最后階段上交基于單片機(jī)的鐵路道口振

針對(duì)我國(guó)鐵路平交道口的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)89C51的道口智能與控制系統(tǒng)系統(tǒng)通過(guò)裝在列車(chē)鐵道上的傳感器實(shí)時(shí)列車(chē)是否即將到達(dá)鐵道口，并通過(guò)電纜發(fā)送到89C51進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵道口值班人員和道路行人的聲光。為列車(chē)的安全高速運(yùn)行提供了可靠的保障。其中把89C51作為控制，具有可靠性高、度和對(duì)雷電等自然的防護(hù)能力，在軟件的編制上也采取了有力的措施。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試試驗(yàn)證明本系統(tǒng)可以較好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能提供來(lái)車(chē)信息，本次的完成為鐵路道口的智能化控制提供應(yīng)用工具，能夠?yàn)橥ㄟ^(guò)鐵道口的行人可并為后續(xù)的道口與控制實(shí)現(xiàn)提供一定的參考價(jià)值。：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；鐵路道口；Developedalongwiththeexpandingnetworkofrailway,therailwaycrossingisincreased,therailwaycrossingtraditionalmanagementusingunattended,costalotofmanpower,soneedneweffectivesupervisionandmanagementoftherailwaycrossingofmonitoringmethodstoadapttotheneedsofthedevelopmentofrailway.Paperbasedonthestatusquoofrailwaygradecrossinginourcountry,thedesignbasedon89C51singlechip puterinligentcrossingwarningandcontrolsystem.Systembymeansofthevibrationsensorsinarailwaytrain,thereal-timecollectionofwhetherthetrainwillarriverailway,andthroughthecablesentto89C51process,realizetherailwaystaffondutyandmouthroadpedestrianofsoundandlightalarm.Forthesafetyofthetrainspeedprovidesareliableguarantee.With89C51asthecontrolchip,hashighreliability,lowprice,highpopularityandgoodtechnical nelatthegrass-rootsleveltomasterandlearn.Forworkintherailwaymouthbadworkingenvironmentandtheparticularityof,intheprocessofthesystemhardwaredesign,highlightingthereliabilityofthesystemoperation,theequipmentofstrongdegreeandtothenaturaldisastersuchasthunderandlightningprotection,hastakenoninsoftwaredevelopmentofpowerfulanti-interferencemeasures.Systemaftertheexperimentprovedthatthissystemcanbetterrealizetheexpectedfunction,canprovideinformationtocar,especiallyintherain,fog,wind,sandandotherlowvisibilityweatherconditions,ismoreimportant.Andtoimprovethesystemreliability,thesystemhasautomaticandmanualtwokindsofmode,whenthesystemfailurecanbeswitchtomanualmode,artificialtocompleteonrailwayguardrailrisesandfall,Thecompletionofthisthesisproviderailwaycrossinginligentcontrolwithapplications,isabletoprovidethroughrailwayportofpedestriansandvehiclesenterandleavetherailwaytraininformation,noonecantoacertainextent,improvetherailwaycrossingssafetyconditions;Canbeachievedandforsubsequentcrossingwarningandcontrolprovidesthecertainreference Vibration Railway 緒 課題的研究背景及意 課題主要研究現(xiàn) 國(guó)內(nèi)相關(guān)現(xiàn) 國(guó)外相關(guān)現(xiàn) 研究?jī)?nèi) 單片機(jī)鐵道口系統(tǒng)設(shè)計(jì)概 系統(tǒng)組成部 系統(tǒng)工作平面示意 系統(tǒng)硬件設(shè) 供電電 系統(tǒng)主電路的設(shè) AT89C51的介 復(fù)位電 時(shí)鐘電 A/D轉(zhuǎn)換 傳感器的選 道口柵欄的設(shè) 系統(tǒng)軟件設(shè) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要步 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程 系統(tǒng)自檢模塊程序設(shè) 列車(chē)接近處理模塊設(shè) 系統(tǒng)及可靠性設(shè) 設(shè)計(jì)總 參考文 致 80％[1,2]。僅設(shè)置警告牌和道口標(biāo)志，利用機(jī)械欄木或柵門(mén)進(jìn)行防護(hù)。2020年代，才開(kāi)始在鐵路道口設(shè)置由軌道電路控制或者軌道接觸器的自動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)50年代，開(kāi)始出現(xiàn)無(wú)人看守的鐵路道口自動(dòng)信號(hào)、自動(dòng)欄木設(shè)備。2060年代，相繼研制出連續(xù)測(cè)國(guó)內(nèi)相關(guān)現(xiàn)。代的水平部分道口安裝了“鐵路道口防撞裝置但利用率不是太高；好一些的還是處于靠通知和道口工眺望的狀態(tài)，遇到天氣狀況不好，或是線路不暢的時(shí)"“。國(guó)外相關(guān)現(xiàn)在歐洲，鐵路網(wǎng)發(fā)達(dá)，道口密度大，事故風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)比較高。英國(guó)的做的比較好近年來(lái)其道口事故發(fā)生率和每個(gè)道口平均人數(shù)均比其他國(guó)家低究其原因，不僅強(qiáng)行控制道口違章行為和加強(qiáng)平交道口安全教育，更主要的是研制出一種新型LCP)。兩邊軌道的端點(diǎn)處各裝一個(gè)無(wú)源轉(zhuǎn)轍器，當(dāng)列速度，確定列車(chē)經(jīng)過(guò)道口的時(shí)間，從而產(chǎn)生[3]。和德國(guó)等國(guó)家的研究方向是利用技術(shù)對(duì)鐵路道口進(jìn)行、和防護(hù)，系統(tǒng)總體采用AT89C51單片機(jī)為道口自動(dòng)系統(tǒng)的處理器，用安裝在鋼軌道口的時(shí)間，則要提前40s~90s給出聲光信號(hào)，同時(shí)柵欄放下。由道口另一側(cè)的重新開(kāi)放。以達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)、通知和提升道口整體安全狀況的目的。查閱鐵路道口系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)比分析這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)在現(xiàn)有方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出適合我國(guó)國(guó)情的鐵路道口系統(tǒng)。收集這種列車(chē)行走所產(chǎn)生的情況，從而設(shè)計(jì)出信號(hào)電路和軟件分析程序，要從提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性兩方面來(lái)設(shè)計(jì)該電路。根據(jù)鐵行走的各種列車(chē)產(chǎn)生振動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)以及傳感器的單片機(jī)鐵道口系統(tǒng)設(shè)計(jì)概當(dāng)有列車(chē)行進(jìn)時(shí),振動(dòng)傳感器所的鐵軌振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成很微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音信號(hào)同時(shí)將來(lái)車(chē)與測(cè)量點(diǎn)的距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)示出來(lái)。 燈燈控圖1.1發(fā)現(xiàn)傳感器有故障，系統(tǒng)要立即顯示故障部位。列車(chē)接近道口聲光功30~40s系統(tǒng)控制柵欄電機(jī)下放柵欄，同時(shí)黃色燈統(tǒng)平面工作示意如圖2.1所示：方方向指示電機(jī)驅(qū)動(dòng)電聲電 運(yùn) 故道路燈圖2.25VLM7805，5V8V3.13.2+5V1.5A（7805220VLM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化。此直流電壓經(jīng)過(guò)LM7805的穩(wěn)壓和C13作為單片機(jī)電路的電源。3.2AT89C51作為系統(tǒng)主電路的。利用該設(shè)計(jì)的電路，基層設(shè)備使用單位的技術(shù)人員經(jīng)過(guò)短時(shí)這樣的設(shè)計(jì)保證了他們可以自行的處理一些小的故障或在設(shè)計(jì)人員的指導(dǎo)下更換，保證了系統(tǒng)故障的及時(shí)有效排除，為生產(chǎn)提供了有效保障[7]AT89C51的介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH器（FPEROM—FlashProgr bleandErasableReadOnlyMemory）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器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速器組合在單個(gè)中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)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[8]。外形及引腳排列如圖3.3所示。圖3.3與MCS-514K字節(jié)可編程FLASH器：1000寫(xiě)/數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10三級(jí)程序器鎖定128×8位內(nèi)部32可編程I/O16位定時(shí)器/5AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O16位定時(shí)/5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串單片機(jī)最小系統(tǒng)和電路如圖3.4所示圖3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)和電復(fù)位電51單片機(jī)的復(fù)位原理，即給單片機(jī)復(fù)位引腳RST兩個(gè)機(jī)器周期的RST引腳上接一個(gè)電解電容至電源VCC，下接一個(gè)電阻至地。上電復(fù)位的工作過(guò)程電壓逐漸降低。一定時(shí)間后復(fù)位引腳RST0V，單片機(jī)開(kāi)始工作。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，復(fù)位引腳RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。手動(dòng)按鍵復(fù)位需要人為的在單片機(jī)復(fù)位引腳RST端加上一定時(shí)間的高電平，具體實(shí)現(xiàn)方法是在上電復(fù)位電路的RSTVCCVCCRST端，即使按下的速度很快也會(huì)使按鍵保持接通達(dá)時(shí)鐘電條不紊地運(yùn)行。本系統(tǒng)使用內(nèi)部振蕩方式來(lái)獲得時(shí)鐘，AT89C51單片機(jī)內(nèi)部集成了XTAL230pf的電容至地。A/D轉(zhuǎn)換ADC0808精度為8位它是CMOS器件不僅包括一個(gè)8位的逐次近型的ADC單的“系統(tǒng)。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號(hào)分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳3.53.6所示。分辨率：8ADC0808轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于時(shí)鐘頻率，如CLK=500kHz時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器，下降沿使3.5ADC08083.6ADC0808度成正比，故又稱速度式振動(dòng)傳感器。該振動(dòng)速度傳感器是屬于慣性式傳感器，是等部分組成。安裝時(shí)，將它放置于鐵軌的底部(正下方)頻率范圍內(nèi)傳感器中的線圈與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓該信號(hào)和振動(dòng)速度成正比，適宜頻率范圍為5~1000Hz，因此對(duì)振動(dòng)測(cè)量來(lái)說(shuō)，可以(500Hz)。傳感器設(shè)計(jì)中取消了有磨擦的活動(dòng)元件，因此靈活性好，可以測(cè)量微小的振動(dòng)(01μm)有一定的抗橫向振動(dòng)能力(不大于10g峰值)[10]3.5只傳感器并排連接在鐵軌上，兩只傳感器的距離固定(2.1所示。3.6TS/T100usI發(fā)8951oIIoX時(shí)，則對(duì)應(yīng)的時(shí)間為：TVCCGND3.7所示。3.7通過(guò)對(duì)可靠性和綜合經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮，本系統(tǒng)使用的舵機(jī)型號(hào)是S30033.83.8FUTABA-S3003該舵機(jī)的工作原理為[11]：PMWBA6688L12腳接收，進(jìn)入由BA66883BAL6686，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)齒輪帶動(dòng)電位器Rwl旋轉(zhuǎn)，直到直流偏置電0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。該類(lèi)型舵機(jī)是由一個(gè)寬度可調(diào)的周期性脈沖信號(hào)信號(hào)控制的，周期為20ms。當(dāng)脈沖信號(hào)信號(hào)的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度也隨之改變，軸轉(zhuǎn)角在0o一180o之間對(duì)應(yīng)變化舵機(jī)輸出角度與輸入信號(hào)脈沖寬度的關(guān)系如圖3.9所51單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)20ms的周期信號(hào)，最后調(diào)整該脈沖的寬度，即的占空比，產(chǎn)生與舵機(jī)輸出角CKeil5C語(yǔ)言編寫(xiě)一確定算法。根據(jù)遇到的問(wèn)題、要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)和C語(yǔ)言的特點(diǎn)，決定將要采用的計(jì)算和計(jì)算方法，這就是一般所說(shuō)的算法。算法是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的依據(jù)，甚至，根據(jù)制定的流程圖來(lái)編寫(xiě)出相應(yīng)的C51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有自開(kāi)發(fā)的功能，需要使用仿真器進(jìn)行仿真，第三部分，列車(chē)接近檢測(cè)開(kāi)開(kāi)是否自動(dòng)控手動(dòng)控是否4.1事故，當(dāng)自檢出傳感器短線時(shí)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警告。自檢狀態(tài)為在20ms內(nèi)不斷傳感變化的，當(dāng)在20ms內(nèi)的數(shù)據(jù)都是0或者其他的固定值，則說(shuō)明傳感器出現(xiàn)問(wèn)題。這時(shí)就發(fā)出，并在顯示器上顯示出短線傳感器的編號(hào)。依據(jù)鐵路站內(nèi)道術(shù)條件規(guī)定，站內(nèi)道口列車(chē)接近時(shí)間應(yīng)為40~90s，不能晚1)1212，才能代表是3.3的測(cè)速設(shè)計(jì)。1)2)立即在道口發(fā)出黃色燈光，在現(xiàn)實(shí)屏上顯示出接近方向、速度和到達(dá)道口的時(shí)間。接車(chē)檢測(cè)處理程序流程如圖4.2否否是否是根據(jù)時(shí)差計(jì)算出速度和到達(dá)道口的時(shí)間感器的數(shù)燈光聲音報(bào)警，下放柵欄另另一端的傳感器數(shù)據(jù)停，升起柵停，升起柵是4.2系統(tǒng)及可靠性設(shè)制誤差加大嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈甚至造成巨大的損失影響系統(tǒng)可靠、安全行的主要因素是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝制造工藝和外部環(huán)境條件等因素。這些因素對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)造成的干擾主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、誤差加大234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。外部因素是指系統(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，外部環(huán)境是保證。這是本系統(tǒng)在性以及可靠性設(shè)計(jì)方面遵循的基本原則[19,20]。為控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。加之很多東西只是在完成，缺少具體的驗(yàn)證，缺陷可能很多，因此還存在著很多[1]．道口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．鐵路技術(shù)創(chuàng)新[2]，王海星，．鐵路道13安全影響因素分析及對(duì)策[J]．安全與環(huán)境學(xué)[3].單片機(jī)在鐵路道口自動(dòng)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)[D].大連交通大學(xué)論WelkJE．Railwaycrossingcollisionavoidancesystem：U．S．Patent5,699，D