基于80C51的鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGE南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEII本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于89C51的鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂

指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力□優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日

評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）評(píng)閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE39教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評(píng)定成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）：（簽名）年月日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任：（簽名）年月日

摘要鐵路運(yùn)輸對(duì)世界上每個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)都是不可或缺的組成部分，更是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的有力保障；但是鐵路安全事故常常見(jiàn)諸報(bào)端，安全問(wèn)題成為迫切需要解決的問(wèn)題，而鐵路道口正是安全事故高發(fā)地。如果在道口附近能夠安裝報(bào)警裝置，那么問(wèn)題將迎刃而解。根據(jù)我國(guó)鐵路道口的現(xiàn)狀，利用已經(jīng)非常成熟的單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一套鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)、電磁型鐵路車輪傳感器、簡(jiǎn)易鍵盤(pán)、顯示、報(bào)警裝置等夠構(gòu)成；具有價(jià)格便宜、可靠性高、耐用等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能在烈日暴曬、大風(fēng)大雨等惡劣條件下工作。綜上所述，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)具有很大的價(jià)值意義和社會(huì)推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：報(bào)警系統(tǒng)；鐵路道口；80C51單片機(jī)南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)ABSTRACTRailwaytransportontheeconomyofeverycountryintheworldisanintegralpart,itisastrongguaranteeforChina'srapideconomicdevelopment.however,Railwayaccidentsareoftenreportedinthenewspapers,thesecurityissuehasbecomeanurgentproblemtobesolvedandtherailwaycrossingisthehighincidenceofaccidents.Ifnearthecrossinginstallalarmdevice,thentheproblemwillbesolved.AccordingtothepresentsituationofChina'srailwaycrossing,wh0ichusingtechnologyisalreadyverymatureMCUdesignarailwaycrossingalarmsystem.ThesystemconsistsofAT89C51microcontroller,electromagneticrailwheelsensor,simplekeyboard,display,alarmdevicesandsoon,hastheadvantagesofcheap,highreliabilityanddurability,alsohasastronganti-jammingcapability,canworkunderharshconditions,suchasstrongsunlight,windandrain.

Aboveall,designarailwaycrossingalarmsystemhasgreatvalueandsocialvalue.Keywords:alarmsystem;railwaycrossing;80C51microcontrollerPAGE34目錄摘要 IABSTRACT II第一章緒論 11.1問(wèn)題的提出 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3研究的目的和意義 2第二章道口報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)述 32.1系統(tǒng)組成框圖 32.2系統(tǒng)工作平面圖 3第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1傳感器的選擇 53.2傳感器的安裝 63.3信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 73.3.1信號(hào)輸入級(jí) 83.3.2信號(hào)整形級(jí) 83.3.3光電隔離級(jí) 83.3.4鎖存選通級(jí) 83.4系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) 93.4.1AT89C51簡(jiǎn)介 93.4.2單片機(jī)對(duì)輸入、輸出信號(hào)的處理 123.5語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì) 123.5.1PIC16C71單片機(jī)簡(jiǎn)介 123.5.2ISD1420芯片的介紹 133.5.3語(yǔ)音電路設(shè)計(jì) 153.6鍵盤(pán)輸入電路 153.7數(shù)碼顯示電路 163.8報(bào)警系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 17第四章系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) 194.1系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)原則 194.2系統(tǒng)干擾源分析和硬件抗干擾方法 19第五章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 215.1軟件設(shè)計(jì)的步驟 215.2系統(tǒng)軟件總設(shè)計(jì) 215.3開(kāi)機(jī)自檢和斷線檢測(cè)模塊 215.4來(lái)車檢測(cè)模塊 225.5火車通過(guò)復(fù)原檢測(cè) 255.6語(yǔ)音系統(tǒng)報(bào)警 26第六章軟件抗干擾設(shè)計(jì) 27第七章實(shí)驗(yàn)與調(diào)試 29第八章結(jié)論與展望 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34附錄 35第一章緒論1.1問(wèn)題的提出相較于公路、水運(yùn)、航運(yùn)等其它交通方式，鐵路運(yùn)輸具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)：1、鐵路路線散布廣，便于貨品的接送、轉(zhuǎn)換，適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。2、隨著鐵路的不斷提速，鐵路運(yùn)輸速率將越來(lái)越快，運(yùn)輸效率將越來(lái)越高。3、鐵路運(yùn)輸不容易受氣候的影響，可以長(zhǎng)年累月穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。4、鐵路能一次性運(yùn)送幾千噸的貨品。正是因?yàn)殍F路在我國(guó)交通運(yùn)輸中占據(jù)如此重要的地位，而且其作用有增無(wú)減，所以大力發(fā)展鐵路運(yùn)輸事業(yè)是黨和國(guó)家所高度重視的，包括火車的擴(kuò)建、火車的提速等等。由于火車軌道在修建鋪設(shè)時(shí)無(wú)法完全避開(kāi)人們工作生活的場(chǎng)所，所以必須在交匯處設(shè)置鐵路道口。但是根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的技術(shù)和財(cái)力無(wú)法做到每一處道口都封閉運(yùn)行，要是火車高速經(jīng)過(guò)道口而無(wú)任何事前的警報(bào)，那么很容易造成交通事故。因此為了提高火車運(yùn)行的效率和保障行人的安全，有必要設(shè)計(jì)一套鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)來(lái)解決火車通過(guò)道口的安全問(wèn)題，為鐵路的快速發(fā)展提供安全保障。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外目前主要研究設(shè)計(jì)如下幾種鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)：(1)基于輪軌激勵(lì)聲檢測(cè)的鐵路報(bào)警系統(tǒng)；該系統(tǒng)建立在共振解調(diào)技術(shù)的基礎(chǔ)上。共振解調(diào)技術(shù)能敏感感應(yīng)出車輪與軌道接觸引起的脈沖信號(hào)，系統(tǒng)由聲音傳感器和振動(dòng)傳感器采集來(lái)車信號(hào)，通過(guò)傳感器、選擇器分離出高頻及中頻振動(dòng)信號(hào)，再分別經(jīng)過(guò)解調(diào)器解調(diào)后送至單片機(jī)進(jìn)行處理，從而控制聲光報(bào)警器報(bào)警[1]。(2)基于嵌入式系統(tǒng)的鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)：該道口報(bào)警控制以嵌入式系統(tǒng)作為控制中心，用安裝在鐵軌上的磁性踏板開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)火車到來(lái)和離去的，最終由嵌入式系統(tǒng)控制各個(gè)報(bào)警裝置預(yù)警[2-5]。(3)DSP和以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)：它是由道口周圍的檢測(cè)系統(tǒng)和以芯片RTL8019AS為核心的控制中心系統(tǒng)構(gòu)成；火車即將到達(dá)道口時(shí)，由傳感器采集火車信息并經(jīng)信號(hào)處理電路后送至DSP控制中心進(jìn)行處理，最終發(fā)出命令對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行控制[6-9]。(4)視頻道口預(yù)警系統(tǒng)：一些先進(jìn)發(fā)達(dá)的國(guó)家利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)采集信息進(jìn)行處理，優(yōu)點(diǎn)是能更直觀判別出火車和道口情況，報(bào)警更智能化。但從目前發(fā)展來(lái)看，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性并不是很高，還不能滿足現(xiàn)實(shí)情況的需要，還需要相關(guān)領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員不斷改進(jìn)、研究，相信在不久的將來(lái)能為鐵路運(yùn)輸帶去歷史性的飛躍[10-13]。1.3研究的目的和意義隨著火車的不斷提速和擴(kuò)建，火車為人民帶來(lái)的利益更加顯而易見(jiàn)，但是不能以犧牲行人的生命財(cái)產(chǎn)安全作代價(jià)，也不能因此而降低鐵路的運(yùn)輸效率，所以根據(jù)我國(guó)目前鐵路的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)可靠性高穩(wěn)定性好且價(jià)格便宜的道口報(bào)警系統(tǒng)具有重大意義。第二章道口報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)述2.1系統(tǒng)組成框圖要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)首先得對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的組成要清晰的認(rèn)識(shí)，并且還要對(duì)系統(tǒng)里面每個(gè)部分之間的如何發(fā)生聯(lián)系和每個(gè)組成部分各自的功能了如指掌。本報(bào)警系統(tǒng)可以分為幾個(gè)部分，傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)系統(tǒng)、報(bào)警裝置等等，可用框圖概括它們之間的聯(lián)系，如圖2.1所示。傳傳感器信號(hào)處理電路單片機(jī)鍵盤(pán)顯示器聲光報(bào)警器故障提示圖2.1系統(tǒng)組成框圖傳感器：傳感器是一個(gè)十分靈敏的器件，能感應(yīng)車輪信息，由此感應(yīng)出火車的到來(lái)，它是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。信號(hào)處理電路：信號(hào)從傳感器傳出來(lái)后，不能馬上就傳輸給單片機(jī)，因?yàn)樾盘?hào)比較微弱而且含有干擾信號(hào)，所以要通過(guò)信號(hào)處理電路進(jìn)行必要的處理。單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是系統(tǒng)的核心，像人的大腦，靠它指揮、控制是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，沒(méi)有它系統(tǒng)無(wú)法“動(dòng)”起來(lái)。顯示器：顯示器用來(lái)顯示火車離道口的距離、速度、何時(shí)到達(dá)等信息。聲光報(bào)警器：通過(guò)這樣的裝置發(fā)出聲音、信號(hào)燈報(bào)警，預(yù)防事故發(fā)生。故障提示：故障提示功能簡(jiǎn)單地說(shuō)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)一些故障時(shí)，能夠發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)告知道口值班人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障了，需要及時(shí)處理。鍵盤(pán)：開(kāi)關(guān)，復(fù)位等操作。2.2系統(tǒng)工作平面圖在鐵軌選定合適的位置，并且在這些位置上安裝傳感器，傳感器采集的信號(hào)傳輸?shù)桨仓迷诘揽诜康膯纹瑱C(jī)控制中心上，由單片機(jī)處理完傳進(jìn)來(lái)的信號(hào)之后，控制相應(yīng)的警報(bào)裝置產(chǎn)生報(bào)警。系統(tǒng)工作平面圖如圖2.2所示。HHHHHHHHHHH顯示器鍵盤(pán)上行上行停電電源故障確認(rèn)觸發(fā)傳感器觸發(fā)傳感器復(fù)原傳感器系統(tǒng)主機(jī)圖2.2系統(tǒng)工作平面圖第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器的選擇我國(guó)鐵路道口基本上設(shè)在戶外，那么傳感器也必須裝在戶外；這樣一來(lái)對(duì)傳感器的要求就相當(dāng)嚴(yán)格，因?yàn)榱胰毡?、風(fēng)雨吹打、沙塵覆蓋在所難免。所以選用的傳感器只有堅(jiān)固耐用、精準(zhǔn)可靠才能經(jīng)得住如此惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析不同種類的傳感器，決定選用電磁型鐵路車輪傳感器。該傳感器由發(fā)射頭、接收頭及底座和電纜組成，外殼由抗壓耐磨的鑄鋼制造而成，能夠在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，極少需要維修。傳感器工作原理如圖3.1所示。圖3.1傳感器工作原理圖發(fā)射頭加上高頻電壓后，根據(jù)電生磁原理，在軌道的橫截面上產(chǎn)生磁場(chǎng)；又根據(jù)磁生電原理，接收頭在磁場(chǎng)中產(chǎn)生相位固定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并以此作為傳感信號(hào)通過(guò)電纜發(fā)送給單片機(jī)控制中心。當(dāng)車輪經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，原先感應(yīng)出來(lái)的磁場(chǎng)方向發(fā)生改變，因?yàn)榇艌?chǎng)方向的改變，導(dǎo)致接收頭產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位與原來(lái)的相比也發(fā)生了改變，而電動(dòng)勢(shì)的這一正反相變化經(jīng)單片機(jī)處理后就可以作為過(guò)輪信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計(jì)值達(dá)到預(yù)設(shè)警報(bào)值時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警。當(dāng)火車全部通過(guò)感應(yīng)區(qū)域時(shí)，停止報(bào)警，系統(tǒng)復(fù)原[14]。傳感器的技術(shù)指標(biāo)：工作方式：非接觸感應(yīng)式。適應(yīng)軌型:45kg，53kg，63kg，78kg

。檢測(cè)車速：0－180KM/H。安裝孔距：125mm。檢測(cè)窗口范圍：小于20×30mm。三芯線連接：黑色線為信號(hào)輸出線，棕色線為電源正極線，藍(lán)色線為電源負(fù)極線。工作電壓（VCC）：DC10V-30V。額定功率：1.3W。輸出電壓：DC10V-30V。工作溫度：-40℃至+85℃相對(duì)濕度：小于93%。振動(dòng)噪聲:≤25mV。絕緣電阻:>11MΩ。3.2傳感器的安裝傳感器不僅要感應(yīng)火車的到來(lái)，還要測(cè)出火車經(jīng)過(guò)時(shí)的速度，所以傳感器分兩部分安裝；一部分是觸發(fā)端傳感器，另一部分是復(fù)原端傳感器。觸發(fā)端傳感器的測(cè)速原理圖如圖3.2所示。計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)器T0SV車輪傳感器1傳感器2鋼軌道口開(kāi)始計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)圖3.2觸發(fā)端傳感器測(cè)速原理圖觸發(fā)端傳感器需要在軌道上安裝兩個(gè)傳感器，而且兩個(gè)傳感器之間的距離固定為S，當(dāng)火車經(jīng)過(guò)傳感器1時(shí)，觸發(fā)傳感器1發(fā)出脈沖信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)電纜傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)火車經(jīng)過(guò)傳感器2時(shí)，觸發(fā)傳感器2發(fā)出脈沖信號(hào)，此信號(hào)可用作停止計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)。則計(jì)數(shù)值X就對(duì)應(yīng)于時(shí)間T。T=KX式中的定時(shí)常數(shù)K=100μs.最終V=S/T。觸發(fā)傳感器安裝示意圖如圖3.3所示。圖3.3觸發(fā)端傳感器安裝圖復(fù)原端傳感器：停止報(bào)警的依據(jù)是檢測(cè)火車是否經(jīng)過(guò)安裝在另一側(cè)道口的傳感器（復(fù)原端傳感器）如圖3.4所示。圖3.4復(fù)原端傳感器安裝3.3信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)傳感器輸出的模擬信號(hào)包括有用信號(hào)、故障信號(hào)以及外界帶來(lái)的干擾信號(hào)，必須對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，分離出有用信號(hào)和故障信號(hào)，并把干擾信號(hào)消除掉，最后還有將篩選出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行采樣、量化為數(shù)字脈沖信號(hào)，如此才能被單片機(jī)使用[15]。信號(hào)處理電路的組成如下，如圖3.5所示。圖3.5信號(hào)處理電路3.3.1信號(hào)輸入級(jí)信號(hào)輸入級(jí)具有的功能是：1、連續(xù)檢測(cè)電平信號(hào)的變化；2、檢測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)變化。圖3.5中A點(diǎn)靜態(tài)輸入電壓V1可以根據(jù)下面公式計(jì)算：(3.1)其中限流電阻R1=0.51KΩ,RCG=0.83KΩ，分壓電阻RP1=22KΩ，V+=5V。當(dāng)傳感器CG沒(méi)有掉線時(shí)，V1=0.278V保持不變；當(dāng)傳感器CG掉線時(shí)，V1變?yōu)閂+等于5V，這樣就可以從硬件上根據(jù)電壓V1的變化判斷傳感器是否掉線了。3.3.2信號(hào)整形級(jí)選用74HC245芯片，將有用信號(hào)和故障信號(hào)整形為脈沖信號(hào)。3.3.3光電隔離級(jí)光電隔離單單從字面上我們就可以知道它是用來(lái)隔離的，其主要隔離的是干擾信號(hào)并阻止干擾信號(hào)的傳輸。3.3.4鎖存選通級(jí)因?yàn)橛卸鄠€(gè)中斷源可以向CPU申請(qǐng)中斷，所以當(dāng)CPU接受到中斷申請(qǐng)時(shí)，必須首先確定是誰(shuí)發(fā)出的中斷申請(qǐng)。這一功能可以依靠鎖存電路實(shí)現(xiàn)，鎖存電路由74HC02、74HC373、74HC30組成，由于中斷信號(hào)要經(jīng)過(guò)74HC02和74HC30兩個(gè)門(mén)電路，傳輸?shù)臅r(shí)間產(chǎn)生時(shí)延，74HC373鎖存器得以鎖存中斷信號(hào)。鎖存器的輸出接CPU的數(shù)據(jù)總線，CPU可以通138過(guò)譯碼器選通每個(gè)鎖存器，從P0口讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，以此確定具體的中斷源。3.4系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)必須滿足精確、簡(jiǎn)單、可靠同時(shí)能夠高效率地工作而且價(jià)格盡可能低廉的原則。通過(guò)對(duì)比分析，決定選用性價(jià)比高、技術(shù)非常成熟的AT89C51芯片作為系統(tǒng)主電路的控制中心；選擇該芯片還有一個(gè)相當(dāng)重要的因素是它比較簡(jiǎn)單、易學(xué)，初學(xué)的工作人員只需經(jīng)過(guò)短暫的培訓(xùn)即可很好的操作、控制。而且電路上的元件大多數(shù)都是插拔式的，這樣就能最大限度的方便工作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、維護(hù)管理。3.4.1AT89C51簡(jiǎn)介美國(guó)ATMEL公司的AT89C51是51系列單片機(jī)接口最簡(jiǎn)單，最實(shí)用方便的單片機(jī)，特別是在中國(guó)應(yīng)用的尤為廣泛；由于這款芯片開(kāi)發(fā)者眾多，所以有豐富的資源可以利用，學(xué)習(xí)起來(lái)更加容易入手。AT89C51實(shí)物如圖3.6所示。圖3.6AT89C51實(shí)物圖AT89C51的性能特點(diǎn)：·簡(jiǎn)單易學(xué)?！ば酒Y源豐富?！ひ粋€(gè)8位的CPU?！?nèi)部總線和數(shù)據(jù)線?！?k字節(jié)ROM?！?28字節(jié)內(nèi)部RAM?！?2個(gè)可編程I／O口。·2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器。·直接通過(guò)串口下載可執(zhí)行程序，速度更加快。AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.7所示。圖3.7AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AT89C51引腳如圖3.8所示。圖3.8AT89C51引腳圖其引腳的使用說(shuō)明：VCC、GND：正常操作時(shí)為5V電源、接地。P0口：?jiǎn)纹瑱C(jī)的輸入輸出口之一可用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，并且還可以讀取ROM的地址信號(hào)。P1口：和P0口一樣也是單片機(jī)輸入輸出端口，但是一般不用它去做其它事情。P2口：P2口功能比較多，不僅能做數(shù)據(jù)傳輸接口還能傳輸?shù)刂沸盘?hào)，并且P2口以256B作為一個(gè)臨界點(diǎn)，讀取外部存儲(chǔ)器RAM。P3口：TTL門(mén)電流可以由P3接受或者由P3口驅(qū)動(dòng)它，當(dāng)然也可以像上面介紹的三個(gè)端口一樣作I/O口。但是P3口還有其它三個(gè)端口所沒(méi)有的第二功能。RST：系統(tǒng)在打開(kāi)電源開(kāi)機(jī)的瞬間，有時(shí)會(huì)因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定產(chǎn)生“錯(cuò)亂”的現(xiàn)象，為了能讓系統(tǒng)正常工作，所以肯定要在開(kāi)機(jī)時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。XTAL1和XTAL2：XTAL1和XTAL2實(shí)質(zhì)上系統(tǒng)內(nèi)部放大器的地輸入還有輸出端，單片機(jī)系統(tǒng)毫無(wú)疑問(wèn)可以使用內(nèi)置有的振蕩器，當(dāng)然選用外部添加震蕩器頁(yè)也同樣沒(méi)問(wèn)題，但是若選擇的是外部振蕩器，智能是XTAL1作為放大器的輸入端。/PSEN：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)是否需要使用外部存儲(chǔ)器的程序，首先必須要通過(guò)此引腳選通外部程序存儲(chǔ)器，如果單片機(jī)系統(tǒng)不需要外部存儲(chǔ)器的程序，那么信號(hào)不起任何作用。ALE/PROG：一個(gè)機(jī)器周期ALE信號(hào)控制CPU對(duì)ROM讀取兩次數(shù)據(jù)，第一次讀取一個(gè)字節(jié)并譯碼后指向下一個(gè)單元，第二次再讀取一個(gè)字節(jié)，完成第一次一樣的工作后經(jīng)處理完成所有的工作。EA/VPP：若EA賦低電平時(shí)，單片機(jī)讀取外部的程序存儲(chǔ)器ROM。相反如果給EA賦高電平時(shí)，使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器ROM，此引腳的功能在廠家生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)規(guī)定好了。系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖3.9所示。圖3.9系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖3.4.2單片機(jī)對(duì)輸入、輸出信號(hào)的處理P0口用于信號(hào)的輸入和顯示信號(hào)的輸出，單片機(jī)是以存入373鎖存器的先后順序作為判斷信號(hào)來(lái)自哪個(gè)傳感器的依據(jù)。74HC138譯碼器對(duì)P2.5～P2.7進(jìn)行譯碼，用作選擇不同芯片的片選信號(hào)，譯碼表如表3.1所示。表3.1譯碼表74HC138輸出選通地址=062640～1FFFH=082792000～3FFFH=0空閑=0信號(hào)373-16000～7FFFH=0信號(hào)373-28000～9FFFH=0信號(hào)373-3A000～BFFFH=0信號(hào)373-4C000～DFFFH=0看門(mén)狗電路D000～FFFH3.5語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)語(yǔ)音報(bào)警是很重要的一種報(bào)警方式，音質(zhì)好、性能穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏、廉價(jià)是設(shè)計(jì)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)必須考慮的因素。在這里，使用ISD公司生產(chǎn)的ISD1420芯片和microchip公司生產(chǎn)的PIC16C71單片機(jī)作為語(yǔ)音系統(tǒng)核心是相當(dāng)不錯(cuò)的選擇。3.5.1PIC16C71單片機(jī)簡(jiǎn)介PIC16C71是由Microchip公司研發(fā)并應(yīng)用于控制系統(tǒng)領(lǐng)域的單片機(jī)。由于PIC16C71較之前的PIC16C5X單片機(jī)增設(shè)了4路A/D轉(zhuǎn)換通道和4個(gè)中斷，從而使PIC16C71成為一種簡(jiǎn)單易學(xué)、可靠、穩(wěn)定、封裝性能好、性價(jià)比高的8位單片機(jī)。PIC16C71功能特性：數(shù)據(jù)ROM大?。?8B數(shù)據(jù)RAM大?。?8B數(shù)據(jù)總線寬度：8bit最大時(shí)鐘頻率：20MHzA/D位大?。?bit可用A/D通道：4定時(shí)器數(shù)量：1長(zhǎng)度：22.86mm寬度：6.35mm高度：3.3mm工作電源電壓：2.5V至6VPIC16C71實(shí)物如圖3.10所示。圖3.10PIC16C71實(shí)物圖3.5.2ISD1420芯片的介紹一、

概述

●工作電壓：5V?！駹顟B(tài)電流：0.5μA?！癫蓸宇l率：6.4KHz?！駮r(shí)間段長(zhǎng)：0.125ms~20ms?！窆ぷ鳒囟龋?40~+85℃●內(nèi)設(shè)時(shí)鐘源。●可擴(kuò)展級(jí)聯(lián)，放音時(shí)間20s?！駭嚯姴粊G失，信息永久保存，不需要備用電源?！?0萬(wàn)次的錄音、播放次數(shù)●還原度高、不失真?！癫僮骱?jiǎn)單、易學(xué)。ISD1420是由美國(guó)知名信息存儲(chǔ)器件（ISD）公司研發(fā)的語(yǔ)音芯片；該芯片接口靈活、操作簡(jiǎn)單、方便，不需要復(fù)雜的專用編程器；采用直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)語(yǔ)音信息，保障了語(yǔ)音的高質(zhì)量、不失真，不丟失[16]。ISD1420內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.11所示。圖3.11ISD1420內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ISD1420工作原理：麥克風(fēng)首先將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)，由前置放大器放大和AGC電路調(diào)節(jié)不產(chǎn)生失真。經(jīng)過(guò)前置放大器處理的信號(hào)通過(guò)電容耦合傳送到信號(hào)放大器輸入端進(jìn)行再次放大，緊接著送入五階濾波器進(jìn)行濾波去噪，通過(guò)采樣（采樣的頻率由內(nèi)部時(shí)鐘提供）后送至EEPROM存儲(chǔ)。存儲(chǔ)單元里的語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)平滑濾波器、輸出放大器后恢復(fù)為外部的語(yǔ)音。ISD1420引腳如圖3.12所示，引腳說(shuō)明如表3.3所示。圖3.12ISD1420引腳圖表3.2ISD1420引腳說(shuō)明A0~A7地址輸入端XCLK外接時(shí)鐘輸入端MIC話筒輸入端RECLED工作狀態(tài)指示端MIC,REF話筒參考輸出端PLAYE邊沿觸發(fā)放音控制端ANA,IN模擬信號(hào)輸入端PLAYL電平觸發(fā)放音控制端ANA,OUT預(yù)放大器輸出端REC錄音觸發(fā)端AGC自動(dòng)增益控制端VCCD,VCCA數(shù)字，模擬電源正端SP+,SP-喇叭輸出端VSSD,VSSA數(shù)字地和模擬地3.5.3語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音電路包括電源、ISD1420語(yǔ)音芯片、揚(yáng)聲器等等組成，如圖3.13所示。圖3.13語(yǔ)音電路圖3.6鍵盤(pán)輸入電路要想向單片機(jī)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)號(hào)司令，通常情況下是通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令給系統(tǒng)，再由系統(tǒng)對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行，控制一個(gè)性能穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏的鍵盤(pán)是系統(tǒng)不可或缺的一個(gè)組成部分。鍵盤(pán)分編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。編碼鍵盤(pán)通過(guò)復(fù)雜的硬件電路設(shè)計(jì)具有按鍵的識(shí)別、消除抖動(dòng)、預(yù)防串鍵等功能；使用起來(lái)較為方便，但是缺點(diǎn)是價(jià)格較高、設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以單片機(jī)控制系統(tǒng)一般較少使用這種鍵盤(pán)。非編碼鍵盤(pán)在硬件電路只提供通斷電的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)完成鍵盤(pán)的按鍵識(shí)別、預(yù)防串鍵、去抖等功能。鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)選擇非編碼鍵盤(pán)并配合8279芯片一起使用[17]。8279芯片由Intel公司設(shè)計(jì)，主要功能是掃描鍵盤(pán)顯示數(shù)據(jù)。8279芯片具有編程簡(jiǎn)單、方便與單片機(jī)I/O口通信、可以自動(dòng)掃描鍵盤(pán)按鍵，不占用CPU時(shí)間等等優(yōu)點(diǎn)，因而它被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和智能儀器等領(lǐng)域[18]。8279引腳如圖3.14所示及其說(shuō)明如表3.3所示。圖3.148279引腳圖表3.38279引腳說(shuō)明DB0~DB78位數(shù)據(jù)總線CLK外部時(shí)鐘信號(hào)輸入線CS片選信號(hào)OUTA0~OUTA3A組顯示數(shù)據(jù)輸出線WR讀寫(xiě)控制端口OUTB0~OUTB3B組顯示數(shù)據(jù)輸出線A0數(shù)據(jù)選擇輸入線SL0~SL3掃描輸出線BD消隱輸出線RL0~RL7鍵盤(pán)或傳感器輸入線3.7數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示對(duì)于警報(bào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)作用是不言而喻的，因?yàn)樗粌H能通過(guò)視覺(jué)警示路人而且能更方便、直觀地將火車到達(dá)信息顯示給工作人員；還有利用數(shù)碼管的顯示功耗很低、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、白天黑夜都可以發(fā)揮作用。數(shù)碼管實(shí)物如圖3.15所示。圖3.15數(shù)碼管實(shí)物圖數(shù)碼管工作原理如圖3.16所示。GNDGNDgbcdefgabcdefgVCC共陽(yáng)極共陰極abcgfedgfbadpcdeGNDdp圖3.16數(shù)碼管工作原理LED數(shù)碼管如圖3.16可分為兩種：共陽(yáng)極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)極：數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陽(yáng)極通過(guò)導(dǎo)線連接到有公共的電源的正極端。當(dāng)給陰極a到g一個(gè)低電平時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光，而輸入高電平時(shí)不能點(diǎn)亮。共陰極：數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極通過(guò)導(dǎo)線連接接在公共的電源的負(fù)極端和都接地。當(dāng)給陽(yáng)極a到g一個(gè)高電平時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光，而輸入低電平時(shí)不能點(diǎn)亮。LED數(shù)碼管理論上可以直接與單片機(jī)的I/O口相連，但是在實(shí)際應(yīng)用中往往不采用這樣的方式，而是添加一個(gè)8279顯示芯片，這樣既節(jié)省了單片機(jī)的I/O口又不影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。數(shù)碼管需要顯示什么內(nèi)容，可以根據(jù)8279輸出端口與數(shù)碼管引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出來(lái)。此外，由于為了讓數(shù)碼管顯示更加明亮，需要增加MC1413驅(qū)動(dòng)放大芯片。數(shù)碼顯示電路圖如圖3.17所示。3.8報(bào)警系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)電子設(shè)備想要工作，首要的前提條件就是有電源，而想要穩(wěn)定、高效率的工作，則需要設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定、方便使用、電壓電流合適的電源系統(tǒng)?？梢詫?20V交流電接到電源系統(tǒng)上，經(jīng)過(guò)電源系統(tǒng)后分別給傳感器、系統(tǒng)主機(jī)供電。系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖3.8所示。圖3.17數(shù)碼顯示電路圖圖3.18系統(tǒng)電源電路第四章系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)原則單片機(jī)雖小但功能卻相當(dāng)強(qiáng)大，但是單片機(jī)系統(tǒng)往往不能在一個(gè)單一、穩(wěn)定、優(yōu)良的環(huán)境下工作，而是不斷受到復(fù)雜、惡劣環(huán)境的影響，從而很容易對(duì)由單片機(jī)為核心構(gòu)成的系統(tǒng)的性能造成不可估量的影響。影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、安全性的因素是多種多樣的，簡(jiǎn)單的可分為系統(tǒng)內(nèi)部因素和系統(tǒng)外部因素干擾。內(nèi)部因素主要包括：1、系統(tǒng)組成元件的性能好壞。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)的合理性。3、系統(tǒng)安裝與調(diào)試。外部因素主要包括：1、電源的穩(wěn)定性。2、分布在系統(tǒng)周圍的強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)的影響。3、外部機(jī)械條件，如金屬器件之間的撞擊、由于其他原因產(chǎn)生的振動(dòng)等。4、大自然不可避免的惡劣天氣環(huán)境：如下冰雹、雨雪、打雷閃電等。系統(tǒng)抗干擾的設(shè)計(jì)原則：元器件的性能要好、系統(tǒng)電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理、外部環(huán)境要有保障。4.2系統(tǒng)干擾源分析和硬件抗干擾方法要分析系統(tǒng)的干擾，首先得了解干擾的因素、方式[19]：1、干擾產(chǎn)生的來(lái)源：能瞬間產(chǎn)生高電壓、電流和強(qiáng)磁場(chǎng)的設(shè)備或者其它物體。2、傳播路徑：導(dǎo)線、電線、電纜以及空間的電磁波。3、容易受到干擾的零部件：如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、傳感器、弱信號(hào)放大器等。鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)受到的干擾主要來(lái)自：電源、空間電磁波、傳輸路徑干擾、雷電。（1）電源的干擾和一些抗干擾措施通過(guò)實(shí)驗(yàn)和平時(shí)積累的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感，電源產(chǎn)生噪聲的危害最大，想盡各種辦法來(lái)減少、消除電源噪聲是首先應(yīng)該考慮的。供電設(shè)備的開(kāi)關(guān)、停啟，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很高電壓和很強(qiáng)電流，很容易產(chǎn)生高頻振蕩電壓和浪涌噪聲，而大功率開(kāi)關(guān)的通斷，會(huì)形成很強(qiáng)的尖峰脈沖。這些都極易造成單片機(jī)系統(tǒng)的失靈、死機(jī)。預(yù)防供電電源的干擾的措施有：1、在電源引入線加一個(gè)低通濾波器，減小高頻電壓和火線上的干擾；2、電源線盡量使用粗線，走向和地線和數(shù)據(jù)線也要盡量一致；3、在電源線和其他線路關(guān)鍵地方使用屏蔽罩、磁環(huán)。（2）電磁波干擾和抗干擾措施地球自己便是一個(gè)大大的磁體，所以在地球表面到處都存在磁場(chǎng)，通訊基站、電視發(fā)射塔等通訊裝備不時(shí)在發(fā)射電磁波；一些功率較大的電設(shè)備在工作過(guò)程中也常常向外輻射電磁波；所以單片機(jī)報(bào)警系統(tǒng)想完全避開(kāi)電磁波干擾幾乎是不可能的，只有采取有效的抗電磁波干擾措施才能保證系統(tǒng)長(zhǎng)久有效工作。電磁波抗干擾措施有：1、選用功率小、具有高抗性能的CMOS芯片；2、在知足利用的情況下，單片機(jī)體系利用低時(shí)鐘頻率和低速數(shù)字電路；3、為了減小互阻耦合，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，選用尺寸小的導(dǎo)體并且盡量遠(yuǎn)離、不要太靠近。（3）傳輸路徑的干擾和抗干擾措施傳感器采集的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的電纜才能傳輸?shù)降揽谥蛋喾績(jī)?nèi)的單片機(jī)上，信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免受到干擾，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生失真、衰減。傳輸路徑抗干擾措施：1、選擇合適的傳輸電纜，這里選用雙絞線作為傳輸電纜，因?yàn)殡p絞線在3000米以內(nèi)能保證信號(hào)傳輸質(zhì)量，而且易于安裝、維護(hù)，價(jià)格也很經(jīng)濟(jì)。2（4）雷電的干擾和抗干擾措施雷電是一種破壞力極強(qiáng)大自然災(zāi)害之一，每年因?yàn)槔纂娫斐傻膿p失難以估量，我國(guó)火車的運(yùn)輸也常常因?yàn)槔纂姷脑蚨睃c(diǎn)、誤點(diǎn)，2011年7直擊雷便是閃電直接擊在地面、建筑物、金屬裝備上的現(xiàn)象；直擊雷的電流之高可怕得嚇人，擊打在任何物體上都會(huì)造成不可挽回的損失，即使沒(méi)有被擊中雷電產(chǎn)生的強(qiáng)電流也會(huì)經(jīng)過(guò)鐵軌進(jìn)入傳感器的信號(hào)傳輸電纜，最后流入系統(tǒng)主機(jī)，對(duì)主機(jī)造成嚴(yán)重的干擾。針對(duì)直擊雷的干擾可以在傳感器信號(hào)輸出線加一個(gè)過(guò)電壓保護(hù)元器件——氧化鋅壓敏電阻。雷閃電流產(chǎn)生的超強(qiáng)電磁場(chǎng)的變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過(guò)電壓稱為感應(yīng)雷。雷感應(yīng)主要是通過(guò)信號(hào)輸入輸出線和電源線進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)的，所以應(yīng)該在信號(hào)輸入輸出線和電源線添加各種保護(hù)設(shè)備。第五章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)5.1軟件設(shè)計(jì)的步驟系統(tǒng)好比一個(gè)人，而硬件相當(dāng)于人的軀體，如果人只有強(qiáng)健的軀體而沒(méi)有靈魂、思想去指導(dǎo)其行為，那么這樣的人如同行尸走肉；所以一個(gè)完整的系統(tǒng)單單有硬件是不夠的，還需要軟件來(lái)指導(dǎo)和實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)的本質(zhì)是程序的設(shè)計(jì)，而數(shù)據(jù)是程序的軀體，相當(dāng)于軀體之于人，算法是程序的靈魂，相當(dāng)于人的思想，只有當(dāng)兩者都具備了，才能使程序運(yùn)行起來(lái)、實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。下面介紹程序設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟：1、需求分析：首先要明確需要什么、想要達(dá)到什么效果，需要軟件完成什么功能。2、算法設(shè)計(jì)：算法說(shuō)白了就是我們解決問(wèn)題、處理某件事的具體步驟。3、組織數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：根據(jù)選用的控制系統(tǒng)（本課題選用AT89C51）為數(shù)據(jù)分配工作存儲(chǔ)單元。4、流程圖：程序設(shè)計(jì)必須要有一個(gè)總的流程圖、然后每個(gè)模塊也要有詳細(xì)的流程圖。5、編程：根據(jù)流程圖使用具體編程語(yǔ)言進(jìn)行編程。6、程序調(diào)試：運(yùn)行通過(guò)編程產(chǎn)生的可執(zhí)行文件，對(duì)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，最后排除程序的錯(cuò)誤。7、優(yōu)化程序：每個(gè)程序剛設(shè)計(jì)出來(lái)都不可能達(dá)到最優(yōu)效果，要不斷根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改、優(yōu)化，這樣才能使程序運(yùn)行得跟快。5.2系統(tǒng)軟件總設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)：模塊1、初始化及設(shè)備自檢和斷線檢測(cè)。模塊2、來(lái)車檢測(cè)報(bào)警。模塊3、語(yǔ)音系統(tǒng)報(bào)警。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖5.1所示。5.3開(kāi)機(jī)自檢和斷線檢測(cè)模塊只要開(kāi)機(jī)，自檢程序就要馬上開(kāi)始啟動(dòng)，目的是檢測(cè)傳感器是否處于正常狀態(tài)。工作原理是：對(duì)373口連續(xù)檢測(cè)2000H次，如果連續(xù)檢測(cè)到非FFH的次數(shù)達(dá)到1000H次，則認(rèn)為是斷線。此時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生警報(bào)、并顯示哪個(gè)傳感器出現(xiàn)問(wèn)題，需要工作人員及時(shí)進(jìn)行處理。系統(tǒng)工作之后，也要不斷檢測(cè)是否斷線。在執(zhí)行主程序一次之后，檢測(cè)一次373口，將檢測(cè)到非FFH的次數(shù)保存到16位計(jì)數(shù)器當(dāng)中，當(dāng)達(dá)到1000H次后，同樣產(chǎn)生斷線報(bào)警，直到恢復(fù)正常為止。斷線檢測(cè)模塊框圖5.2所示。系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化斷線自檢模塊是否有按鍵按下時(shí)間顯示處理確認(rèn)確認(rèn)確認(rèn)確認(rèn)確認(rèn)時(shí)間顯示處理中斷0處理模塊中斷1處理模塊來(lái)車顯示及語(yǔ)音報(bào)警模塊圖5.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5.4來(lái)車檢測(cè)模塊國(guó)家相關(guān)規(guī)定對(duì)來(lái)車報(bào)警的時(shí)間相當(dāng)嚴(yán)格，報(bào)警時(shí)間為40S~90S，不能早報(bào)、晚報(bào)、漏報(bào)、所以對(duì)來(lái)車檢測(cè)提出了很高的要求。判斷火車是否接近，需滿足一下三個(gè)條件：1、傳感器1和傳感器2發(fā)出有效信號(hào)，且必須是先傳感器1后傳感器2。2、計(jì)算出火車的速度在1~160km/h之間。3、符合條件1和條件2兩次以上。一旦確定火車即將要靠近道口，道口房?jī)?nèi)立馬顯示出火車的來(lái)向、速度、和到達(dá)道口的時(shí)間，同時(shí)在室外通過(guò)廣播發(fā)出語(yǔ)音警報(bào)。來(lái)車檢測(cè)程序流程如圖5.3所示。規(guī)定非FFH電平計(jì)數(shù)器規(guī)定非FFH電平計(jì)數(shù)器規(guī)定初檢次數(shù)計(jì)數(shù)器規(guī)定372口檢測(cè)計(jì)數(shù)器指向第一片373讀入數(shù)據(jù)是否為FFH清除本373非FFH電平計(jì)數(shù)器指向下片非FFH電平計(jì)數(shù)器四片373是否檢完清除故障表、故障、語(yǔ)音初檢次數(shù)+1是否=2000H清除有關(guān)計(jì)數(shù)器是否初檢去主程序鍵掃斷線聲光報(bào)警時(shí)間同時(shí)顯示內(nèi)容暫存本373非FFH電平計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)是否達(dá)到1000H次根據(jù)373口計(jì)數(shù)器和數(shù)值確定傳感器NYNYYNNYNY圖5.2斷線檢測(cè)模塊框圖取T0計(jì)數(shù)器值，計(jì)算V取T0計(jì)數(shù)器值，計(jì)算V接車檢測(cè)點(diǎn)？有計(jì)算速度表？1<V<160Km/h？是否初次計(jì)算V？與初次計(jì)算V相似？置計(jì)算V標(biāo)志，接近時(shí)間、接近速度，送顯示器緩沖取該點(diǎn)的S、V,計(jì)算接近的時(shí)間T≥90？T送顯示緩沖區(qū)，檢測(cè)點(diǎn)換算為股道數(shù)，列車接近聲光報(bào)警，按方向及方向數(shù)送顯示緩沖區(qū)報(bào)警方向數(shù)+1，清有關(guān)標(biāo)志、計(jì)算器去發(fā)車檢測(cè)存V返回鍵掃T-90S結(jié)果送延時(shí)單元置該方向延時(shí)標(biāo)志返回鍵掃NYYNNYNYNYYN圖5.3來(lái)車檢測(cè)程序流程5.5火車通過(guò)復(fù)原檢測(cè)道口平面邏輯如圖5.4所示。道口房觸發(fā)傳感器器道口房觸發(fā)傳感器器復(fù)原傳感器器觸發(fā)傳感器器道口4#5#15#14#1#圖5.4道口平面邏輯圖當(dāng)火車從左往右經(jīng)過(guò)道口時(shí)，由1號(hào)檢測(cè)點(diǎn)發(fā)出警報(bào)，并由15號(hào)檢測(cè)點(diǎn)復(fù)原；同理當(dāng)火車從右往左經(jīng)過(guò)道口時(shí)，由4號(hào)檢測(cè)點(diǎn)發(fā)出警報(bào)，由14號(hào)檢測(cè)點(diǎn)復(fù)原。軟件復(fù)原流程如圖5.5所示。14#14#14#標(biāo)?工作表1?調(diào)接車復(fù)原程序置14#表，置14#標(biāo)復(fù)原時(shí)間14#14#標(biāo)?工作表1?調(diào)接車復(fù)原程序置14#表，置14#標(biāo)復(fù)原時(shí)間去主程序NYYNNYYNYNNY圖5.5軟件復(fù)原流程圖5.6語(yǔ)音系統(tǒng)報(bào)警由于語(yǔ)音系統(tǒng)使用的是PIC語(yǔ)音芯片，所以要根據(jù)該芯片使用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，播放的語(yǔ)音內(nèi)容是“火車即將經(jīng)過(guò)，請(qǐng)不要跨越欄桿，注意安全”。語(yǔ)音系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖5.6所示。連續(xù)八次播放報(bào)警語(yǔ)句連續(xù)八次播放報(bào)警語(yǔ)句初始化檢測(cè)是否有列車通過(guò)報(bào)警檢測(cè)是否有反向列車通過(guò)報(bào)警連續(xù)八次播放報(bào)警語(yǔ)句結(jié)束圖5.6語(yǔ)音系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程第六章軟件抗干擾設(shè)計(jì)系統(tǒng)抗干擾措施除了硬件方面的設(shè)計(jì)外，軟件抗干擾設(shè)計(jì)固然也是需要的。設(shè)計(jì)的具體方法有：1、數(shù)字濾波法：反復(fù)讀取傳入的傳感器脈沖信號(hào)，只有當(dāng)讀取的值8次都相同時(shí)才認(rèn)為是有用的輸入。程序抗干擾流程如圖6.1所示。計(jì)數(shù)器清零計(jì)數(shù)器清零前次值寄存器置初值讀入本次值讀入數(shù)值有效計(jì)數(shù)器加1等于8？與前次值相同？NYNY圖6.1軟件抗干擾流程圖2、看門(mén)狗技術(shù)：程序有時(shí)因?yàn)橥饨绲膹?qiáng)烈干擾而進(jìn)入“死循環(huán)”狀態(tài)，采用看門(mén)狗技術(shù)可以使程序有效恢復(fù)正常。技術(shù)原理是：首先設(shè)置一個(gè)定時(shí)器（看門(mén)狗），并對(duì)其設(shè)定一個(gè)固定的復(fù)位周期，如果系統(tǒng)檢測(cè)到超過(guò)時(shí)間而定位器仍未被復(fù)位，則認(rèn)為程序進(jìn)入了“死循環(huán)”，系統(tǒng)需要自動(dòng)復(fù)位。3、指令冗余技術(shù)：CPU的取指令順序是先取操作碼后取操作數(shù)，當(dāng)程序受到干擾發(fā)生跑飛時(shí)，只要在起決定的指令（RET、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC等等）后面插入NOP空指令，也不會(huì)將其后的指令當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行[20]。第七章實(shí)驗(yàn)與調(diào)試每個(gè)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)好之后，需要將這些模塊組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、調(diào)試，由于實(shí)際條件的限制，無(wú)法到鐵路道口進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，所以只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。完整的系統(tǒng)的連接實(shí)物圖如圖7.1所示。圖7.1系統(tǒng)實(shí)物圖系統(tǒng)主要由模擬信號(hào)實(shí)驗(yàn)板、系統(tǒng)主電路板、數(shù)字顯示板、音電路板、喇叭、麥克風(fēng)等組成。為了模擬火車經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)的場(chǎng)景，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生脈沖信號(hào)的實(shí)驗(yàn)板，如圖7.2示。圖7.2擬信號(hào)實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)板上綠色的按鍵代表觸發(fā)傳感器，白色的按鍵代表復(fù)原傳感器。當(dāng)將綠色的按鍵相繼不斷的按下后，就會(huì)不斷產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這些信號(hào)可以用來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中火車經(jīng)過(guò)觸發(fā)傳感器時(shí)發(fā)出的來(lái)車信號(hào)，最終能使報(bào)警裝置產(chǎn)生報(bào)警。同理，當(dāng)相繼按下白色的按鍵后，也會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這些信號(hào)就是用來(lái)模擬火車經(jīng)過(guò)復(fù)原傳感器時(shí)的停止報(bào)警信號(hào)。在模擬過(guò)程中，如果火車沒(méi)到來(lái)，即綠色按鍵沒(méi)有按下時(shí)，數(shù)字顯示板上顯示的是開(kāi)機(jī)之后的時(shí)間，通過(guò)設(shè)置可以將其調(diào)整為當(dāng)時(shí)的時(shí)間，如圖7.3所示。圖7.3數(shù)字顯示圖7.3顯示的是00:00:26，代表的意思是開(kāi)機(jī)26秒鐘。當(dāng)有綠色的按鍵相繼按下時(shí)，數(shù)字顯示如圖7.4所示。圖7.4來(lái)車數(shù)字顯示最上面顯示00:05:49，是開(kāi)機(jī)的時(shí)間；對(duì)下來(lái)的一行顯示的是02:098:054，02代表的是火車來(lái)自第二軌道，098代表的是火車速度是98km/h，054代表的是大概經(jīng)過(guò)54秒火車到達(dá)道口。第八章結(jié)論與展望根據(jù)我國(guó)鐵路道口現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)了一套鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)在鐵軌選定合適的位置，并且在這些位置上安裝傳感器，傳感器采集的信號(hào)傳輸?shù)桨仓迷诘揽诜康膯纹瑱C(jī)控制中心上，由單片機(jī)處理完傳進(jìn)來(lái)的信號(hào)之后，控制相應(yīng)的警報(bào)裝置產(chǎn)生聲光報(bào)警。系統(tǒng)分如下大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、傳感器的設(shè)計(jì)：傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集信號(hào)、感應(yīng)火車的到來(lái)。2、核心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：包括核心控制芯片AT89C51、聲光報(bào)警裝置、鍵盤(pán)等。3、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)、優(yōu)化程序，提高系統(tǒng)運(yùn)行速率。4、系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)：通過(guò)軟硬件抗干擾設(shè)計(jì)使系統(tǒng)能更加穩(wěn)定運(yùn)行。鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)雖然基本上能完成它的使命，但是為了滿足社會(huì)不斷發(fā)展的需要，應(yīng)該充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，發(fā)揚(yáng)創(chuàng)造、創(chuàng)新精神，可以不斷對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)本人查閱相關(guān)資料和對(duì)智能報(bào)警系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)提出如下幾點(diǎn)改進(jìn)的想法。1、在道口旁加上電動(dòng)欄桿，這樣可以免去人工拉護(hù)欄的工序，既方便、省力又高效。2、隨著數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，利用數(shù)字處理技術(shù)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)有了很大的發(fā)展。如果在現(xiàn)有的報(bào)警功能基礎(chǔ)上添加視頻監(jiān)控，可以更加直觀、及時(shí)反映火車和道口情況，使報(bào)警系統(tǒng)更加智能化、人性化。3、隨著無(wú)線通信的快速發(fā)展，以后幾乎所有信號(hào)都可以通過(guò)無(wú)線進(jìn)行傳輸，可以大大節(jié)約傳輸電纜和設(shè)備成本。參考文獻(xiàn)[1]楊清雷．基于輪軌激勵(lì)聲檢測(cè)的列車接近報(bào)警系統(tǒng)研究[D]．山東青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2005.[2]劉文斌．基于嵌入式系統(tǒng)的視頻采集模塊的設(shè)計(jì)[D]．西安：西安電子科技大學(xué)，2006.[3]高俊華．嵌入式系統(tǒng)在鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006，22(22)：64-66.[4]BarronJ,FleetD,BeaucheminS.PerformanceofOpticalFlowTechniques[J].InternationalJournalofComputerVision,1994,12(1):42-77.[5]ZhangRK.DiscussionofTeachingReformBasedon51MCU[J].SouthernGuizhouEthnicNormalCollegeJournal,2010,11(3):25-27.[6]段旭良．基于DSP嵌入式以太網(wǎng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2009.[7]雷鴻．基于DSP和以太網(wǎng)接口的高速實(shí)時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]．上海：上海交通大學(xué)，2009.[8]馬增強(qiáng)，燕延．基于DSP和以太網(wǎng)的鐵路道口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2001，21(72)：140-143.[9]JiaoyuL,MeilingW,JieT.DesignandResearchonGPRSDTU[J].ElectricPowerAutomationEquipment.2006,12(3):89-91.[10]方守恩．基于視頻技術(shù)的地點(diǎn)車速測(cè)定新方法[J]．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，17(02)：174-179.[11]劉文怡．基于和以太網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．安防科技，2009，9(16)：19-23.[12]YantaiH,JiamingH.WirelessDoorbellVideoMonitoringSystemBasedonLinux[J].ElectricalandMechanicalEngineering,2008,12(25):110-114.[13]QiaoQ,ZhaoGH,WeiBH.DesignofHomeSafeguardSystemBasedonGSMTechnique[J].ElectronicEngineer,2006,32(11):76-78.[14]姜道兵，王春海．智能型鐵路道口報(bào)警系統(tǒng)的使用及改進(jìn)[J]．自動(dòng)化工程，2009，167(71)：61-62.[15]何旭濤．單片機(jī)在鐵路道口自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)[D]．大連：大連交通大學(xué)，2009.[16]盧超．基AT89C51多路信號(hào)檢測(cè)和語(yǔ)音報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J]．佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19(2)：109-111.[17]李伍元．單片機(jī)非編碼鍵盤(pán)工作原理及設(shè)計(jì)方法[J]．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16(7)：19-21.[18]王玉琳．8279芯片的顯示接口分析及混合顯示電路設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械與電子，2005，101(25)：36-38.[19]李清平，楊合圣．單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究[J]．科技廣場(chǎng)，2010，71(92)：116-118.[20]張正喜．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾軟件設(shè)計(jì)[J]．計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002，10(11)：746-748.致謝大學(xué)四年美好的學(xué)習(xí)生活猶如白駒過(guò)隙，在告別校園生活之前，真誠(chéng)地向有緣在在大學(xué)里面相遇、相識(shí)、共同學(xué)習(xí)、生活的人表示衷心的感謝！感謝我的趙靈冬導(dǎo)師，在她不厭其煩的指導(dǎo)和教導(dǎo)下，我才得以順利完成此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。導(dǎo)師對(duì)學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、踏實(shí)的做事風(fēng)格給我留下了深刻的印象，此必將對(duì)我未來(lái)的工作生活產(chǎn)生積極向上的影響。感謝在大學(xué)里面給我們教過(guò)課的老師，感謝他們孜孜不倦將知識(shí)傳授給我們，諄諄教導(dǎo)我們?cè)撊绾巫鋈俗鍪?，是他們讓我們從青澀的學(xué)生成長(zhǎng)為將來(lái)對(duì)社會(huì)有用的人才！感謝我的同學(xué)，是他們讓我學(xué)到了友情的珍貴，友誼的純潔并且在我遇到難題是與展開(kāi)討論，給出建議。最后還要感謝我敬愛(ài)的父母，沒(méi)有他們就不可能有我踏上南通大學(xué)的今天，他們默默的奉獻(xiàn)和無(wú)微不至的關(guān)愛(ài)給了我無(wú)限的溫暖。附錄主要程序：********************************main.c*****************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