摘 要: 基于MCS-51單片機的一種列車測速與報警系統(tǒng),對其功能,、硬件結構,、列車測速電路及系統(tǒng)軟件等進行了詳細討論。
關鍵詞: 列車測速 報警系統(tǒng) 語音發(fā)送 單片機
隨著鐵路路況的改善以及列車性能的提高,近年來列車已經大幅度提速,。列車提速后帶來的經濟效益和社會效益十分顯著,。但高速行駛的列車卻給鐵路維護帶來不便,在施工路段因列車減速不夠或沒有減速而造成路面損壞、人身事故時有發(fā)生。因此,有必要研制一種列車測速與報警系統(tǒng),在離施工現(xiàn)場一定距離處,安裝兩套這樣的裝置,。當列車經過測速傳感器時,系統(tǒng)測得列車通過的時速,通過無線發(fā)射臺,將列車的時速傳送給列車司機以及施工現(xiàn)場的工人,司機收到語音提示后開始減速,以安全通過施工現(xiàn)場,避免事故的發(fā)生,。
1 系統(tǒng)功能
(1)列車經過傳感器時,系統(tǒng)測速并把測速結果通過無線語音發(fā)射臺發(fā)送給列車司機和路段施工人員,提醒司機減速至規(guī)定時速,并提示路段施工人員注意安全,提示信號直至列車安全通過時才撤消,。(2)記錄和顯示列車通過的時間,、上行/下行指示、通過時的速度,。(3)保存24小時內所有通過列車的有關信息,。(4)具有查詢和選擇打印的功能,。(5)通過RS232C接口,可以將系統(tǒng)所記錄的信息讀入個人計算機進行處理。(6)監(jiān)測電源電壓,低壓報警,。
2 系統(tǒng)的硬件結構
本系統(tǒng)的CPU采用MCS-51系列的GMS97L52單片機,。該CPU為低電壓、低功耗型,適合系統(tǒng)用干電池或蓄電池供電的場合,內置8KB ROM,屬OTP型芯片,。開發(fā)期間用AT89C52代替,便于重復擦寫。產品定型后,再換用97L52芯片,加密寫入后,無法解密,可防軟件被盜版,。系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖1所示,。
由于該測速系統(tǒng)為便攜式,野外工作時,采用蓄電池作為電源,因此,有必要設置一套可靠的復位電路、看門狗電路以及低壓檢測電路,。系統(tǒng)采用MAXIM公司的MAX708作為CPU的監(jiān)控器,以保證系統(tǒng)可靠地工作,。
顯示界面采用128×64點陣的LCD。矩陣鍵盤和信息的打印輸出由并行接口8255A管理,。
列車通過時,系統(tǒng)調用實時時鐘,記錄列車通過的時間(年,、月、日,、時,、分、秒等信息),。實時時鐘電路采用DALLAS公司生產的專用時鐘芯片DS1302,它與CPU連接只需三根線,。
列車通過時的有關信息存儲在32KB數(shù)據(jù)存儲器62256中。設置掉電保護電路,保證斷電時數(shù)據(jù)不丟失,。
系統(tǒng)采用ISD1420語音芯片錄放語音信息,時間最長20秒,。事先將需要的語音錄入指定的段,使用時調用不同的段地址進行組合,即可實現(xiàn)語音的合成。ISD1420芯片由并行接口8255A控制,它輸出的語音信號經小型發(fā)射臺發(fā)射出去,由列車上和施工段相應的無線接收裝置進行接收,。
個人計算機通過MAX232串行接口從系統(tǒng)中讀取信息進行處理,。
3 列車測速電路
3.1 測速傳感器的工作原理
測速傳感器采用高頻反射式渦流傳感器,工作原理如圖2所示。傳感器的線圈L和電容C組成并聯(lián)諧振回路,其諧振頻率
,。
電路中由振蕩器提供穩(wěn)定的高頻信號電源,。當車輪未接近渦流傳感器時,δ=∞,在電路中選擇適當?shù)碾娙軨,可使諧振頻率f與振蕩器頻率相同,此時產生諧振,輸出電壓u最大;當車輪接近渦流傳感器時,傳感器線圈的阻抗隨δ而改變,導致LC回路失諧,輸出信號u(t)頻率雖然仍為振蕩器的工作頻率,但幅值隨δ而變化。δ相當于一個調幅波,此調幅波經放大,、檢波,、濾波后即可以得到氣隙δ的動態(tài)變化信息,即當δ=∞(車輪未接近)時,u(t)=umax;當δ=δ0(車輪靠近)時,u(t)=u0。經過濾波整形后,將車輪未靠近時的輸出umax轉換為+5V信號,而將車輪靠近傳感器時的u0轉換為0V信號,。這樣,只要檢測輸出的TTL信號的低或高,就可以確定車輪有沒有接近傳感器,。
3.2 測速的方法
只用一只渦流傳感器無法測得列車行駛的速度。本系統(tǒng)采用二只傳感器,其布置如圖3所示,。二只傳感器的編號為1#,、2#,沿著鐵軌的長度方向隔開27cm安裝,。列車上行時,車頭的前輪先靠近1#測頭,電路發(fā)出一個負脈沖信號(該負脈沖信號一直等到列車完全通過時才結束),經過時間Δt1后,前輪靠近2#測頭,電路又發(fā)出1個負脈沖。CPU檢測二個負脈沖之間的時間間隔Δt1(μs),即可算出時速V=(27×10-2×10-3)/(Δt×10-6/3600)(千米/小時),。待CPU檢測第一個負脈沖低電平維持的時間Δt2,即可算出列車通過時所占的時間,。
當列車下行時,車頭前輪先靠近2#測頭,后靠近1#測頭,測速方法同列車上行時。
4 系統(tǒng)軟件
4.1 系統(tǒng)監(jiān)控軟件
本系統(tǒng)有五種工作狀態(tài),用戶可以通過操作面板的按鍵進行切換,。五種工作狀態(tài)分別為測速發(fā)射,、參數(shù)設置、資料查詢,、打印輸出和通信,。系統(tǒng)的監(jiān)控軟件流程如圖4所示。
4.2 系統(tǒng)測速軟件
設1#測頭拾取的信號送到97L52 CPU的P1.0引腳,2#測頭拾取的信號送到P1.1引腳,則系統(tǒng)的測速軟件流程如圖5所示,。
5 結束語
本文介紹的列車測速報警系統(tǒng)已經在鐵路施工現(xiàn)場投入使用,。試用結果表明,該系統(tǒng)測速誤差在2%之內,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強。使用該系統(tǒng)后,列車司機可以及時減速,保護了施工路面,保證了工人的人身及列車本身的安全,。因此,該系統(tǒng)在鐵路部門具有一定的推廣使用價值,。
參考文獻
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