【正文】 ................................................... 7 道口欄木驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì) ............................................ 7 芯片 L298N 的介紹。鐵路 運(yùn)輸 的運(yùn)輸 能力大、能夠負(fù)擔(dān)大量客貨運(yùn)輸?shù)?任務(wù)、速度快、受氣候條件限制小、可全天候運(yùn)營(yíng)、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)。 平交道口是鐵路和公路的平面交叉，隨著鐵路行車速度、密度的不斷提高和公路車輛的急速增多，平交道口的安全問(wèn)題，已經(jīng)變的非常突出。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(kāi)發(fā)的設(shè)備，而且利用率也不是太高。其中，英國(guó)的安全工作做的比較好，這主要得益于英國(guó)政府增加警力，強(qiáng)行控制道口違章行為。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(shí)英國(guó)鐵路軌道電路與我國(guó)軌道電路有諸多不同之處，所以無(wú)法將其移用至我國(guó)鐵路道口中。 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。 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)， 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(kāi)關(guān)，并控制道口欄目升降從而達(dá)到 自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)警通知和提升道口整體安全狀況的目的。 當(dāng)列車接近道口時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)播報(bào) “司機(jī)、行人請(qǐng)基于單片機(jī)的火車道口安全報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 2 注意，火車就要開(kāi)過(guò)來(lái)了，請(qǐng)不要搶行和翻越欄桿” 。 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、車輛禁止通行。 （ 4）系統(tǒng)復(fù)原功能。 系統(tǒng)組成框圖如圖 1 所示： 傳感器信號(hào)處理單 片 機(jī)道 口 交 通 燈語(yǔ) 音 報(bào) 警欄 木 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 圖 1 系統(tǒng)組成 框 圖 系統(tǒng)主要 組成部分 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 。由傳感器采集來(lái)車信息送信號(hào)處理電路。（ 3） 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。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 傳感器的選用 傳感器的選擇 本系統(tǒng)對(duì)傳感器的要求很苛刻，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)傳感器提出了要有較高的靈敏度和輸出范圍；堅(jiān)固耐用無(wú)維修或極少維修；測(cè)試范圍寬并盡可能無(wú)源 等要求。 該傳感器 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。 傳感器檢測(cè)道口狀況的方法。在 P1和 P2點(diǎn)設(shè)置了兩個(gè)傳感器元件，用于檢測(cè)是否有 火車通過(guò)道口。 A 和 B 是兩個(gè)柵門，當(dāng)火車由東向西或由西向東通過(guò) P1P2段，且當(dāng)火車的任何部分位于 P1P2之間時(shí)，柵門 A 和 B應(yīng)同時(shí)關(guān)閉，道口的紅色交通燈亮，綠色交通燈滅，公路禁止通行；否則柵門 A和 B同時(shí)打開(kāi)，道口的綠色交通燈亮，紅色交通燈滅，公路允許通行。設(shè)位于 P1和 P2兩點(diǎn)的傳感器所輸出的信號(hào)分別為 I1和 I2，柵門 A和 B的開(kāi)閉由圖 2所示的電路控制。 圖 2 鐵路和公路平交道口的平面位置示意圖 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論信息的復(fù)合模擬信號(hào)。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： 基于單片機(jī)的火車道口安全報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 4 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 1 信號(hào)處理電路包括 1 縱向通道，處理 2 路傳感器的信號(hào) ， 其中一 路傳感器的信號(hào)構(gòu)成 int0 中斷， 另一 路傳感器的信號(hào)構(gòu)成 int1 中斷。信號(hào)處理電路如圖 4 所示： 圖 4 信號(hào)處理電路 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，所以采用圖示電路。 R1 為限流電阻， D 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。 信號(hào)整形 信號(hào)整形級(jí)選用得是 74HC245 芯片， 74HC245 的 DIR 端接電源后，使方向?yàn)?A 到 B，第 19 管腳接地，使其始終選通。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。 該光電隔離器的特點(diǎn)是：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為 4個(gè)光電耦合器，它們的物理特性完全一直、重復(fù)性好、并且 4個(gè)光電耦合器的 4個(gè)電源實(shí)現(xiàn)了完全隔離，有良好的線形度，地面的干擾完全消除。 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。 AT89C51 性能介紹 AT89C51 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 MCS51 兼容。 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。與 MCS51 微控制器產(chǎn)品兼容 。 4KB 可改編程序 Flash 存儲(chǔ)器 。全靜態(tài)工作 :OHZ24MHZ。三級(jí)存儲(chǔ)器保密 。 128X8 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 ?？删幊檀型ǖ?。片 內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 ?？臻e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。模擬交通燈 使用發(fā)光二極管， 可直接接單片機(jī)引腳 ,其中紅燈接 和 ；綠燈接 和 ,再 用軟件來(lái)進(jìn)行 控制紅綠燈的切換 。 圖 32 單片機(jī)電路 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。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。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 =，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，信息可存儲(chǔ) 100 年；不需要專用的編程器及語(yǔ)音開(kāi)發(fā)器；高優(yōu)先級(jí)錄音，低電平或負(fù)邊沿放音。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。 語(yǔ)音報(bào)警 電路如圖 6所示。 芯片 L298N 的介紹。 可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電 機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) VSS， VSS可接 4． 5～ 7 V 電壓。輸出電流可達(dá) 2． 5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。L298 可驅(qū)動(dòng) 2個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。 圖 7 L298N 芯片的引腳圖 驅(qū)動(dòng)控制電路圖 及 工作原