊四部分組成。 傳感器系統(tǒng)：根據(jù)系統(tǒng)需求，數(shù)據(jù)采集元件選用的是凸出極磁電軌道傳感器。此傳感 器為永磁體材料，外殼為堅(jiān)硬鑄鋼，無(wú)源，其磁心的磁能積足夠大，火車車輪經(jīng)過(guò)時(shí)， 通過(guò)切割磁力線能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖信號(hào)，只需要定時(shí)打掃金屬屑，不需要特別的養(yǎng) 護(hù)，就能長(zhǎng)期工作，符合工作環(huán)境對(duì)傳感器的要求。 信號(hào)處理系統(tǒng)：信號(hào)處理系統(tǒng)將傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換

15、為開關(guān)量，并分離出信號(hào)中 的故障信號(hào)，是系統(tǒng)的重要組成部分。傳感器輸出的信號(hào)包括故障信息和車輪信息的 復(fù)合模擬信號(hào)。這樣的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)成為標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)量，才能供數(shù)字控 制系統(tǒng)使用。信號(hào)處理系統(tǒng)還包括信號(hào)輸入，光電隔離抗干擾，鎖存選通等幾個(gè)部分， 保證信號(hào)的準(zhǔn)確、及時(shí)。 單片機(jī)系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)，他通過(guò)硬件與軟件的結(jié)合來(lái)控 制各個(gè)部分的工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。這部分是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，選擇了 at89c51 單片機(jī)，其使用方便，易于掌握，操作方便，是合適的選擇。通過(guò)顯示器 顯示列車接近的時(shí)間，鍵盤是人機(jī)通訊的工具，通過(guò)鍵盤工作人員可以檢查、操作單 片機(jī)。 功能實(shí)現(xiàn)

16、模塊：功能實(shí)現(xiàn)模塊包括 3 個(gè)主要功能：道口交通燈轉(zhuǎn)換控制功能、語(yǔ)音報(bào) 警功能和道口欄木升降功能。當(dāng)車來(lái)之前綠燈滅，紅燈亮，車走之后紅燈滅，綠燈亮。 室內(nèi)語(yǔ)音室用來(lái)提醒工作人員列車將要來(lái)到，提前做好準(zhǔn)備，室外語(yǔ)音則是提醒過(guò)往 車輛以及行人注意安全。欄木在車來(lái)之前就會(huì)放下來(lái)，車走之后會(huì)抬起。 2.3 方案選擇 火車道口報(bào)警系統(tǒng)有許多方案可以選擇，每一個(gè)方案都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。在做這個(gè) 系統(tǒng)時(shí)，我參考了許多方案，但最終決定使用以單片機(jī) at89c51 為中心，振動(dòng)傳感器 mly9200 為主要組成的單片機(jī)系統(tǒng)。 2.3.1 系統(tǒng)選擇 在我所學(xué)的知識(shí)里，單片機(jī)和 plc 都可以做這個(gè)系統(tǒng)。 a. 單片

17、機(jī)系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。適用于嵌入式操 作系統(tǒng)，應(yīng)用廣泛。本系統(tǒng)所用的 at89c51 單片機(jī)價(jià)格較低，好操作，易掌握，學(xué) 習(xí)使用都很方便。以 at89c51 為主的系統(tǒng)都很穩(wěn)定，對(duì)于火車道口這種突發(fā)狀況多， 天氣情況多變的地方很適合。 b.plc 系統(tǒng)：plc 機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，如可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等，但價(jià)格昂貴，對(duì)于我 國(guó)火車道口數(shù)量極多的情況不是很合適，且其輸入程序?yàn)樘菪螆D，plc 在執(zhí)行梯形圖 時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語(yǔ)言然后執(zhí)行，與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫的用戶程序 相比，執(zhí)行的時(shí)間更長(zhǎng)。 c.atmega128l 與 mc55 系統(tǒng)：該系統(tǒng)有單片機(jī)

18、atmega128l 和 mc55 接口電路為主要 組成部分。這部分的內(nèi)容并沒(méi)有接觸過(guò)，而且也比較繁瑣，所用的器件較多，這樣造 成的干擾也會(huì)更多。 基于上述情況，最終選擇選用單片機(jī)系統(tǒng)。 2.3.2 傳感器的選擇 a. 凸出極磁電軌道傳感器：此傳感器為永磁體材料，外殼為堅(jiān)硬鑄鋼，無(wú)源，其磁心的 磁能積足夠大，火車車輪經(jīng)過(guò)時(shí)，通過(guò)切割磁力線能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖信號(hào)，只需要 定時(shí)打掃金屬屑，不需要特別的養(yǎng)護(hù)，就能長(zhǎng)期工作，符合工作環(huán)境對(duì)傳感器的要求。 b.mly9200 振動(dòng)傳感器：該傳感器可以對(duì) 1km 以內(nèi)行進(jìn)中的火車能夠檢測(cè)到，適合 鐵軌的中低振動(dòng)頻率范圍內(nèi)，有較低的輸出阻抗，較好的信噪比，使

19、用方便，靈活性 較好，但可能存在偏差，動(dòng)態(tài)范圍有限。 綜上選擇凸出極磁電軌道傳感器作為本系統(tǒng)所用傳感器。 2.3.3 單片機(jī)的選擇 在單片機(jī)的選擇上，并沒(méi)有太多的選擇，那是因?yàn)閱纹瑱C(jī) at89c51、at89c52 以及 at89s51 的基本功能都差不多，若是做這個(gè)系統(tǒng)的話，基本都可以，只是 c52 的內(nèi)存比 c51 的較大，還多了看門狗和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能。s51 則可以說(shuō)是 c51 的升級(jí)版在寫入 方式，電源范圍，工作頻率等方面都有改進(jìn)，基于本系統(tǒng)用單片機(jī) at89c51 就可以做的 很好，所以還是選用了 c51 為主要器件。 2.4 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 2.4.1 系統(tǒng)抗干擾性及可靠性設(shè)計(jì)

20、原則 近幾年來(lái)，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程控制、智能化儀器儀表等領(lǐng)域造成的干 擾后果主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 數(shù)據(jù)采集誤差加大 控制狀態(tài)失靈 數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化 程序運(yùn)行失靈 針對(duì)這些內(nèi)部和外部因素的干擾，采取有效的軟硬件措施加以解決，是可靠性設(shè)計(jì) 的基本任務(wù)。導(dǎo)致系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行的內(nèi)部因素主要有三個(gè)： 1、元器件本身的性能與可靠性。 2、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理。 3、安裝與調(diào)試。 外部原因是指系統(tǒng)所處工作環(huán)境中的外部設(shè)備或空間條件導(dǎo)致運(yùn)行不可靠的因素， 主要包括： 1、外部電器條件，如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響； 2、外部空間條件，如溫度、濕度、空氣清潔度等； 3、外部機(jī)械條

21、件，如振動(dòng)、沖擊等； 4、惡劣的自然現(xiàn)象影響，如雷電等。 因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，元器件的選擇是根本解決辦法，合理的安裝調(diào)試是基礎(chǔ)設(shè)置， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是有效的手段，外部環(huán)境是保證。這是本系統(tǒng)在抗干擾性以及可靠性設(shè)計(jì)方 面遵循的基本原則。 2.4.2 系統(tǒng)干擾源分析以及硬件抗干擾措施 干擾形成必須具備三個(gè)主要因素，即：干擾源、耦合通道、對(duì)于干擾敏感的接受電 路，如下圖所示： 圖 2.2 干擾流程示意圖 本系統(tǒng)受到的主要干擾來(lái)自電網(wǎng)供電，空間電磁波，信號(hào)傳輸通道和雷電。 較惡劣的供電條件及抗干擾措施 由于車站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各種電器設(shè)備眾多，特別是感性負(fù)載的啟停，可使電網(wǎng)電壓產(chǎn) 生大幅度的漲落（浪涌）和較大幅度

22、的高頻振蕩電壓，而各種大功率開關(guān)的通斷，電機(jī) 的啟停，又會(huì)形成很強(qiáng)的尖峰干擾，極易造成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)得誤動(dòng)作、數(shù)據(jù)丟失甚至 死機(jī)。 系統(tǒng)針對(duì)供電條件的干擾所采取的抗干擾措施主要有： 1.在電源引入線上加帶有屏蔽罩的電源濾波器（低通濾波器） ，它一方面抑制分布在火 線上的干擾，另一方面也可解決寬頻帶瞬變狀態(tài)下的干擾。其設(shè)計(jì)力圖僅允許 50hz 交流電通過(guò)，對(duì)高頻干擾電壓有較好的衰減作用。 2.在電源引入線的線間和每線對(duì)地間加裝 430v 壓敏電阻，可有效抑制較高幅度的振蕩 電壓和尖峰脈沖。 較強(qiáng)的空間電磁波干擾以及抗干擾措施 空間電磁波的干擾無(wú)處不在，車站附近可以認(rèn)為是電磁波重污染區(qū)。這里密集了

23、各 種無(wú)線通信和廣播電視信號(hào)，內(nèi)然機(jī)車和電力機(jī)車上的各種大功率電機(jī)電器和車站的各 種設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾。系統(tǒng)抗電磁干擾的能力又稱為電磁兼容性，目前，各種軍用、 民用電子設(shè)備對(duì)電磁兼容性的要求越來(lái)越高。 電磁兼容性設(shè)計(jì)主要包括電路設(shè)計(jì)、接地和屏蔽設(shè)計(jì)。 電路設(shè)計(jì)包括帶寬控制、去耦、濾波和隔離。 1.帶寬控制主要是選用高抗干擾能力的邏輯芯片。cmos 一般比 ttl 好，功耗小，所 以優(yōu)先選用 cmos 芯片。盡量選用比較低的時(shí)鐘頻率，本單片機(jī)系統(tǒng)選用 6mhz。 對(duì)輸入的開關(guān)量要進(jìn)行限幅、rc 濾波、整形。 2.去耦措施是對(duì)共模耦合采取分開回路的設(shè)計(jì)，對(duì)互阻耦合，采取使空間導(dǎo)體彼此遠(yuǎn)離， 尺寸盡

24、量減小，就近接地和加粗地線。 3.濾波措施是對(duì)進(jìn)入電路內(nèi)部的連接電纜，都加濾波環(huán)節(jié)，以抑制其傳導(dǎo)干擾，同時(shí)在 內(nèi)部電路的信號(hào)輸入部分也加有濾波電容。 4.隔離措施是用光電耦合器把內(nèi)部電路與外部接口隔離開，將各單元電路也盡可能隔離 開。 各信號(hào)通道間盡量采用電氣隔離、空間隔離的措施，減少干擾傳輸，減少傳輸距離， 開關(guān)通斷瞬間產(chǎn)生的尖峰干擾就近采用 rc 濾波進(jìn)行吸收。 人們己經(jīng)研究了許多抑制電源干擾的措施，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，可以選擇適合自己 所設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)的抗干擾手段。 電源變壓器的初次級(jí)屏蔽。 利用初級(jí)平衡式繞制法繞制電源變壓器。 采用防雷電變壓器。 減少電源變壓器的泄漏磁通。 采用噪聲隔離

25、變壓器。 采用電源濾波器。 采用性能好的穩(wěn)壓電源。 通過(guò)以上抗干擾措施從而減小外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 這章主要是介紹系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)，以下是對(duì)每部分的詳細(xì)介紹。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 傳感器的選用 3.1.1 傳感器的選擇 本系統(tǒng)選擇凸出極磁電式軌道傳感器。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)對(duì)傳感器的要求十分苛刻，由于工作位置靠近站臺(tái)和道路，夏天有雨水 浸泡，冬天遭冰雪覆蓋，還有沙土垃圾掩埋，人為破壞等原因，站內(nèi)道口傳感器的工作 條件比區(qū)間道口惡劣的多。所以對(duì)傳感器有測(cè)試范圍寬并盡可能無(wú)源；堅(jiān)固耐用無(wú)維修 或極少維修；較高的靈敏度和輸出范圍等要求。 經(jīng)過(guò)綜合比較，本課題最終決定選擇凸

26、出極磁電式軌道傳感器。該類傳感器為永磁 體材料，磁極為凸出極結(jié)構(gòu)，中央設(shè)凸出極鐵芯，引出端子為密封結(jié)構(gòu)裝置，外殼為優(yōu) 質(zhì)鑄鋼制造，無(wú)源，其磁心的磁能積足夠大，火車車輪通過(guò)時(shí)切割磁力線可以產(chǎn)生足夠 高的脈沖信號(hào)。其效果是公里小時(shí)低速或“蛇形運(yùn)動(dòng)”時(shí)不丟軸，防雷性能好，靈敏度 高，雨雪天能可靠輸出信號(hào)，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)工作間隙的調(diào)整要求，能適用于各種不同的 鋼軌類型，較理想地適應(yīng)鐵路信號(hào)自動(dòng)控制裝置的配套需要。可以長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，而 且除了定期清掃鐵屑外，無(wú)需維修，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境。 其工作原理為： 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律： dt d ne 將感生出電信號(hào)，且磁通變化率決定感應(yīng)電信號(hào)的幅值。

27、 1.相關(guān)技術(shù)特性： 感生信號(hào)電壓(e)與工作間隙 h 呈指數(shù)變化關(guān)系。即工作間隙 h 減小，感應(yīng)信號(hào) 電壓(e)呈指數(shù)上升；工作間隙 h 增大，感應(yīng)信號(hào)電壓(e)呈指數(shù)下降。 工作間隙(鋼軌頂部平面與傳感器工作面間的垂直距離)一定的條件下，感應(yīng)信號(hào) 電壓(e)與車輪通過(guò)傳感器的速度(v)呈線性關(guān)系。 傳感器信號(hào)敏感度測(cè)試： 對(duì)傳感器進(jìn)行模擬車輪實(shí)驗(yàn)，研究其脈沖強(qiáng)度與車輪運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系，可以證明 該型傳感器能產(chǎn)生足夠的脈沖信號(hào)發(fā)回主機(jī)。 3.1.2 傳感器的安裝及使用 傳感器的安裝要考慮以下因素： 機(jī)車輪沿高度為 28 毫米，車輛輪沿高度為 25 毫米； 車輛踏面最大允許限度為 9 毫米，到此

28、限的車輪踏面不允許繼續(xù)使用。所以為了 確保傳感器安裝不侵入限界，即保證安全使用又使傳感器的信息源盡可能地提高其效能， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定傳感器面到鐵軌面的高度為 37 毫米，在無(wú)機(jī)車行走的線路，只溜放車輛 的條件下，此高度可以調(diào)整到 34 毫米。 為了能用單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出火車的速度，在觸發(fā)端設(shè)計(jì)兩只傳感器并排連接，兩只 傳感器的距離固定(本系統(tǒng)設(shè)兩只傳感器之間的距離為 s)，這樣可以依據(jù)脈沖發(fā)生間隔時(shí) 間通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)編制的軟件算出火車的行駛速度。其測(cè)速原理如圖 3.2 所示。 為使測(cè)算的速度準(zhǔn)確，本系統(tǒng)設(shè)檢測(cè)車輪通過(guò)兩個(gè)傳感器所用的時(shí)間為 t，火車 飛輪 v s 鋼軌 道口 hh 計(jì)數(shù)器0t 傳

29、 感 器 傳 感 器 停止計(jì)數(shù) 開始計(jì)數(shù) 圖 3.2 測(cè)速原理 的行駛速度為 v，則 v=st。定時(shí)常數(shù) k=100s 時(shí)，利用傳感器 i 的信號(hào)啟動(dòng) 89c51 的計(jì) 數(shù)器 t0，同時(shí)利用傳感器 ii 的信號(hào)關(guān)閉計(jì)數(shù)器 t0 記數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為 x 時(shí)，則對(duì)應(yīng)的時(shí) 間 t 為： 。kxt 當(dāng)火車到達(dá)道口后系統(tǒng)不再需要繼續(xù)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為此，設(shè)置復(fù)原端傳感器，只 需給系統(tǒng)一個(gè)脈沖信號(hào)告知，火車已經(jīng)到達(dá)道口，馬上停止告警。所以，復(fù)原端傳感器 采用一只磁電式傳感器就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 3.2 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì) 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)原則為：傳感器輸出的信號(hào)是包括故障信息和車輪信息的復(fù)合 模擬信號(hào)。這樣

30、的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)必要的處理，將不同的有用信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)量， 才能供數(shù)字式控制系統(tǒng)使用。根據(jù)傳感器信號(hào)和控制系統(tǒng)的需要，本系統(tǒng)的信號(hào)處理電 路必須要完成下列功能： 1.將復(fù)合信號(hào)中車輪信號(hào)分離并整形為脈沖信號(hào) 2.分離出復(fù)合信號(hào)中包含的故障信息 3.對(duì)車輪信號(hào)中的顫動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波 4.對(duì)傳感器及線路傳輸?shù)母蓴_信號(hào)進(jìn)行處理 5.為設(shè)備維護(hù)方便，設(shè)置處理電路自檢裝置以及信號(hào)顯示電路； 隔離內(nèi)、外地系統(tǒng)信號(hào)處理電路包括 4 個(gè)相互獨(dú)立的縱向通道，每個(gè)通道處理 8 路 傳感器的信號(hào)，共可處理 32 路信號(hào)傳感器信號(hào)，前兩個(gè)通道的 16 路傳感器的信號(hào)構(gòu)成 int0 中斷，后兩個(gè)通道的 16 路傳感器

31、的信號(hào)構(gòu)成 int1 中斷。每個(gè)信號(hào)通道由信號(hào)輸入級(jí)、 整形級(jí)、光電隔離級(jí)、鎖存選通級(jí)和中斷控制邏輯形成電路組成。圖 3.3 是其中一路傳感 器輸出信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)圖： 圖 3.3 信號(hào)處理電路 如圖 3.3，傳感器 cg1 采集列車通過(guò)信號(hào)，輸出脈沖信號(hào)，ym1 是壓敏電阻，其電 阻值隨著電壓的改變而改變，是為了保護(hù)傳感器受到過(guò)電壓的損傷。r1 是限流電阻， rp1 是分壓電阻，c1 是濾波電容，兩個(gè)二極管也是為了防止過(guò)電壓，這些都是為了保護(hù) 電路及元件的。脈沖信號(hào)通過(guò) 74hc245 后放大信號(hào)功率。tlp521-4 是光電耦合器，是為 了減少電壓干擾，脈沖信號(hào)通過(guò)光電耦合器后分成兩路，一

32、路輸入與非門 74hc30，四片 74hc30 輸出的信號(hào)再輸入或非門 74hc02，一路輸入數(shù)據(jù)鎖存器 74hc373，而后他們輸 出的兩路信號(hào)再進(jìn)入 74hc123，最后輸出完整的脈沖信號(hào)。 3.2.1 器件簡(jiǎn)介 tlp521-4 是可控制的光耦合器件，電路之間的信號(hào)輸出，使之前端與負(fù)載完全隔離， 目的在于安全性，減小電壓的干擾，減化電路的設(shè)計(jì)。 74hc245 總線收發(fā)器，典型的 cmos 型三態(tài)緩沖門電路。用于信號(hào)功率放大。 74hc373d 是 8 位的高速數(shù)據(jù)鎖存器，coms 材料的，常用作單片機(jī) isp 下載器數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)鎖存緩沖。工作電壓在 4.5v 到 5v 之間。 74hc3

33、0 是 8 輸入單與非門。 74hc02 是二輸入四或非門 74hc123 是雙路可再觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器，可通過(guò)多達(dá) 3 種方式實(shí)現(xiàn)輸出脈寬控制。 74hc123 的 na 和 nb 輸入帶施密特觸發(fā)功能，使得電路對(duì)緩慢的輸入上升和下降具 備更高的容差性。 3.2.2 信號(hào)輸入 對(duì)信號(hào)輸入級(jí)的要求，一是檢測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)變化，二是連續(xù)檢測(cè)信號(hào)電平的變化， 所以采用圖 3.3 示電路。其中 c1 為濾波電容，ym1 為壓敏元件，可以防止雷電以及車電 高電壓竄入。r1 為限流電阻，d1、d2 為單向整流限幅二極管，防止輸入過(guò)壓，且完成 傳感器輸入信號(hào)的尖脈沖波形到方波脈沖的轉(zhuǎn)換。rp1 為 22k 分

34、壓電阻。a 點(diǎn)電壓即靜 態(tài)輸入電壓 vi 為： vv rrr rr v cgipi cgi i 287 . 0 5 83 . 0 51 . 0 22 83 . 0 51 . 0 當(dāng)傳感器 cg 斷線時(shí)，vi 變?yōu)?v+為 5v，從而為斷線檢測(cè)打下硬件基礎(chǔ)。在系統(tǒng)工 作時(shí)，不斷檢測(cè)所有 4 塊 373 的輸入端，若連續(xù)檢得 10 秒鐘低電平，即為斷線。 3.2.3 信號(hào)整形 信號(hào)整形級(jí)選用得是 74hc245 芯片 1 腳 m(dir)，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用，dir=“1”高電平時(shí)信號(hào)由“a”端輸入“b”端輸出， dir=“0”低電平時(shí)信號(hào)由“b”端輸入“a”端輸出。 29 腳“a”信號(hào)輸入輸出

35、端，a1=b1 至 a8=b8，a1 與 b1 是一組，如果 dir=“1” oe=“0”則 a1 輸入 b1 輸出，其它類同。如果 dir=“0”oe=“0”則 b1 輸入 a1 輸出， 其它類同。 1118 腳“b”信號(hào)輸入輸出端，功能與“a”端一樣，不再描述。 19 腳 oe()，使能端，若該腳為“1”a/b 端的信號(hào)將不導(dǎo)通，只有為“0”時(shí) a/b 端才 被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。 10 腳 gnd，電源地。 20 腳 vcc，電源正極。 圖 3.4 74hc245 引腳圖 表 3.1 真值表 74hc245 的 dir 端接電源后，使方向?yàn)?a 到 b，第 19 管腳接地，使

36、其始終選通。 控制輸入 dir 運(yùn)行 l l b 數(shù)據(jù)到 a 總線 l h a 數(shù)據(jù)到 b 總線 h x 隔開 3.2.4 光電隔離 在實(shí)際信號(hào)處理電路當(dāng)中，存在各種的干擾信號(hào)是不可避免的，為保證信號(hào)傳輸?shù)?準(zhǔn)確性，必須在信號(hào)處理電路中增加光電隔離級(jí)，即采用隔離技術(shù)來(lái)增強(qiáng)抗干擾能力。 在硬件上常用光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)電光電的隔離，這樣就可以有效的阻止干擾信號(hào)的 傳遞。 本系統(tǒng)采用的是光電耦合器是 tlp521-4，這是一種完全對(duì)稱特性的光電模擬信號(hào)隔 離器。該光電隔離器的特點(diǎn)是：它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有 4 個(gè)光電耦合器，它們的物理特性完全 一直、重復(fù)性很好、并且 4 個(gè)光電耦合器的 4 個(gè)電源實(shí)現(xiàn)了完全隔

37、離，它們有良好的線 形度，可將地面的干擾基本完全消除。這樣該光電耦合器在電路中就將選中的模擬信號(hào) 的輸入級(jí)、輸出級(jí)完全隔離開來(lái)，阻止了相互之間的電聯(lián)系，消除輸入級(jí)、輸出級(jí)之間 的干擾。 3.2.5 鎖存選通級(jí)設(shè)計(jì) 由于傳感器的信號(hào)寬度為幾毫秒至一百多毫秒，向 cpu 申請(qǐng)中斷的可能是 32 路傳感 器中的任何一個(gè)或是其中幾個(gè)，因此，cpu 接到中斷申請(qǐng)后應(yīng)該確定究竟是誰(shuí)先發(fā)出的 中斷申請(qǐng)。 本系統(tǒng)采用 74hc373（八路數(shù)據(jù)鎖存器） 、74hc30（八輸入與非門） 、74hc02（二輸 入四或非門）組成了鎖存電路，并且進(jìn)而通過(guò) 74hc123（雙可再觸發(fā)的單穩(wěn)多諧振蕩器） 變成寬度為 t 的

38、中斷信號(hào)。由圖 3.3 可見(jiàn)，在產(chǎn)生 int0 中斷信號(hào)的同時(shí)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)門電路 的傳輸時(shí)間延遲后，也使 373 鎖存器鎖存。鎖存器的輸出接入數(shù)據(jù)總線，cpu 通過(guò) 138 譯碼依次選通各鎖存器，從 p 0 口讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，此數(shù)據(jù)就表明了各傳感器的狀態(tài)。 中斷信號(hào)太寬不行，太窄有可能來(lái)不及響應(yīng)。寬度選取如下： spfrct56470012 3.3 系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則首先是可靠，其次是簡(jiǎn)單，具有可以滿足系統(tǒng)工作需要的計(jì)算速度，而且 要考慮系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)成本。因此，我們選用技術(shù)成熟而且可以穩(wěn)定工作的 89c51 作為 系統(tǒng)主電路的核心。 3.3.1 at89c51 性能簡(jiǎn)介 at89c5

39、1 是一種低功耗、高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè) 4k 字節(jié)的 flash 可編 程可擦除只讀存儲(chǔ)器(perom)，它采用了 cmos 工藝和 atmel 公司的高密度非易失性 存儲(chǔ)器(nuram)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 mcs-51 兼容。片內(nèi)的 flash 存 儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。因此 at89c51 是 一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，它可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。 at89c51 的主要性能有： 與 mcs-51 微控制器產(chǎn)品兼容； 4kb 可改編程序 flash 存儲(chǔ)器(可經(jīng)受 1000 次的寫入/擦除周期)； 全靜

40、態(tài)工作:ohz-24mhz； 三級(jí)存儲(chǔ)器保密； 1288 字節(jié)內(nèi)部 ram； 32 條可編程 i/0 線； 2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 6 個(gè)中斷源； 可編程串行通道； 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器； 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存片內(nèi) ram 中的內(nèi)容。 3.3.2 系統(tǒng)主電路 d0 3 q0 2 d1 4 q1 5 d2 7 q2 6 d3 8 q3 9 d4 13 q4 12 d5 14 q5 15 d6 17 q6 16 d7 18 q7 19 oe 1 le 11 u2 74hc373 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int

41、1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u1 89c51 a0 2 a1 3 a2 4 a3 5 a4 6 a5 7 a6 8 a7 9 b0 18 b1 17 b2 16 b3 15 b4 14 b5 13 b6 12 b

42、7 11 e 19 dir 1 u7 comment: 74hc245 a 1 b 2 c 3 e1 4 e2 5 e3 6 y0 15 y1 14 y2 13 y3 12 y4 11 y5 10 y6 9 y7 7 u4 74hc138 +c1 10uf c3 30pf c4 30pf y1 12mhz r1 10k vcc vcc 8051rxd 8051txd a0 10 a1 9 a2 8 a3 7 a4 6 a5 5 a6 4 a7 3 d0 11 d12 17 d2 13 d3 15 d4 16 d5 17 d6 18 d7 19 ce 22 we 27 a8 25 a9 24 a

43、10 21 a11 23 a12 2 cr 28 u5 6264 vcc led傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳 1 2 3 j8 傳傳傳傳傳 vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 j9 con10 d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 圖 3.5 單片機(jī)電路 脈沖信號(hào)從信號(hào)處理電路輸入單片機(jī)的 t1 和 t0 口，單片機(jī)開始工作，74hc138 是 信號(hào)選通，選通地址。6264 是外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)入 74hc373 鎖存器，也有數(shù) 據(jù)輸入數(shù)碼管顯示。74hc245 的功能是功率放大，做驅(qū)動(dòng)用，它輸出的信號(hào)可激活語(yǔ)音 及狀

44、態(tài)指示。 本系統(tǒng)道口交通燈只有紅綠兩個(gè)信號(hào)。模擬交通燈使用發(fā)光二極管，可直接連接單 片機(jī)引腳,其中紅燈接 p1.0 和 p1.1；綠燈接 p1.2 和 p1.3,再用軟件來(lái)進(jìn)行控制紅綠燈的切 換。利用 74hc373 鎖存器軟件控制紅綠燈。 信號(hào)輸入包括所有的傳感器狀態(tài)、鍵盤輸入信號(hào)等，都通過(guò) p0 口，功能輸出通過(guò) p1，而顯示的輸出數(shù)據(jù)仍然通過(guò) p0 口，p3 用作控制線。p0 口共驅(qū)動(dòng) 9 個(gè)芯片，除 6264 外其余均為 hc 電路，所以驅(qū)動(dòng)能力可以保證。用 74hc138 對(duì) p2.5p2.7 進(jìn)行全譯碼， 選通不同的芯片，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，選通地址表如表 3.2 所示。 表 3.2 74h

45、c138 選通地址表 圖 3.6 intel 6264 引腳圖 intel 6264 的容量為 8kb，是 28 引腳雙列直插式芯片，采用 cmos 工藝制造 a12a0（address inputs）：地址線，可尋址 8kb 的存儲(chǔ)空間。 d7d0（data bus）：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。 oe（output enable）：讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。 we（write enable）：寫允許信號(hào)，輸入，低電平有效。 74hc138 輸出選通地址 00y 626401fffh 10y 827920003fffh 20y 空閑 30y 信號(hào) 373-1 60007fffh 40y 信號(hào)

46、373-2 80009fffh 50y 信號(hào) 373-3 a000bffh 60y 信號(hào) 373-4 c000dffh 70y 看門狗電路 d000fffh ce1（chip enable）：片選信號(hào) 1，輸入，在讀/寫方式時(shí)為低電平。 ce2（chip enable）：片選信號(hào) 2，輸入，在讀/寫方式時(shí)為高電平。 vcc：+5v 工作電壓。 gnd：信號(hào)地。 操作方式： intel 6264 的操作方式由 oe,we, ce1 , ce2 的共同作用決定 寫入：當(dāng) we 和 ce1 為低電平，且 oe 和 ce2 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開， 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線 d7d0 寫入被選中的存儲(chǔ)單元

47、。 讀出：當(dāng) oe 和 ce1 為低電平，且 we 和 ce2 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通， 被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線 d7d0 上。 保持：當(dāng) ce1 為高電平，ce2 為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈 現(xiàn)高阻狀態(tài)。 3.4 語(yǔ)音報(bào)警功能的設(shè)計(jì) 語(yǔ)音報(bào)警功能是本系統(tǒng)的第二個(gè)主要功能。 語(yǔ)音電路是針對(duì)室外語(yǔ)音廣播而設(shè)計(jì)的。其核心為 microchip 公司生產(chǎn)的 pic16c71 單片機(jī)，語(yǔ)音芯片為 isd（information storage device）公司生產(chǎn)的 isd1420 芯片。 3.4.1 isd1420 芯片介紹 isd1420 為美國(guó) isd 公司出品

48、的優(yōu)質(zhì)單片語(yǔ)音錄放電路，由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、 前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個(gè)最小的錄放系 統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存 入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的方法是借助于美國(guó) isd 公司的 專利-直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)(dast tm)實(shí)現(xiàn)的。利用它，語(yǔ)音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其 原本的模擬形式進(jìn)入 eeprom 存儲(chǔ)器。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完 成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)，僅語(yǔ)音質(zhì)量?jī)?yōu)勝,而且斷電語(yǔ)音保護(hù)。 特點(diǎn)：sd1420 芯片采用直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)，且錄放音質(zhì)極好，重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒(méi)有

49、 常見(jiàn)的背景噪音,并有一定的混響效果；它的外圍元件簡(jiǎn)單，僅需簡(jiǎn)單的阻、容元件即可 組成簡(jiǎn)單的錄、放電路；但電源供電，典型電壓+5v。待機(jī)時(shí)低功耗，放音電流 15ma； 放音時(shí)間 20s,可擴(kuò)充級(jí)聯(lián)；可持續(xù)放音，也可分段錄放，最小分段：20s/160 段=0.125s/段， 可分段 160 段；錄、放次數(shù)達(dá) 10 萬(wàn)次；斷電信息存儲(chǔ)，無(wú)需后備電池，有自動(dòng)節(jié)電模式， 信息可存儲(chǔ) 100 年；不需要專用的編程器及語(yǔ)音開發(fā)器；高優(yōu)先級(jí)錄音，低電平或負(fù)邊 沿放音。 電特性：工作電壓：5v 靜態(tài)電流：典型值 0.5a，最大值 2a 工作電流：典型值 15ma，最大值 30ma（16 歐姆） 引腳介紹：is

50、d1420 芯片封裝有 dip 硬封裝和 cob 軟封裝兩種形式，均為 28 引腳。 a0a7地址或操作模式控制端，當(dāng) a6 和 a7 不全為高電平時(shí)，a0a7 為分段錄 音信息地址線，不同的地址對(duì)應(yīng)不同的錄音片段，a6 和 a7 全為高電平時(shí)，a0a5 用于選擇操作模式。 vssd數(shù)字接地 vssa模擬接地 sp+、sp音頻信號(hào)輸出端，可以驅(qū)動(dòng) 816 歐揚(yáng)聲器 vcca模擬電源 vccd數(shù)字電源 mic話筒輸入端，話筒輸入信號(hào)通過(guò)電容交流耦合至此引腳并傳給片上預(yù)放大器， 片上自動(dòng)增益控制（agc）電路控制預(yù)放大器的增益在 1524db 之間。耦合電容值 和該端內(nèi)阻（10k）決定語(yǔ)音信號(hào)通頻

51、帶下限頻率。 micref話筒輸入考端，若不用應(yīng)懸空 agc自動(dòng)增益控制端，調(diào)整芯片內(nèi)部前置放大器增益，使錄入信號(hào)不失真 anain、anaout兩端間接電容，該端用于模擬信號(hào)的直接輸入、輸出 xclk外部時(shí)鐘或接地（一般用戶接地即可） rec錄、放音控制，低電平為錄音 playl電平放音控制（低電平有效） ，放音時(shí)應(yīng)該保持低電平 playe邊沿放音控制，下降沿開始放音（此時(shí) rec=0） recled錄音指示，接發(fā)光二極管，錄音時(shí)亮，放音結(jié)束閃爍 圖 3.7 isd1420 芯片引腳圖 操作模式：地址輸入有雙重功能,根據(jù)地址中的 a6,a7 的電平狀態(tài)決定 a0a7 的功 能。如果 a6,a

52、7 有一個(gè)是低電平,a0a7 輸入全解釋為地址位,作為起始地址用。地址位 僅作為輸入端,在操作過(guò)程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù) playl、playe 或 rec 的 下降沿信號(hào),地址輸入被鎖定。如果 a6,a7 同為高電平時(shí),它們即為模式位。 使用操作模式有兩點(diǎn)要注意: 1.所有初始操作都是從 0 地址開始,0 地址是 1420 存儲(chǔ)空間的起始端,以后的操作可根據(jù) 模式的不同,而從不同的地址開始工作。當(dāng)電路中錄放音轉(zhuǎn)換或進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地 址計(jì)數(shù)器復(fù)位為 0。 2.當(dāng) playl 、playe 或 rec 變?yōu)榈碗娖?同時(shí) a6,a7 為高電平時(shí),執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作模式。 這種操作模式一直執(zhí)行到下

53、一個(gè)低電平控制輸入信號(hào)出現(xiàn)為止,這一刻現(xiàn)行的地址/模 式信號(hào)被取樣并執(zhí)行。 操作模式可以與微控制器一起使用,也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。 a0信息檢索( 或 only) 不知道每個(gè)信息的實(shí)際地址,a0 可使操作者快速檢索每條 信息,a0 每輸入一個(gè)低脈沖,可使得內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器跳到下一個(gè)信息。這種模式僅用于 放音,通常與 a4 操作同時(shí)應(yīng)用。 a1刪除 標(biāo)志( only)可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息,用 a1 可刪除掉每段中 間信息后的 標(biāo)志,僅在所有信息后留一個(gè) 標(biāo)志。當(dāng)這個(gè)操作模式完成時(shí),錄入的所有 信息就作為一個(gè)連續(xù)的信息放出。 a3循環(huán)重放信息( 或 only)可使存于存儲(chǔ)空間始

54、端的信息自動(dòng)地連續(xù)重放。一條 信息可以完全占滿存儲(chǔ)空間,那么循環(huán)就可以從頭至尾進(jìn)行工作,并由始至終反復(fù)重放。 a4連續(xù)尋址：在正常操作中, 當(dāng)一個(gè)信息放出, 遇到一個(gè) 標(biāo)志時(shí),地址計(jì)數(shù)器會(huì) 復(fù)位，a4 可防止地址計(jì)數(shù)器復(fù)位,使得信息連續(xù)不斷地放出。 a2、a5未用。 表 3.3 isd1420 地址空間分配 地址模式：isd1420 地址輸入端具有雙重功能，根據(jù)地址中的 a6、a7 的電平狀態(tài)決 定 a0a7 的功能。如果 a6、a7 有一個(gè)低電平，a0a7 輸入全解釋為地址位，作為起 始地址用，此時(shí)地址線僅作為輸入端，在操作過(guò)程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù) playe、playl 或 rec

55、 的下降沿信號(hào)，地址輸入被鎖定。如果 a6、7 同為高電平時(shí)， 它們即為模式位。在這里我們只用到地址功能來(lái)分段控制，所以我們需要保證 a6、a7 不 可同時(shí)為 1，這里我們可以用軟件進(jìn)行保護(hù)。地址輸入端 a0a7 有效值范圍為 0000000010011111,這表明最多可被劃分為 160 個(gè)存貯單元，可錄放多達(dá) 160 段語(yǔ)音信 息。由 a0a7 決定每段語(yǔ)音的起始地址，而起始地址又直接反映了錄放的起始時(shí)間。其 關(guān)系見(jiàn)公式： )0248163264128(125 . 0 1234567 aaaaaaastq 例如： 第一段語(yǔ)音從 0 秒開始，地址設(shè)置為 00000000； 十進(jìn)制值二進(jìn)制值

56、a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 放音地址距起始 地址的時(shí)間差（秒） 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0.125 8 10 13 64 100 159 160191 192-255 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1.0 1.25 1.625 8.0 12.

57、5 19.875 未使用 用于選擇操作模式 （特殊放音模式） 第二段語(yǔ)音從 2 秒開始，地址設(shè)置為 00010000； 第三段語(yǔ)音從 5 秒開始，地址設(shè)置為 00100000； 第四段語(yǔ)音從 12 秒開始，地址設(shè)置為 01010000； 3.4.2 語(yǔ)音報(bào)警電路 d2 1n4007 d3 1n4007 d4 1n4007 d5 1n4007 ce2 1000uf/25v ce3 1000uf/16v vin 1 gnd 2 vout 3 u3 7805 c7 0.1uf +12vcc 1 a 2 k d1 led r2 560 vcc a0 1 a1 2 a2 3 a3 4 a4 5 a5 6

58、 a6 7 a7 8 playl 23 playe 24 rec 27 recled 25 xclk 26 agc 19 mic 17 mic ref 18 nan in 20 ana out 21 sp- 15 sp+ 14 vssd 12 vssa 13 vccd 28 vcca 16 u9 isd1420p ra2 1 ra3 2 ra4 3 vpp 4 vss 5 int 6 rb1 7 rb2 8 rb3 9 rb4 10 rb5 11 rb6 12 rb7 13 vdd 14 osc2 15 osc1 16 ra0 17 ra1 18 u8 pic16c71 y2 12mhz c9

59、 30pf c10 30pf vcc c110.1uf c12 0.1uf c13 0.1uf r3470k r4 5.1k vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 j8 con8 1 2 3 4 5 j8 con5 r12 1k r13 1k vcc r14 5k r15 10k q7 jfet-n k1 relay-dpdt d9 diode 1 2 3 4 5 j7 con5 1 2 3 4 j9 con4 1 2 3 4 d? bridge1 c16 104 c17 104 + c18 1000uf + c19 1000uf r10 1k r11 1k r12 1k r13 1k r1

60、4 1k rt1 50k c20 104 c21 104 c22104 + c24 10uf + c25 10uf mk1 microphone2 sw1 sw spst q9 npn gain1 1 input- 2 input+ 3 gnd 4 out 5 vs 6 bypass 7 gain2 8 u10 lm386 vcc r30 10k + c31 10uf vcc 圖 3.8 語(yǔ)音報(bào)警電路 該部分電路中包含了為語(yǔ)音系統(tǒng)供電的電源部分電路設(shè)計(jì)。電源部分采用二極管整 流電路，接在電源變壓器的次級(jí)輸出端，用四個(gè)二極管組成橋式整流電路。它們的后級(jí) 為濾波電容，交流電整流后，要求將交流成分濾