基于單片機(jī)的鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、目錄中文摘要1英文摘要.21 緒論31.1問題的提出31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3研究目的與意義41.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求42系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)的整體平面示意圖62.2系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)62.3系統(tǒng)工作的整體框圖73系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1傳感器83.2信號處理模塊103.3中央處理模塊123.4語音報(bào)警模塊153.5欄木機(jī)驅(qū)動模塊183.6鍵盤輸入與數(shù)碼管顯示模塊203.7電源模塊234系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)254.1軟件設(shè)計(jì)的主要步驟254.2系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)254.3列車斷線檢測模塊264.4列車接近與到達(dá)檢測處理284.5語音廣播系統(tǒng)軟件流程304.6欄木機(jī)控制模塊流程305系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)3

2、25.1系統(tǒng)抗干擾性設(shè)計(jì)原則325.2系統(tǒng)干擾源分析及硬件抗干擾措施325.3系統(tǒng)軟件抗干擾措施356總結(jié)與展望38致謝 39參考文獻(xiàn)40附錄：系統(tǒng)硬件圖42基于單片機(jī)的鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)摘要: 在我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的今天，隨著機(jī)動車輛的增加以及列車密度和運(yùn)行速度的提高，使得道口安全問題日趨重要。如果鐵路平交道口缺少嚴(yán)格的安全管理，惡性道口事故將會很容易發(fā)生，這會對鐵路安全造成極大威脅，所以鐵路道口的安全問題既是重點(diǎn)又是薄弱點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)出一種鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)來提高安全性是非常必要的。論文首先分析了課題確立的意義，并且針對于國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，給出了系統(tǒng)總體框圖，平面示意圖以及相關(guān)的技術(shù)指

3、標(biāo)。本課題的硬件部分選取了具有廣泛群眾基礎(chǔ)，價(jià)格便宜的AT89C51單片機(jī)作為主控制芯片，選用磁電式傳感器對列車的車輪信息進(jìn)行采集，使用ISD4002語音芯片和LED顯示模塊將來車信息及時地通知過往車輛及行人，而且為了提高系統(tǒng)的總體安全性能特別增加了電動欄木機(jī)。本課題的軟件部分首先給出了系統(tǒng)的整體框圖，然后依次介紹了系統(tǒng)斷線檢測、列車接近與到達(dá)檢測、語音廣播部分和電動欄木機(jī)部分的軟件流程圖。特別的，考慮到系統(tǒng)惡劣的室外工作環(huán)境,系統(tǒng)從硬件和軟件兩個方面闡述了所采取的一些有效的抗干擾措施?？偟膩碚f，本課題的研究與設(shè)計(jì)將會降低安全隱患，為列車安全運(yùn)行提供了有效保障。關(guān)鍵詞：道口安全，AT89C51

4、單片機(jī)，報(bào)警系統(tǒng)The Design based on the Microcomputer for the Railway Crossing Warning SystemAbstract: In the modern sustainable development of Chinas economy, with the increase of motor vehicles, the density and the increase of the running speed of the train, the railway crossing safety problem is becoming

5、 more and more important. If the railway crossing lacks strict security management, then malignant traffic accidents will happen easily, and this will pose a great threat to the safety of railway transportation. The railway crossing safety problems are both important and weak point, therefore devise

6、 a railway crossing alarm system to improve the security is very necessary.The paper first analyzes the significance of the subject, gives the block diagram of the whole system, schematic plan and related technical indicators based on the home and abroad research status. The hardware part of this to

7、pic selects AT89C51 MCU as the main control chip which has good universality and ideal price, then choose magnetic sensors on the wheels to get the vehicles message, use ISD4002 voice chip and LED display module to prompt notice the messages to the passing vehicles and pedestrians, especially, in or

8、der to improve the overall system security I increase the electric barrier machine. The software part of this topic firstly gives the overall block diagram of the system , and then followed by the introduction of the system break detection, train approaching and arrival detection, voice broadcast pa

9、rt and an electric barrier machine part of the software flow chart. In particular, taking into account the harshly outdoor environment, some effective anti-disturb measures adopted in the system are explained from hardware and software. In general, the design of this subject will decrease the risk a

10、nd provide effective guarantee for the safe operation of trains.Keywords: crossing safety, AT89C51 MCU, warning system1 緒論1.1 問題的提出目前，鐵路營業(yè)里程達(dá)73002公里，公路網(wǎng)營業(yè)里程已經(jīng)突破180萬公里，高速公路近20000公里。與此同時，民航和水運(yùn)也取得了充分的發(fā)展，中國形成初具規(guī)模的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，這極大地改善了我國的交通運(yùn)輸現(xiàn)狀，并顯著促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的高速健康發(fā)展。尤其是作為運(yùn)輸骨架及運(yùn)輸主體的鐵路和公路更是在中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著極其重要的作用，但是在各項(xiàng)事

11、業(yè)繁榮昌盛的同時也出現(xiàn)了一些我們沒有預(yù)料到的問題。 鐵道部門的統(tǒng)計(jì)資料顯示，最近幾年，隨著我國鐵路提速、機(jī)動車保有量的迅速增長，加之國民安全意識較差，鐵路設(shè)備的更新?lián)Q代沒有跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐等一系列的原因，導(dǎo)致我國鐵路平交道口交通事故一直保持在較高的水平。如2002 年發(fā)生道口交通事故728 件，已經(jīng)是近20 年來的最低水平。每年僅道口交通事故就造成2000 萬的直接經(jīng)濟(jì)損失。由于受客觀條件的限制，還沒有能力從高安全性的先進(jìn)科技設(shè)備應(yīng)用、科學(xué)管理的角度，徹底解決鐵路平交道口的交通事故問題。因此，為了改善我國鐵路道口的安全問題，設(shè)計(jì)出一種精確及時的鐵路報(bào)警系統(tǒng)是非常有必要的。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)

12、狀現(xiàn)在我國站內(nèi)道口來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候，就存在了事故的隱患。鐵道部對此尚無在全國推廣的定型產(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。在鐵路網(wǎng)比較發(fā)達(dá)的歐洲，道口密度大，事故風(fēng)險(xiǎn)也相對比較高。其中，英國的安全工作做的比較好，這主要得益于英國政府增加警力，強(qiáng)行控制道口違章行為。同時，英國西屋鐵路系統(tǒng)公司在別國成功技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一種新型的平交道口預(yù)測器。該設(shè)備符合道口報(bào)警設(shè)備的一般設(shè)計(jì)原理，但是其價(jià)格昂貴，同時英國鐵路軌道電路與我國軌道電路有諸多不同之處，所以無法將其移用至我國鐵路道口中。鐵路道口安全工作的好壞

13、，直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，它是推動和促進(jìn)鐵路跨越式發(fā)展目標(biāo)能否順利實(shí)現(xiàn)的一個重要方面。道口自動報(bào)警系統(tǒng)提高了道口來車報(bào)警的可靠性和準(zhǔn)確性，可以有效的降低誤報(bào)、錯報(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 李玲桂.國外平交道口的安全措施J.北京：鐵道知識，2005、2，22-23。因此，立足于我國的基本國情開發(fā)出一套鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)是非常迫切的。1.3 研究目的與意義鐵路事業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展是相互促進(jìn)的，沒有經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做鋪墊，鐵路事業(yè)發(fā)展將會失去基礎(chǔ)，然而鐵路交通也會反作用于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。體現(xiàn)為鐵路交通的快速發(fā)展為經(jīng)濟(jì)健康增長提供了保障，而鐵路交通的萎縮將會成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，從而限制

14、住經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，保證鐵路交通的安全與通暢對于國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康增發(fā)展是非常重要的。其實(shí)鐵路安全問題是完全可以克服的，只要系統(tǒng)能及時精確地把來車信息通知給來往車輛及過往行人，并且工作人員及時地操作電動欄木來阻止車輛行人的通行，那么交通事故是可以避免的。因此，鐵路報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)將會為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如下：本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心，按照預(yù)先計(jì)算好的數(shù)據(jù)在指定位置安裝磁電式傳感器，當(dāng)列車即將經(jīng)過鐵路道口時，傳感器檢測到車輪信號，并由單片機(jī)計(jì)算出相關(guān)的來車速度和距離，語音系統(tǒng)將提前進(jìn)行報(bào)警，同時顯示屏顯示出來車信息，電動欄木機(jī)

15、落下禁止車輛與行人通行。當(dāng)列車已經(jīng)通過道口后，傳感器檢測到車輪離開的信號，并將其傳達(dá)給單片機(jī)，系統(tǒng)將解除一切報(bào)警，鐵路道口將重新開放。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求為：1、系統(tǒng)自檢功能傳感器是系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部分，也是最易斷線損壞的部分，因此工作過程中，需要對傳感器進(jìn)行實(shí)時檢測，如果發(fā)生故障時應(yīng)及時發(fā)出室內(nèi)報(bào)警，并顯示出故障發(fā)生的具體位置，一遍工作人員進(jìn)行及時修理。2、數(shù)字鐘功能在系統(tǒng)自檢結(jié)束后將會進(jìn)入工作狀態(tài)，此時顯示屏既需要顯示出正確的時間，也要隨時能夠通過鍵盤來輸入正確的時間，而且列車接近道口以及通過道口的時間同樣要以此時間為基準(zhǔn)，因此保證時鐘精確度非常重要。3、列車接近時的報(bào)警功能當(dāng)有列車接近道口時，1

16、6位的LED數(shù)碼管的上八位顯示當(dāng)前的時間，下八位顯示此時列車速度以及離道口距離等來車信息。并且此時語音芯片自動播報(bào)錄音：“列車就要開過來了，請不要搶行及翻越欄桿”來提醒過往行人車輛注意安全。并且欄木機(jī)落下防止行人與車輛搶行。4、復(fù)原功能當(dāng)傳感器檢測到列車已經(jīng)通過道口時，此時數(shù)碼管恢復(fù)顯示時間，語音報(bào)警停止，欄木機(jī)復(fù)位。但當(dāng)檢測到列車接近道口，但因種種原因并未通過道口時，報(bào)警系統(tǒng)將延時5分鐘自動復(fù)原王夢琛.站內(nèi)道口微機(jī)自動通知系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)J.北京：鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)1997、3，30-32。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的整體平面示意圖在整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先考慮的是傳感器部分，因此需要設(shè)立幾個專

17、門采集列車運(yùn)行信息的定點(diǎn)，將傳感器安裝到指定位置的鐵軌上，并將采集到的信息通過電纜傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)做出處理并發(fā)出報(bào)警信號，同時把來車信息及時通知給過往車輛及行人。平面示意圖如下2.1所示:圖2.1平面示意圖2.2 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)本單片機(jī)系統(tǒng)的基本技術(shù)指標(biāo)如下：速度的檢測范圍 0-120Km/h測速精度 低于2%測時精度 低于2%檢測點(diǎn)容量 32路傳感器信號傳感器壽命 5年傳感器工作溫度 -40- +702.3 系統(tǒng)工作的整體框圖總體來說系統(tǒng)由傳感器、信號處理、中央處理模塊、語音報(bào)警、欄木機(jī)驅(qū)動、鍵盤輸入與信號顯示、電源模塊構(gòu)成，系統(tǒng)總體框圖如下圖2.2所示:圖2.2系統(tǒng)整體框圖、傳感

18、器：數(shù)據(jù)采集元件選擇的是磁電式軌道傳感器，由傳感器將采集到的來車信息送到信號處理電路。2、信號處理：信號處理電路將傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，并分離出信號中的故障信號，是系統(tǒng)的重要組成部分。3、中央處理模塊：單片機(jī)系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)，他通過硬件與軟件的結(jié)合來控制各個部分的工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。4、語音報(bào)警：語音報(bào)警是提醒行人和車輛注意交通安全的必要設(shè)施，通過語音芯片ISD4002自動播報(bào)錄音：“列車即將接近，請不要搶行或者翻越欄桿” 5、欄木機(jī)驅(qū)動：通過直流電機(jī)來控制道口欄木的升降，可以有效防止過往車輛與行人搶行。6、鍵盤輸入與數(shù)碼管顯示：鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合，可以

19、隨時通過鍵盤向系統(tǒng)輸入正確的時間。當(dāng)有列車接近道口時，16位的LED數(shù)碼管的上八位顯示當(dāng)前的時間，下八位顯示此時列車速度以及離道口距離等來車信息。7、電源模塊：系統(tǒng)的電源板引入220V交流電源，在經(jīng)過一系列的處理后分別為主機(jī)、顯示器、傳感器等進(jìn)行供電。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如第二章所述，系統(tǒng)總體由傳感器、信號處理、中央處理模塊、語音報(bào)警、欄木機(jī)驅(qū)動、鍵盤輸入與信號顯示、電源模塊構(gòu)成，本章將從硬件電路設(shè)計(jì)的角度依次介紹各個模塊。3.1 傳感器一、傳感器的選擇一些常用的檢測方式的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)的對比如下表3.1所示：表3.1常用檢測方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較檢測方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)光纖傳感器對電、磁及其它輻射的抗干擾性好;

20、 細(xì)、輕, 能量損失少, 因此在較惡劣的環(huán)境下也可正常工作安裝位置一般位于作業(yè)區(qū)外適當(dāng)?shù)木嚯x, 因此較不便于管理及維修; 若采用有線傳輸采集信號, 可靠性不高, 易被破壞磁電式傳感器價(jià)位合理，測試范圍寬，靈敏度較高，適用于動態(tài)測量，有較大的輸出功率，配用電路較為簡單，性能穩(wěn)定。 由于安裝位置位于輪軌之下, 機(jī)車高速多次作用于傳感器, 可能導(dǎo)致失靈, 因此需要定期進(jìn)行檢查聲波傳感器靈敏度高、探測距離遠(yuǎn), 因此可安裝于道口附近, 便于維修管理。需用專用的適合鐵軌振動頻率的固體傳聲器, 其對傳感器精度, 抗震器要求較高無線電技術(shù)發(fā)射器及接收器體積可實(shí)現(xiàn)小型化, 便于工作人員隨身攜帶, 有利于維修與管

21、理; 同時采用無線電傳輸方式應(yīng)避免周圍環(huán)境對信號傳輸?shù)母蓴_, 以免造成不必要的誤報(bào)警與錯報(bào)警視屏監(jiān)控技術(shù)采用先進(jìn)的圖像處理和模式識別技術(shù)，穩(wěn)定性能高 ，處理速度快，畫質(zhì)好，控制操作簡便，可支持Ethernet,CDMA等多種傳輸方式目前尚處于研究階段，可靠性無法100%實(shí)現(xiàn)，不適用于偏僻的鐵路道口，否則會造成財(cái)力物力浪費(fèi)考慮到惡劣的鐵路道口環(huán)境，需要傳感器具有測試范圍寬，靈敏度較高，堅(jiān)固耐用，性能穩(wěn)定，易于維護(hù)等特點(diǎn)。因此最終選用了磁電式傳感器用來檢測來車信號。磁電感應(yīng)式傳感器有兩個基本元件組成:一個是產(chǎn)生恒定直流磁場的磁路系統(tǒng)，一般采用永久磁鐵;另一個是線圈，由它與磁場中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電

22、動勢。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)w匝線圈在恒定磁場內(nèi)運(yùn)動時, 設(shè)穿過線圈的磁通為, 則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢E與磁通變化率d/dt有如下關(guān)系: E=-w(d/dt)，我們可以得出1、在工作氣隙一定條件下，感應(yīng)電動勢E和磁通變化率d/dt或者線圈與磁場相對運(yùn)動速度成正比如下圖3.1所示2、感應(yīng)電動勢E與工作氣隙H呈指數(shù)變化的關(guān)系如下圖3.2所示：圖3.1感生電壓與車速的關(guān)系圖3.2感生電壓與工作間隙的關(guān)系二、傳感器的安裝與使用方法為了確保整個系統(tǒng)能夠有效運(yùn)行，對于傳感器的安裝也會有很嚴(yán)格的要求，需要考慮以下因素：首先車輪沿高度為28毫米，車輛輪沿高度為25毫米；其次車輛踏面最大允許限度為9毫米，到此限的車輪

23、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)時確定傳感器面到鐵軌面的高度為37毫米，在無機(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 TB10007-99，鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范s.。系統(tǒng)測速原理如下圖3.3所示：圖3.3測速原理該系統(tǒng)的傳感器分為接近傳感器和到達(dá)傳感器, 由于單片機(jī)系統(tǒng)需要由接近傳感器的信號計(jì)算出火車速度，所以需要在列車接近處并排放置兩個接近傳感器，其距離尺寸固定，這樣便能夠根據(jù)脈沖發(fā)生間隔時間計(jì)算出列車的接近速度。為了測速，首先要檢測出車輪通過兩個傳感器所用的時間t，已知s兩傳感器的距離s，那么

24、列車的速度為v=s/t。利用傳感器1的信號啟動單片機(jī)的計(jì)數(shù)器T0，再用傳感器2的信號停止記數(shù)，則記數(shù)值x與時間t相互對應(yīng)。t=K*x，其中式子中的定時常數(shù)K=100s。3.2 信號處理模塊由于傳感器輸出信號并不是標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)量而是包括干擾信息及車輪信息的復(fù)合模擬信號。所以傳感器的采集信號需要通過一系列處理把其中有用的來車信息轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)量供給系統(tǒng)后面的各部分使用。依照控制系統(tǒng)和傳感器信號的實(shí)際要求，信號處理電路需要實(shí)現(xiàn)以下的各項(xiàng)功能：將復(fù)合信號中車輪信號分離并整形為脈沖信號. 對車輪信號中的顫動信號進(jìn)行濾波. 對傳感器及線路傳輸?shù)母蓴_信號進(jìn)行處理. 為設(shè)備維護(hù)方便，設(shè)置處理電路自檢裝置.隔

25、離內(nèi)外地該信號處理電路包含了4個相互獨(dú)立的縱向通道，其中使得每個通道可以處理8路傳感器信號，那么系統(tǒng)一共可以處理32路傳感器信號，將前兩個通道的16路傳感器信號構(gòu)成int0中斷，后兩個通道的 16 路傳感器的信號構(gòu)成int1中斷。 其中每個信號通道都是由信號輸入級、整形級、光電隔離級、鎖存選通級和中斷控制邏輯形成電路構(gòu)成張迎新.單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)M .北京：國防工業(yè)出版社，1993，221-230。其中一路的信號處理電路如圖3.4所示：圖3.4信號處理電路1.信號輸入級其作用是為了檢測信號的瞬時變化，以及連續(xù)檢測信號電平的變化，其中 YM1為壓敏元件，可以防止雷電以及高電壓竄入

26、，C1為濾波電容，R1為限流電阻，D1、D2為單向整流限幅二極管，防止輸入過壓。RP1 為 20k的分壓電阻。圖中A點(diǎn)電壓即輸入電壓VI為：當(dāng)傳感器CG斷線時，VI就會變?yōu)閂為5V，從而為斷線檢測打下硬件基礎(chǔ)。在工作時，系統(tǒng)不斷地檢測所有74LS373的輸入端，若檢測結(jié)果為低電平，即判斷為斷線。2. 信號整形級74LS245芯片是雙向總線收發(fā)器，74LS245第19管腳G接地，使其始終選通，DIR端接電源后，使其方向?yàn)锳到B。3.光電隔離級由于在實(shí)際信號處理中不可避免會有一些干擾信號，為了確保信號傳輸?shù)木_性，可以使用光電耦合器來實(shí)現(xiàn)電光電的隔離，這樣便能夠有效地阻止干擾信號的傳遞。本系統(tǒng)采用

27、的光電耦合器是TLP521-4型,這是一種完全對稱特性的光電模擬信號隔離器。此光電隔離器有如下特點(diǎn):其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為4個光電耦合器,它們的物理性完全一致、重復(fù)性好、并且4個光電耦合器的4個電源實(shí)現(xiàn)了完全隔離,有良好的線性度,地面的干擾可基本全部消除。這樣,此光電耦合器在電路中就將選中的模擬信號的輸入級、輸出級完全隔離開來,阻止了相互之間的電聯(lián)系,從而消除了輸入級、輸出級之間的干擾 謝子青.光電隔離抗干擾技術(shù)及應(yīng)用J.西安：現(xiàn)代電子技術(shù)2003、13，33-34， 徐暉，關(guān)輝.一種模擬量光電隔離的實(shí)現(xiàn)J .黑龍江：黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)1999、9，92-94。4. 鎖存選通級系統(tǒng)選取 74LS37

28、3（八路數(shù)據(jù)鎖存器）、74LS02（或非門）、74LS30（八輸入與非門）構(gòu)成鎖存電路，并通過 74LS123（雙可再觸發(fā)的單穩(wěn)多諧振蕩器）變成為寬度是T的中斷信號。鎖存器的輸出直接接入數(shù)據(jù)總線，CPU通過 74LS138 譯碼依次選通各鎖存器，通過P0口讀入數(shù)據(jù)并查詢。3.3 中央處理模塊設(shè)計(jì)原則首先是可靠，其次是簡單，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AT89C51作為系統(tǒng)的核心 徐仁貴，廖哲智.單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001。這是由于該芯片普及率高上手快，使用單位的工作人員經(jīng)過短期培訓(xùn)后可

29、以很快掌握該系統(tǒng)硬件電路圖的工作原理，而且電路上的元件普遍采用拔插式，使工作人員可以自行處理一些小故障并且在相關(guān)設(shè)計(jì)人員的遠(yuǎn)程指導(dǎo)下?lián)Q芯片，確保了系統(tǒng)故障的及時解決。一、AT89C51性能介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集

30、和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。主要特性與MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 陳章龍.實(shí)用單片機(jī)大全M .黑龍江技術(shù)出版社，1989，277-311單片機(jī)電路設(shè)計(jì)如圖3.5

31、所示:圖3.5中央處理模塊電路圖二、信號輸入與輸出信號輸入包括所有的傳感器狀態(tài)、鍵盤輸入信號等，都通過P0口，功能輸出通過P1，而顯示的輸出數(shù)據(jù)仍然通過P0口，P3用作控制線。用74LS138對P2.5P2.7進(jìn)行全譯碼，選通不同的芯片，簡化結(jié)構(gòu)，選通地址表如表3.2所示：表3.274LS138選通地址表74LS138輸出選通地址62640-1FFFH82792000-3FFFH空閑信號373-16000-7FFFH信號373-28000-9FFFH信號373-3A000-BFFFH信號373-4C000-DFFFH看門狗電路D000-FFFFH傳感器信號的輸入采用CPU外中斷0和外中斷1的方

32、式，CPU接到中斷申請后依次從4片373鎖存器中讀入數(shù)據(jù)，以此來判斷是哪個傳感器發(fā)出的信號。鍵盤輸入采用查詢8279的方式，而顯示的數(shù)據(jù)由CPU一次送給8279。3.4 語音報(bào)警模塊語音電路是為了室外的語音廣播而設(shè)計(jì)的。語音芯片為 ISD（Information Storage Device）公司生產(chǎn)的 ISD4002芯片。一、ISD4002芯片介紹美國ISD公司4002/4003系列，2.7V3.3V單電源語音錄放電路，同時提供相應(yīng)的28引線DIP/SOIC、TSOP硬封。ISD4002/4003系列仍采用直接模擬量存儲技術(shù)，音質(zhì)好，信息存放在芯片內(nèi)部的FLASHRAM中，抗斷電，無需專用語

33、音開發(fā)工具，能隨意更改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)。該系列最大的優(yōu)點(diǎn)是采用了2.73.3V電影，錄放時間長，并設(shè)計(jì)成和微處理器配合使用實(shí)現(xiàn)尋址和控制，使本器件引出端子數(shù)減小到最少，而使用更加靈活。芯片的管腳分布如圖3.6所示，管腳功能如表3.3所示：圖3.6ISD4002管腳圖表3.3ISD4002管腳功能引線端符號功能說明1器件選擇，當(dāng)該端為低電平時，本器件被選中2MOSIISD串行輸入端，主機(jī)應(yīng)在時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本線上3MOSOISD的串行輸出端，本器件未被選中時，呈高阻抗4,11,12,23VSSD,VSSA數(shù)字、模擬信號地線510,15,1922NC空腳13AUDOUT音頻信號輸

34、出，能驅(qū)動5k負(fù)載14AMCAP自動靜噪端，大信號下不衰減，靜音時衰減6dB1617ANAIN+ANAIN-錄音信號差動輸入端IN+輸入阻抗3k，IN-輸入阻抗56k。兩輸入端耦合電容須相同，電容值決定低端截止頻率，典型值1F，單端輸入最大信號幅度Vpp為32mV,差分輸入時為16mV,單端輸入時IN-端的耦合電容接VSSA18,27VCCD,VCCA模擬、數(shù)字信號電源正端24RAC行地址時鐘輸出（漏極開路輸出）。內(nèi)部存儲器共分為800行，當(dāng)操作到達(dá)行末時，本端輸出低電平脈沖25中斷輸出（漏極開路輸出）。當(dāng)存儲器溢出（OVF）或放音結(jié)束標(biāo)志（EOM）出現(xiàn)時，該端為低電平并保持26XCLK外部時

35、鐘輸入，不用時必須接地28SCLK串行時鐘。由主機(jī)產(chǎn)生，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出ISD二、語音芯片的電路設(shè)計(jì)ISD4002不能獨(dú)立進(jìn)行錄放工作，需采用SPI總線方式與單片機(jī)連接，應(yīng)用電路如圖3.7所示：圖3.7ISD4002的應(yīng)用電路圖ISD4002的聲音輸出采用音頻功率放大器調(diào)節(jié)聲音。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，可調(diào)節(jié)范圍是20200V。ISD4002的通過數(shù)據(jù)端MOSI、MISO、時鐘端SCLK、片選端SS,中斷端

36、INT與單片機(jī)相連，錄放音系統(tǒng)主電路如圖3.8所示：圖3.8錄放音系統(tǒng)主電路在單片機(jī)的外圍電路中設(shè)置了幾個功能按鍵，包括錄音/放音撥盤P/R,運(yùn)行RUN開關(guān)，停止STOP鍵，另有錄放音指示燈DSI。這樣通過軟件控制即可實(shí)現(xiàn)一個2min的語音錄放系統(tǒng) 鄭鋒，王巧芝等.51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全第三版M.北京：中國鐵道出版社，2013，397-402。3.5 欄木機(jī)驅(qū)動模塊一、欄木機(jī)的選擇當(dāng)?shù)揽谟辛熊囆旭倳r, 可以通過放下欄木的方式,用以阻止道口過往的行人或車輛搶行。一般來說木機(jī)分為以下幾類：手拉桿: 利用力矩平衡的原理, 通過道口人員手操作欄桿, 使欄桿升起或落下。液壓欄木道口:液壓欄木

37、道口是受電氣控制，以液壓油為工作介質(zhì)，通過電能、機(jī)械能、壓力能之間相互轉(zhuǎn)化來傳遞動力的。電動欄木: 電動欄木道口取消了液壓欄木道口的液壓傳動系統(tǒng)裝置和集成時間繼電器、操縱繼電器兩部分電氣線路。改用直流電動機(jī)啟動，用減速機(jī)減速，利用連桿傳動代替液壓傳動。它們的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)的對比如下表3.4所示：表3.4不同欄木機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)對比優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)手拉桿成本低，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便自動化程度低，效率低液壓欄木同等輸出功率下，液壓傳動裝置體積小，質(zhì)量輕，動態(tài)性能好；可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動，運(yùn)動平穩(wěn)；采用油作為介質(zhì)，有自我潤滑作用可以延長壽命。電氣線路復(fù)雜，電纜線太多，維修困難；存在機(jī)械摩擦、液體的可壓縮性和可能泄漏等問題；

38、對油溫和負(fù)載的變化敏感，不宜在高低溫條件下使用。電動欄木解決了部分備品備件的來源，又降低了成本費(fèi)用；而且減低了維護(hù)人員的維修困難。直流電動機(jī)的功率較小，啟動電流較大，欄柵配重較大，直流電動機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，也加速了減速機(jī)的磨損。通過對上述幾種設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較，我認(rèn)為由于液壓傳動欄木關(guān)鍵時刻有可能由于控制失靈而造成事故，因此在北方較寒冷地區(qū)不太適用。由于直流電動機(jī)驅(qū)動的欄木機(jī)使用可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可以鐵路道口安全裝置頻繁起動的要求 王曉淑，袁曉東等.鋼鐵廠廠區(qū)鐵路道口設(shè)計(jì)方案的選擇J.河北：河北冶金2003，50-52。二、欄木機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)簡易驅(qū)動的電

39、路原理圖如下圖3.9所示:圖3.951單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)原理圖由于單片機(jī)輸出電壓最高為5V，難以直接驅(qū)動直流電壓，所以需要使用恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298來驅(qū)動電機(jī)，L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.57V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為+2.546V，輸出電流可達(dá)2.5A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。L298N可以接兩臺電機(jī)，這里在OUT1與OUT2之間驅(qū)動一臺電機(jī)，L298N與單片機(jī)之間用光電耦合器進(jìn)行光電隔離，L298N的5腳與7腳通過單片機(jī)PI.0，PI.1的輸入改變芯片控制端的電平，即可對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，ENA為使能端接高電平。當(dāng)直流電機(jī)

40、正轉(zhuǎn)時，控制欄木機(jī)前伸，當(dāng)直流電機(jī)反轉(zhuǎn)時，控制欄木機(jī)后退。當(dāng)直流電機(jī)停止時，欄木機(jī)也跟著停止。輸入引腳與輸出引腳的邏輯關(guān)系如下表3.4所示：表3.4L298N邏輯關(guān)系表ENAIN1IN2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)欄木機(jī)狀態(tài)110正轉(zhuǎn)前伸101反轉(zhuǎn)后退111剎停剎停100停止停止3.6 鍵盤輸入與數(shù)碼管顯示模塊一. 鍵盤輸入電路鍵盤實(shí)際是一系列按鍵開關(guān)的集合，平時按鍵開關(guān)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下后開關(guān)閉合，它是人向機(jī)器輸入數(shù)據(jù)的基本設(shè)備。鍵盤一般分成兩個基本類型:一種為編碼鍵盤，它是用硬件電路來進(jìn)行識別;另一種是非編碼鍵盤，它用軟件方法來進(jìn)行識別。編碼鍵盤與非編碼鍵盤的主要區(qū)別是：編碼鍵盤本身帶有實(shí)現(xiàn)接口主要

41、功能所需的硬件電路，不僅能自動栓測被按下的鍵并完成去抖動防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對應(yīng)的鍵碼（如ASC碼）送往CPU，而非編碼鍵盤只簡單的提供按鍵開關(guān)的行列矩陣，有關(guān)鍵的識別，鍵碼的輸入與確定，以及去抖動等功能場由軟件完成。但由于非編碼鍵盤所需硬件少、價(jià)格便宜，所以本系統(tǒng)選用了非編碼鍵盤。鍵盤輸入電路選擇8279作為參數(shù)顯示和信息設(shè)置的核心，8279是一種通用可編程鍵盤/LED芯片可以同時進(jìn)行鍵盤掃描和文字，它具有8乘8位FIFO（先進(jìn)先出寄存器）和 16乘8位的RAM（隨機(jī)存取存儲器）。利用8279可以自動掃描鍵盤和顯示器以及對鍵盤上閉合鍵的鍵碼進(jìn)行識別，同時還具有串鍵保護(hù)和鍵盤消

42、抖的功能。8279芯片不僅程序簡單不會出現(xiàn)誤操作，而且顯示性能非常穩(wěn)定，它的引腳如下圖3.10所示：圖3.108279引腳圖8279的引腳功能介紹如下所示：DB0DB7:雙向數(shù)據(jù)總線，用來傳送8279與CPU之間的數(shù)據(jù)和命令。CLK:時鐘輸入線，用以產(chǎn)生內(nèi)部定時的時鐘脈沖。RESET:復(fù)位輸入線，8279復(fù)位后被置為字符顯示左端輸入，二鍵閉鎖的觸點(diǎn)回彈型式，程序時鐘前置分頻器被置為31,RESET信號為高電平有效。CS:片選輸入線，低電平有效，單片機(jī)在CS端為低時可以對8279讀/寫操作。A0:緩沖器低位地址，當(dāng)A0為高電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)， 當(dāng)為低電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。

43、RD:讀信號輸入線。 WR:寫信號輸入線。IRQ:中斷請求輸出線。SL0SL3:掃描線，用來掃描按鍵開關(guān)，傳感器陣列和顯示數(shù)字，這些可被編程或被譯碼。RL0RL7:回送線，經(jīng)過按鍵或傳感器開關(guān)與掃描線聯(lián)接，這些回送線內(nèi)部設(shè)置有上拉電路，使之保持為高電平，只有當(dāng)一個按閉合時，對應(yīng)的返回線變?yōu)榈碗娖剑粺o按鍵閉合時，均保持高電平。SHIFT:換位功能，當(dāng)有開關(guān)閉合時被拉為低電平，沒有按下SHIFT開關(guān)時，SHIFT輸入端保持高電平，在鍵盤掃描方式中，按鍵一閉合，按鍵位置和換位輸入狀態(tài)一起被存貯起來。CNTL/STB:當(dāng)CNTL/STB開關(guān)閉合時將其拉到低電平，否則始終保持高電平， 對于鍵盤輸入方式，

44、此線用作控制輸入端，當(dāng)鍵被按下時，按鍵位置就和控制輸入狀態(tài)一起被存貯起來，在選通輸入方式中，作選通用，把數(shù)據(jù)存入FIFO RAM中。OUTA3OUTA0及OUTB3OUTB0:顯示輸出A口及B口，這兩個口是164切換的數(shù)字顯示。這兩個端口可被獨(dú)立控制，也可看成一個8位端口。BD:空格顯示,此輸出端信號用于在數(shù)字轉(zhuǎn)換時將顯示空格或者用顯示空格命令控制其顯示空格字符。VCC:+5V電源輸入線。VSS:地線輸入線。系統(tǒng)將8279的片選輸入線CS和譯碼器74LS138的Y1相連接，用來啟動8279工作和尋址。把雙向地址總線DB0DB7和單片機(jī)的P0口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制命令的傳送。8279的A0同單片機(jī)

45、的A0相連，當(dāng)A0為高電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)，當(dāng)為低電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。SL0SL3為掃描線，用來掃描按鍵開關(guān)，傳感器陣列和顯示數(shù)字，把8279的掃描線接成編碼掃描方式，與8乘3鍵盤和16位LED顯示器進(jìn)行外接。RL0RL7是回送線，經(jīng)過按鍵與掃描線連接。在鍵盤工作方式下，對回送線逐條掃描，用來確定是哪個鍵閉合。該閉合鍵在陣列中的地址以及SHIFT和CNTL的狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)送入先進(jìn)先出寄存器 何立民.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京航空航天大學(xué)出版社,1989，24-133, 李廣軍，王厚軍.實(shí)用接口技術(shù)M.四川：電子科技大學(xué)出版社，1998.67-79。二.

46、數(shù)碼管顯示電路LED是發(fā)光二極管的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管按照一定結(jié)構(gòu)組合起來的顯示字段的顯示器件，也稱為數(shù)碼管。數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，其中的7段發(fā)光二極管構(gòu)成7筆畫的“8”字型，一段構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。通過發(fā)光二極管的不同發(fā)光組合可顯示09,A,B,C,D,E,F,P及小數(shù)點(diǎn)“.”等字符。若把各二極管的陰極連接在一起，則稱為共陰極數(shù)碼管。在本系統(tǒng)的數(shù)碼顯示電路中采用的是共陰極數(shù)碼管。當(dāng)某個二極管通導(dǎo)時，相應(yīng)的字段發(fā)光。這樣，若進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，使某些二極管通導(dǎo)，這些通導(dǎo)二極管發(fā)光后就可構(gòu)成一個顯示字符。在共陰極數(shù)碼管中，這若干個導(dǎo)通二極管用“1”表示，其余二極管用“0”表示王浩全，李晉華

47、等.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社，2013.174-176。8279的OUTA0A3、OUTB0OUTB3管腳依次對應(yīng)顯示了每個數(shù)碼管段選，稱之為A組信號顯示輸出端;SL0SL3管腳依次對應(yīng)顯示了數(shù)碼管的片選，稱之為B組信號顯示輸出端。因?yàn)閿?shù)碼管中的每個發(fā)光二極管需要l0mA左右的負(fù)載電流，所以我們使用了MC1413來對8279的OUTA0A3,OUTB0B3所輸出的信號進(jìn)行驅(qū)動放大。由于8279 管腳OUTA0A3,OUTB0B3的輸出與管腳SL0SL3的輸出并沒有達(dá)到完全的同步，所以可能出現(xiàn)一些本不該亮的段也閃爍微光，所以應(yīng)該使用BD信號對譯碼器進(jìn)行控制，讓顯示器在更換數(shù)據(jù)時消

48、影，數(shù)碼管顯示部分的電路如圖3.11所示：圖3.11數(shù)碼顯示電路示意圖3.7 電源模塊一個可靠的電源系統(tǒng)可以保障整體系統(tǒng)正常而穩(wěn)定的工作。系統(tǒng)的電源板引入220V交流電源，在經(jīng)過一系列的處理后分別為主機(jī)、顯示器、傳感器等進(jìn)行供電。電源電路的設(shè)計(jì)如下圖3.12所示：圖3.12電源電路圖3.12中的后半部分為蓄電池電路，當(dāng)突然停電時可以使用蓄電池為主機(jī)供電，當(dāng)電池電壓低于一定值后，會進(jìn)行自動斷電。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)的主要步驟系統(tǒng)軟件可以用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能。想要系統(tǒng)正?？煽康毓ぷ?，除了合理的硬件設(shè)計(jì)外，設(shè)計(jì)出功能完善的軟件部分也是有必要的。一般來說軟件的設(shè)計(jì)分為以下幾個步驟： 1

49、.分析問題，就是明確自己所需要解決的問題是什么。2.確定相關(guān)算法。就是根據(jù)指令系統(tǒng)的特點(diǎn)和問題的要求決定所需要的公式以及計(jì)算方法，便是所謂的算法。算法總的來說是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的依據(jù)它決定了程序的質(zhì)量與正確性。3.制定程序框圖。由選擇出來的算法決定運(yùn)算步驟以及順序，并把運(yùn)算的總過程轉(zhuǎn)換成程序流程圖。 4.確定數(shù)據(jù)格式。進(jìn)一步地分配工作單元，同時把程序框圖轉(zhuǎn)換成為操作流程圖。 5.由程序流程圖編寫程序。 6.程序測試。需要在仿真器上以連續(xù)、單步、斷點(diǎn)等方式運(yùn)行用來對程序進(jìn)行測試，以避免程序出錯7.程序優(yōu)化。程序優(yōu)化是指縮短程序長度和減少數(shù)據(jù)存儲單元用以加快運(yùn)行速度。我們可以通過在程序中使用循環(huán)程序和

50、子程序的方式用來縮短程序，并且通過改進(jìn)算法來節(jié)省存儲單元達(dá)到減少程序運(yùn)行時間的目的。4.2 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件總體整體框圖如下4.1所示：圖4.1軟件的總體框圖開始后首先進(jìn)行初始化，隨后系統(tǒng)進(jìn)行自檢看有沒有出現(xiàn)傳感器故障等情況，隨后系統(tǒng)顯示當(dāng)前的時間，信號處理電路包含了4個相互獨(dú)立的縱向通道，將前兩個通道的16路傳感器信號構(gòu)成int0中斷，后兩個通道的 16 路傳感器的信號構(gòu)成int1中斷，當(dāng)某一路傳感器檢測到來車信號后向系統(tǒng)進(jìn)行中斷申請，系統(tǒng)對其進(jìn)行處理，接著16位的LED數(shù)碼管的上8位顯示當(dāng)前的時間，下8位顯示此時列車速度以及離道口距離等來車信息。并且語音芯片自動播報(bào)錄音進(jìn)行提醒，

51、欄木機(jī)落下防止行人與車輛搶行。接著設(shè)備進(jìn)行復(fù)原，然后重新開始循環(huán)。4.3 列車斷線檢測模塊系統(tǒng)在初始化后便開始自檢，自檢主要是對所有傳感器進(jìn)行檢測看是否出現(xiàn)掉線等情況用以保證系統(tǒng)正常的運(yùn)行。而在工作中為了防止火車通過時突發(fā)傳感器故障，同樣也需不斷地對傳感器的狀態(tài)進(jìn)行檢測，因此設(shè)計(jì)時把開機(jī)自檢與工作巡檢進(jìn)行了合并。自檢是指開機(jī)時對每一個74LS373輸入口連續(xù)進(jìn)行檢測2000H次，如果連續(xù)顯示1000次非FFH電平，便可以認(rèn)為是斷線。而巡檢則是在工作中每執(zhí)行一次主程序循環(huán)，都要對每個373輸入口檢測一下，一旦出現(xiàn)非FFH 電平便要用16位計(jì)數(shù)器記錄下來，倘若連續(xù)記錄1000H次非FFH電平則進(jìn)行

52、斷線報(bào)警。斷線檢測模塊框圖如圖4.2所示：圖4.2斷線檢測流程圖4.4 列車接近與到達(dá)檢測處理根據(jù)鐵路站內(nèi)道口技術(shù)條件規(guī)定，道口列車接近報(bào)警時間應(yīng)為4090秒，不能晚報(bào)、早報(bào)，誤報(bào)、更不能漏報(bào)，晚報(bào)、早報(bào)、誤報(bào)會使設(shè)備的置信度下降，同樣也可能引起事故。所以這對于列車的接近檢測提出了更高的要求 GB10493-1989，鐵路站內(nèi)刀口信號設(shè)備技術(shù)條件S.。認(rèn)為列車接近的標(biāo)準(zhǔn)是：接近傳感器1與接近傳感器2先后檢測出有效信號，并且兩個信號的時間差相對應(yīng)的速度為1160KM/h，只有滿足這個范圍以內(nèi)的速度才是合理的，這樣可以有效防止誤報(bào)。當(dāng)確定了列車正在接近道口后，系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警，16位的LED數(shù)碼

53、管的上8位顯示當(dāng)前的時間，下8位顯示此時列車的接近速度以及到達(dá)時間。同時語音芯片自動播報(bào)錄音進(jìn)行提醒，欄木機(jī)落下防止行人與車輛搶行。當(dāng)傳感器檢測到列車已經(jīng)通過道口時，此時數(shù)碼管恢復(fù)顯示時間，語音報(bào)警停止，欄木機(jī)復(fù)位。當(dāng)檢測到列車接近道口，但因種種原因并未通過道口時，報(bào)警系統(tǒng)將延時自動復(fù)原。接近與到達(dá)檢測處理流程如圖4.3所示：圖4.3列車接近與到達(dá)檢測流程圖4.5 語音廣播系統(tǒng)軟件流程語音報(bào)警是提醒行人和過往車輛注意交通安全的必要設(shè)施，通過語音芯片ISD4002自動播報(bào)錄音：“列車即將接近，請不要搶行或者翻越欄桿”或者“司機(jī)、行人朋友們請注意，火車即將接近，請不要搶行或者翻越欄桿”，因此軟件流

54、程相對比較地簡單。如圖4.4所示：圖4.4廣播流程圖4.6 欄木機(jī)控制模塊流程電動欄木機(jī)控制模塊是根據(jù)接近傳感器和到達(dá)傳感器檢測出的信號來控制相應(yīng)的動作如欄木機(jī)前伸、欄木機(jī)后退。欄木機(jī)的前伸與后退電路是可以相互切換的，需要確保欄木機(jī)每次只能執(zhí)行一個動作，當(dāng)欄木機(jī)執(zhí)行前伸動作時,必須將欄木機(jī)的前伸位設(shè)置為1即有效狀態(tài),與此同時需要將欄木機(jī)的后退位設(shè)置為0即無效狀態(tài)。同理，當(dāng)欄木機(jī)執(zhí)行后退動作時，前伸位設(shè)置為0后退位設(shè)置為1。預(yù)先設(shè)置好電動機(jī)對欄木機(jī)的驅(qū)動控制時間，當(dāng)超出規(guī)定的時間，應(yīng)當(dāng)停止欄木機(jī)動作。欄木機(jī)控制子模塊的流程圖如圖4.5所示：圖4.5欄木機(jī)驅(qū)動流程圖5 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)抗

55、干擾性及可靠性設(shè)計(jì)原則單片機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，這不僅僅改善了工作條件和提高了生產(chǎn)效率，而且還顯著地提高了經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量。但由于單片機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境大多數(shù)都比較地惡劣和復(fù)雜，因此其安全性和可靠性問題顯得尤其突出。必須有效地保證單片機(jī)控制系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，不然將造成控制誤差增大，比較嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)失靈，以至于產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通常來說影響系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行主要來自于系統(tǒng)的各類電氣干擾和系統(tǒng)元器件選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造安裝工藝以及惡劣的環(huán)境條件等因素。這些因素會對單片機(jī)系統(tǒng)造成的以下幾個方面的影響：1、數(shù)據(jù)采集誤差加大2、控制狀態(tài)失效3、數(shù)據(jù)發(fā)生畸變4、程序運(yùn)行失控面對系統(tǒng)的內(nèi)部和外部因素干擾，我們可以采取有效的軟硬件辦法進(jìn)行加以解決，這同樣是可靠性設(shè)計(jì)的基本任務(wù)。通常來說內(nèi)部因素主要是以下幾個方面：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。而外部因素主要包括：1、外部電器條件，如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)電場和磁場的影響；2、外部空間條件，如溫度、濕度、空氣清潔度等；3、外部機(jī)械條件，如振動、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，合理的安裝調(diào)試是基礎(chǔ)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是手段，外部環(huán)境是保證。這是本系統(tǒng)在抗干擾性以及可