铁路道口报警及控制系统设计
PLC课题铁路与公路交叉口护栏自动控制系统
PLC课题铁路与公路交叉口护栏自动控制系统姓名：学号：班级：目录一、任务要求 (3)二、系统总体方案 (3)三、PLC型号选择及其他PLC元器件分配 (4)四、PLC控制系统硬件接线图 (5)五、程序框图和梯形图 (6)5.1程序框图 (6)5.2梯形图 (7)六、心得体会 (10)铁路与公路交叉道口护栏自动和手动控制系统设计一、任务要求任意方向火车来，压住预告传感器时，将道口两侧道路右侧前进方向封锁，同时发出警告，让道口区内的车辆快速通过。
延时一段时间后（可用SMB28调整），将道口两侧道路左侧前进方向封锁，封锁全部道口。
火车通过后，压住前方预告传感器时，解除封锁。
并有手动操作模式。
试列出输入输出分配表，画出PLC 硬件接线图，列出PLC程序清单及注释。
二、系统总体方案1、此自动控制系统是通过火车触动传感器和plc来实现的。
2、当火车驶入道口，位于两侧的传感器将会检测到火车从而发出信号到plc。
plc根据程序设定对应输出，使护栏关闭右侧公路路面。
汽车可以顺利驶出道口。
3、计时器开始计时，经过2s后，护栏全部关闭。
4、当火车驶出道口经过传感器，传感器发出信号到plc，plc对应输出，解除封锁。
5、切换到手动时，按下右面公路封闭按钮，右面公路关闭。
6、按下左面公路关闭按钮，右面公路关闭。
7、按下接触封锁按钮，封锁解除。
铁道口传感器分布图三、PLC型号选择及其他PLC元器件分配四、PLC控制系统硬件接线图图1-2（ plc控制系统硬件接线图）五、程序框图和梯形图5.1程序框图图5-1 自动控制程序框图图5-2 手动控制程序框图5.2梯形图实验结果：1、输入编写的梯形图，按照plc硬件接线图连线。
传感器由点触开关代替。
2、按下SB1，L1放出警告，同时L2、L3灯亮，护栏关闭右侧公路面。
3、经过2s，L4、L5灯亮，护栏封锁全部路面。
4、按下SB2，L6、L7、L8、L9灯亮，L1、L2、L3、L4、L5复位。
铁道报警信息系统
火车道报警信息采集系统设计【引言】随着社会经济生活对铁路运输的需求和科学技术的不断发展，铁路运输的能力日益提高，对铁路运输安全的要求也就更高。
然而，伴随全路五次提速的实施，道口的安全隐患也越来越突出，已经成为铁路运输安全和铁路运输能力的瓶颈。
道口监测报警装置在降低道口事故率，防护道口安全方面有着非常积极的意义。
但从目前的研究成果和实际应用来看，大多采用轨道电路式、机械式，少部分采用多普勒雷达式和声接收式; 性能上各有优缺点，在成本和体积上也不尽相同。
本文采用磁阻传感器，根据磁场效应，设计了一种火车道报警信息采集装置，并给出其软硬件的设计方法。
【系统工作原理】通电导体在磁场中电阻值发生变化的现象称为磁致电阻效应。
对于铁、钴、镍及其合金，如果把这类金属做成薄膜带状导线，当有电流通过时，其阻值发生变化，变化值的大小因内外两磁场合成磁化方向与电流流向的相对关系而异，趋于同向则增大；反之减小[1]。
如图1中所示，将四个坡莫合金(permalloy)组成一个惠斯通电桥(wheatstone bridge)，则电阻阻值的变化将外加磁感应强度转换成差分电压输出[2]。
大型铁磁物体，如火车，可看成多个南北极磁铁组成的模型。
当火车经过时，则会引起地磁场的扰动，其综合影响是对地磁场磁力线造成扭曲和畸变。
传感器处于该变化的磁场中时，由磁阻效应可知，传感器的差分输出端将会有变化的电压产生，而这即是本系统用来检测火车的理论依据。
图1磁阻传感器原理图【系统硬件设计】火车道报警信息采集系统硬件部分主要由数据采集模块和数据处理模块组成。
其中数据采集模块负责磁场信号的采集工作，其主要的核心为磁阻传感器。
当列车接近磁阻传感器时，传感器将采集到的磁场变化信号，经过信号放大和a/d转换环节，转换成离散的数字信号，传送至微控制器(单片机)。
数据处理模块主要部件是单片机。
单片机负责对各个芯片的时序控制，同时为了提高系统的抗干扰能力，还需对采集到的数据进行滤波处理，然后才能发送至串口端，由通信设备进行读取。
毕业设计(论文)-基于单片机的铁路道口报警系统的设计[管理资料]
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目录1绪论 (1) (1) (1) (2) (2)2系统硬件设计 (3) (3) (4) (5) (6) (7) (7) (7) (7)信号输入输出单片机方式 (8) (9) (10) (11)IsD142O芯片功能简介 (11) (13) (14) (16)3系统软件设计 (16)系统软件设计方案 (17)系统设备断线检测模块设计 (17)列车接近检测模块设计 (18)打印机接口程序设计 (20)语音广播系统软件设计 (23)4 系统抗干扰及可靠性设计 (23)系统抗干扰性及可靠性设计原则 (23)系统干扰源分析以及硬件抗干扰措施 (25)软件抗干扰措施 (27)系统可靠性设计 (29)5 结束语 (31)参考文献 (31)致谢 (32)1 绪论问题的提出由于大量的铁路无人看守道口的存在，使道口交通事故和路外伤亡居高不下。
因当地的条件限制，又必须设立铁路平交道口，而铁路部门由于人力和物力的限制以及道口的车流、人流不大，使无人看守道口客观存在。
受道口自然条件(了望、弯道、坡道等因素)的影响，车辆、行人的违章和大意，加之机车乘务员的疏忽和判断失误等因素，使铁路平交无人看守道口交通事故屡屡发生，特别是机动车辆发生交通事故，严重影响铁路交通安全，而且常常造成多人路外伤亡事故，损失巨大。
通过在无人看守道口设置一个当列车接近时的自动预警装置，提醒道口的行人和车辆，将大大减少道口交通事故的发生(本装置可扩展道口防护功能，现因考虑其可靠性而又无人看管，发生故障不能及时处理，反而影响道口的畅通)。
因此，道口安装来车报警装置势在必行。
本课题就是针对我国铁路平交道口的现状，利用单片机技术开发平交道口来车自动报警系统。
采用智能报警系统具有报警准确，性能价格比高，全天侯，不怕环境恶劣，安装方便等特点，能极大减少该类道口交通事故。
利用轨道传感器采集回来的车轮信息，准确地将来车信息通知道口值守人员及过往行人，大大减少事故发生，为列车的安全高速运行提供可靠的保障。
基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1绪论 (3)1.1 问题的提出 (3)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 研究目的与意义 (4)1.4 设计任务与要求 (4)2系统总体方案设计 (6)2.1 系统的整体平面示意图 (6)2.2 系统的主要技术指标 (6)2.3 系统工作的整体框图 (7)3系统硬件设计 (8)3.1 传感器 (8)3.2 信号处理模块 (10)3.3 中央处理模块 (12)3.4 语音报警模块 (15)3.5 栏木机驱动模块 (18)3.6 键盘输入与数码管显示模块 (20)3.7 电源模块 (23)4系统软件设计 (25)4.1 软件设计的主要步骤 (25)4.2 系统软件的总体设计 (25)4.3 列车断线检测模块 (26)4.4 列车接近与到达检测处理 (28)4.5 语音广播系统软件流程 (30)4.6 栏木机控制模块流程 (30)5系统抗干扰设计 (32)5.1 系统抗干扰性设计原则 (32)5.2 系统干扰源分析及硬件抗干扰措施 (32)5.3 系统软件抗干扰措施 (35)6总结与展望 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录：系统硬件图 (42)基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计摘要: 在我国经济持续发展的今天，随着机动车辆的增加以及列车密度和运行速度的提高，使得道口安全问题日趋重要。
如果铁路平交道口缺少严格的安全管理，恶性道口事故将会很容易发生，这会对铁路安全造成极大威胁，所以铁路道口的安全问题既是重点又是薄弱点，因此设计出一种铁路道口报警系统来提高安全性是非常必要的。
论文首先分析了课题确立的意义，并且针对于国内外的研究现状，给出了系统总体框图，平面示意图以及相关的技术指标。
本课题的硬件部分选取了具有广泛群众基础，价格便宜的AT89C51单片机作为主控制芯片，选用磁电式传感器对列车的车轮信息进行采集，使用ISD4002语音芯片和LED显示模块将来车信息及时地通知过往车辆及行人，而且为了提高系统的总体安全性能特别增加了电动栏木机。
南通大学基于80C51的铁路道口报警系统设计_基于80C51的铁路道口报警系统设计
学生姓名：熊峰专业：通信工程指导教师：刘文科第一章绪论1.1问题的提出相较于公路、水运、航运等其它交通方式，铁路运输具有无与伦比的优势：1、铁路路线散布广，便于货品的接送、转换，适合远距离运输。
2、随着铁路的不断提速，铁路运输速率将越来越快，运输效率将越来越高。
3、铁路运输不容易受气候的影响，可以长年累月稳定地运转。
4、铁路能一次性运送几千吨的货品。
正是因为铁路在我国交通运输中占据如此重要的地位，而且其作用有增无减，所以大力发展铁路运输事业是党和国家所高度重视的，包括火车的扩建、火车的提速等等。
由于火车轨道在修建铺设时无法完全避开人们工作生活的场所，所以必须在交汇处设置铁路道口。
但是根据我国当前的技术和财力无法做到每一处道口都封闭运行，要是火车高速经过道口而无任何事前的警报，那么很容易造成交通事故。
因此为了提高火车运行的效率和保障行人的安全，有必要设计一套铁路道口报警系统来解决火车通过道口的安全问题，为铁路的快速发展提供安全保障。
1.2国内外研究现状国内外目前主要研究设计如下几种铁路道口报警系统：(1)基于轮轨激励声检测的铁路报警系统；该系统建立在共振解调技术的基础上。
共振解调技术能敏感感应出车轮与轨道接触引起的脉冲信号，系统由声音传感器和振动传感器采集来车信号，通过传感器、选择器分离出高频及中频振动信号，再分别经过解调器解调后送至单片机进行处理，从而控制声光报警器报警[1]。
(2)基于嵌入式系统的铁路道口报警系统：该道口报警控制以嵌入式系统作为控制中心，用安装在铁轨上的磁性踏板开关来检测火车到来和离去的，最终由嵌入式系统控制各个报警装置预警[2-5]。
(3)DSP和以太网设计的铁路道口报警系统：它是由道口周围的检测系统和以芯片RTL8019AS为核心的控制中心系统构成；火车即将到达道口时，由传感器采集火车信息并经信号处理电路后送至DSP控制中心进行处理，最终发出命令对报警信号进行控制[6-9]。
基于PLC的厂区铁路道口报警系统设计
Ｏ 引言
在 大型 矿厂 和 一些 制造 火车 的工 厂 中有较 多铁
湿炎 热 的南 方 ，电子 电路 的故 障率 较高 ，整 机不 稳
定 ，这些 都不 利于 报警设 备 的有 效应 用¨ 。
可编程序控制器 （ ｒｇａ ｍａｌ ｌ ｉ ｃ ｎ ｏｌ ， ｐｏ ｒｍ ｂｅ ｏ ｃ ｏ ｔ ｌ ｒ ｇ ｒ ｅ Ｐ Ｃ）是以微 处理器为基础的通用工业控制装置 ，在 Ｌ 内部 电路 中采用 了先 进 的抗 干 扰技术 ，具有较 强 的 抗 干 扰能力 ，平均无 故 障时 间达数 万小 时 ，可直 接 用 于干扰 强烈 的工业 生产 现场 。Ｐ Ｃ 已被 广大用 户 Ｌ
路 ，用 于运输 货 物和拖 动 制造 的机 车 。这些铁 路遍 布 于厂 区 ，不 可避 免地 与厂 区的道路 平 面交叉 。厂
区内有大 量 的建筑 和树 木 ，会影 响视 线 ，造成 道路
上 的汽 车 司机和行 人 看不 到运行 的火 车 ，特别 在 倒 车 时 ，火 车 司机也 看不 到 车辆 和行人 。在火 车 即将
第 ２卷 第４ ５ 期 ２１年 ７ ０１ 月
湖
南
工
业
大
学 ． ２ Ｊ ｌ ０１ ｕｙ ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒａ ｏ Ｈｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｈ ｏ ｏ ｙ ｙ Ｔｅ
基于 Ｐ Ｃ的厂区铁路道 口报警系统设计 Ｌ
到达 路 口时 ，为 了提醒 车辆 和行 人 ，必须 在路 口安
公认 为最可靠 的工业控 制设备 ，其安装接 线较方便 ，
一
装报 警设 备 。老式 的警 示设 备一 般 由单 片机等 电子 电路 构成 ，虽 然制 造成本 较 低 ，但 电路复 杂 ，抗干
铁路平交道口智能集控预警系统
铁路平交道口智能集控预警系统周 帅，周 培，武恒颉，周灵钰(南京铁道职业技术学院，南京 210056）摘要：传统铁路道口的安全防护措施因其低效性和高昂的成本，以及潜在的安全隐患，已经无法满足当前的发展需求。
为应对这一挑战，提出一种创新性的铁路道口无线通信智能集控预警系统，旨在确保铁路道口工作人员和交通参与者的生命财产安全。
结合远距离L o R a无线射频通信技术、基于O p e n M V的车辆与行人目标识别技术，计算机联锁技术等设计一款低功耗、易部署的无人值守的铁路道口远程集中管理系统，从而提升铁路运营效率，并增强铁路运输的安全保障水平。
关键词：铁路道口；无线通信；OpenMV；计算机联锁中图分类号：U284.15+1 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2024)03-0106-07Intelligent Centralized Control System for Early Warning of RailwayLevel CrossingsZhou Shuai, Zhou Pei, Wu Hengjie, Zhou Lingyu(Nanjing V ocational Institute of Railway Technology, Nanjing 210056, China) Abstract: The traditional safety protection measures for railway crossings can no longer meet the current development needs due to their low efficiency, high cost and potential safety hazards. To meet this challenge, this paper proposes an innovative intelligent centralized control system based on wireless communication for early warning of railway crossings, which aims to guarantee the life and property safety of the staff and traffi c participants at railway crossings. The LoRa long-range radio-frequency communication technology, OpenMV-based vehicle and pedestrian target recognition technology and computer based interlocking technology are combined to design a low-power, easy-to-deploy remote centralized management system for unattended railway crossings, which can improve the effi ciency of railway operation, and enhance the safety of railway transport.Keywords: railway crossing; wireless communication; OpenMV; computer based interlocking DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2024.03.020收稿日期：2023-10-07；修回日期：2024-02-19基金项目：南京铁道职业技术学院大学生创新训练项目（yxkc2022026）发明专利：2023实用新型专利（ZL202320583648.0）第一作者：周帅（2003—），男，主要研究方向：城市轨道车辆应用技术，邮箱：*****************。
铁路道口安全预警管理系统设计与实现
铁路道口安全预警管理系统设计与实现铁路道口安全预警管理系统设计与实现摘要：随着经济的发展和交通的快速增长，铁路交通在人们生活中的重要性不断彰显。
然而，铁路事故频发，其中很大一部分是由于人为疏忽和道口安全问题导致的。
因此，本文旨在设计和实现一种铁路道口安全预警管理系统，以提高铁路道口交通的安全性和效率。
一、引言铁路道口是铁路交叉点与道路的交界处，安全问题长期以来一直备受关注。
铁路道口事故一旦发生，往往导致严重的人员伤亡和财产损失。
因此，建立一套完善的铁路道口安全预警管理系统对于提高铁路交通的安全性十分重要。
二、系统设计与架构铁路道口安全预警管理系统主要由前端监测模块、实时数据传输模块、后台分析处理模块以及预警显示模块组成。
（一）前端监测模块前端监测模块通过安装在道口附近的传感器，实时监测道口交通情况。
传感器可以采集到道口车辆、行人、信号灯等信息，并将数据发送到实时数据传输模块。
（二）实时数据传输模块实时数据传输模块接收前端监测模块发送的数据，并将数据传输到后台分析处理模块。
为了保证数据的及时性和安全性，可以采用无线网络或者卫星通信等技术进行数据传输。
（三）后台分析处理模块后台分析处理模块通过分析前端监测模块传输过来的数据，检测出潜在的安全隐患并进行预警。
系统可以根据历史数据建立模型，通过机器学习等算法对数据进行分析和预测，提高预警准确性和及时性。
（四）预警显示模块预警显示模块将预警信息通过显示屏、声音、短信等方式告知相关人员，包括道口的管理人员、列车驾驶员以及道口附近的行人和车辆。
三、系统实现（一）前端监测模块的实现前端监测模块可以采用多种传感器进行数据采集，比如车辆识别传感器、行人识别传感器和信号灯识别传感器等。
通过搭建合理的传感器网络，可以实现对道口交通情况的全方位监测。
（二）实时数据传输模块的实现实时数据传输模块可以选择合适的通信技术，比如无线传感器网络、4G网络、卫星通信等。
通过合理布置传输节点，可以确保道口交通数据的及时传输。
工矿企业铁路无人值守道口自动安全报警系统的设计
工矿企业铁路无人值守道口自动安全报警系统的设计摘要：工矿企业铁路道口有着过往车流量大、人员较多等特点，有必要借助报警系统对一定距离内行进的机车车列实施有效探测和报警，提醒过往车辆和行人，确保机车车列安全通过铁路平交道口。
因此，有必要充分利用先进技术，并借鉴实践经验，对铁路无人值守道口自动安全报警系统进行科学设计。
关键词：铁路无人值守道口；自动安全报警系统；设计前言铁路道口安全一直是铁路交通安全的重点，目前工矿企业对于公路与铁路的交叉道口常采用人工值守的方法来管理道口，如常见的电机驱动轨道栅栏阻挡车辆和行人。
但是随着国企三年改革行动方案的逐步实施，企业用工人员的紧缺，取缔有人值守道口势在必行，为了提高铁路道口的安全状态，为列车通行提供保障，有必要设计一种不需要大规模施工并且能提升安全性的无人值守的铁路道口自动控制系统。
在列车即将通过铁路道口时，自动使用声音和灯光报警引起行人和车辆的注意，并对道口进行拦截，以保证列车顺利通过，使行人和车辆的安全得到保障，杜绝出现道口交通事故，实现本质化安全。
1系统组成以及工作原理该设备由于使用频繁，工作化境较差，系统设备直接暴露在铁路线路上，夏季阳光直射、雨水浸泡，冬季气温较低、冰雪覆盖，还有不可避免的沙土垃圾掩埋、人为破坏等。
因此该设备容易出现故障，而且该设备电路多为集成芯片，一旦出现损坏给设备的维护及维修带来很大的不便，不利于“节能降耗”，故此通过分析该系统的运行机理，开发出适合工矿企业实际情况的硬件设备，开发编写该器件的程序，来实现系统的功能，给维护保养带来便利。
2铁路道口报警系统所采用的技术路线根据上述设计要求，结合实际情况，对铁路道口报警系统采取如下所述的研究方法和技术路线：本系统是以智能仪器为核心的系统。
首先对该系统进行分析，了解该电路主要实现的功能。
其次画出对应的电路图，根据实现的功能写出处理器每个引脚实现的作用。
最后根据对应的逻辑关系和输入输出引脚，编制相应软件程序进行调试，最终实现设备在实际生产中的应用。
铁路道口控制系统设计改造
1引言娘娘庙铁路道口是运输部铁路运输线路道口车流量最大的一个，位于S106省道沈环线380km、300m处，当火车压在道口，或接近区段时，白灯熄灭，道口红灯交替闪烁，报警器响。
道口值班员听到警铃响后，按下室外控制箱下降按钮，4个方向栏木机栏杆下降，道口关闭。
火车通过道口后，按下上升按钮，4个方向栏木机杆开始升起，报警停止，白灯点亮。
该道口栏木机自2009年由厂家安装，使用至今，栏木机多次被汽车撞坏，多次修复，现在已经不能正常使用。
为保证道口行车安全，运输部新购进4台DTL型道口栏木机进行更换。
新栏木机与旧栏木机控制机构不同，导致原来的控制系统与新栏木机不匹配，旧栏木机电机的电磁摩擦制动器电磁线圈控制电压是24V，电机额定电压是220V，升杆与落杆的限位点需要和控制箱继电器连接。
新的栏木机的电磁摩擦制动器电磁线圈控制电压是220V，电机额定电压是220V，升杆与落杆的限位点在栏木机箱体内连接完成。
因此，需要重新设计控制系统与新的栏木机匹配，方能实现路口安全。
2系统设计2.1采用国产PLC控制道口栏木机娘娘庙铁路道口共用4台DTL型栏木机，位置分布在铁路道口东南、东北、西南、西北4个方向。
电机为单相电容启动，每台电机有4个绕组，其中2个绕组是8级，每分钟转速为700转，作为升杆绕组。
2个绕组是12级，每分钟转速为450转，作为落杆绕组。
SQS和SQL分别是升杆和落杆限位器闭点，当栏杆上升到垂直位置和水平位置时，通过齿轮轴上的凸轮旋转压开闭点，断开电机电源，电机停止。
防止栏杆到位后电机继续工作，损坏栏木机。
栏木机电机电路，详见图1。
PLC和接触器选型：AN200不同的CPU模块性能有不同用途，考虑到模拟量模块的扩展能力，输入、输出点数等，选用CPU224XP，该机集成14输入/10输出共24个数字量I/O,电源电压为交流220V，继电器输出型。
继电器型输出模块的工作电压范围广，承受瞬时过电压和瞬时过电流能力强。
铁路车站内道口信号报警系统设计
控制器 、 传输通道 、 道 口逻辑控制电路 、 道 口控制盘 及道 口信号机和室内外音响器等设备构成 。控制盘 设 置在 道 口看守 房 ， 用 来 向看 守 人 员 直 观 显 示 列 车
运 行情 况 。盘 面上 有 １个 电源 供 电表 示 灯 （ Ｙ Ｄ） 、 ４ 辆 列 车接 近通 知 灯 （ Ｘ Ｘ Ｊ Ｄ、 Ｘ Ｓ Ｊ Ｄ、 Ｓ Ｘ Ｊ Ｄ、 Ｓ Ｓ Ｊ Ｄ） 、 ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ
Ｉ ｆ ． ３ ０
Ⅳ０ ． １
２ ０ １ ４年 １月
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
铁 路 车 站 内道 口信 号报 警 系统 设 计
张 芳
（ 中铁第 一勘察设计 院集 团有 限公 司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要： 现阶段我 国铁路道 口报 警多采用 Ｄ Ｘ ３型道 Ｖ Ｉ 信号设备 。该设备通 过开路 式控制 器和闭路式 控制 器采集 列
车运行信息 ， 经过室内的逻 辑电路处理后 ， 发 出执行命令产生通知道 口看守 员的声 、 光报警 以及 发出室外报 警音 响 ， 通知道 ｌ Ｙ ｌ 上的汽车 、 行人 。该原 理适 用区间道 口的报警 ， 但是如果 道 １ ３ 的位 置在车站 内 ， 由于站内无法安 装闭路 器 ， 采集 不到列车运行 信息 ， 就无法实施报警。根据西 宁至格 尔木增建 二线 工程 中小桥车站 站 内道 １ ３通过计 算机 联锁 系统驱动相应报警继电器 ， 结合 Ｄ Ｘ ３信号设备 实现道 口的 自动通 知报警 。再通 过延时开放信 号显示 的方法确 保通
ｌ Ｄ Ｘ ３型道 口设 备 的原理
Ｄ Ｘ ３ 型道 口信号设 备是在 总结 了之前道 １ ３ 报
高速铁路列车运行安全预警与控制系统设计
高速铁路列车运行安全预警与控制系统设计随着高速铁路的不断发展，交通运输的安全性和效率成为了人们关注的重点。
为了保障高速铁路的运行安全，预警与控制系统的设计变得尤为重要。
本文将从系统的需求、工作原理、主要功能以及应用前景等方面探讨高速铁路列车运行安全预警与控制系统的设计。
一、系统需求高速铁路列车运行安全预警与控制系统的设计应满足以下基本需求：1. 实时监测：系统应能够实时监测列车运行状态，包括轨道状态、列车速度、温度等参数。
2. 预警与报警：系统能够通过分析实时数据，及时预警列车运行过程中可能出现的安全风险，并对发生紧急情况时进行及时报警。
3. 轨道控制：系统具备控制列车运行的能力，可以调整列车速度、实施紧急停车等措施。
4. 数据存储与处理：系统应具备强大的数据存储与处理能力，能够对历史数据进行存储和分析，为运营管理提供依据。
二、工作原理高速铁路列车运行安全预警与控制系统的工作原理如下：1. 数据采集：通过传感器、监控设备等获取列车运行过程中的各项数据，包括速度、轨道状态、温度等。
2. 数据传输：采集到的数据通过通讯设备传输给中央控制中心。
3. 数据分析：中央控制中心对传输过来的数据进行实时分析，通过算法判断列车是否存在安全隐患，并进行预警。
4. 预警与控制：当系统检测到列车存在安全隐患时，中央控制中心发出预警信号，同时对列车进行相应的控制，如调整速度、发出紧急停车指令等。
5. 数据存储与处理：系统将实时数据和预警信息存储在数据库中，方便后期的数据统计和分析。
三、主要功能高速铁路列车运行安全预警与控制系统的主要功能如下：1. 预警功能：系统能够通过数据分析，发现列车运行过程中存在的安全隐患并进行预警，如轨道异物、超速等。
2. 紧急停车功能：当系统判断列车存在危险情况时，能够迅速发出紧急停车指令，保障乘客和列车安全。
3. 通信功能：系统能够与列车驾驶员进行实时通信，交流运行情况和紧急处理措施。
4. 数据分析与统计功能：通过对历史数据进行分析和统计，帮助铁路管理部门改进运营管理，提高铁路运输的安全性和效率。
铁路与公路交叉道口护栏自动控制系统设计
可编程序控制器课程设计报告院系：电气系专业班级：自动化10-2学号：29姓名：潘晓真铁路与公路交叉道口护栏自动控制系统设计一、任务要求铁路与公路交叉道口护栏自动控制系统设计。
任意方向火车来，压住预告传感器时，将道路右侧向前方向封锁，同时发出警告，让道口区内的车辆快速通过。
压住预告2时，封锁栅栏继续左移，封锁全部道口。
火车通过后，且无另一个方向火车来时，解除封锁，否则继续封锁，继续发出警告。
试列出输入输出分配表，画出plc硬件接线图，列出plc程序清单及注释。
二、系统总体方案1、此自动控制系统是通过火车触动传感器和plc来实现的。
2、当火车驶入道口，位于两侧的传感器1将会检测到火车从而发出信号到plc。
plc根据程序设定对应输出，使护栏关闭右侧公路路面。
汽车可以顺利驶出道口。
3、计时器开始计时，经过10s后，护栏全部关闭。
4、当火车驶出道口经过传感器3后，10s内传感器发出信号到plc，plc对应输出，解除封锁。
5、当传感器失灵等特殊情况之后通过人工操作也可实现对路面的封锁，是火车安全通过。
同时也可以实现人工复位。
铁路道口传感器分布图：图1-1（铁路道口传感器分布图）三、PLC型号选择及其他PLC元器件分配I/O分配表：输入信号输出信号名称代号输入点信号名称代号输入点信号感应器1SB1警告灯L1感应器2SB2护栏半封锁L2感应器3SB4护栏全封锁L3感应器4SB5电机正转L4手动半封锁SB3电机反转L5手动全封锁SB6行程半封锁SA1行程全封锁SA2电机复位SA3手动全复位SA4表1-1（ I/O分配表）四、PLC控制系统硬件接线图图1-2（ plc控制系统硬件接线图）六、程序框图和设计软件截图程序框图：图1-3（程序框图）梯形图：七、实验结果：1、输入编写的梯形图，按照plc硬件接线图连线。
传感器由点触开关代替，，，，，分别接指示灯1、2、3、4、5。
2、按下SB1，L1、L2灯亮，电动机正转护栏关闭右侧公路面、放出警告，到达行程开关SA1后自动停止。
道口控制系统
道口控制系统方案一、系统功能需求1）列车位置及运行方向采集2）道口报警器(光报警控制与音频输出)3）道口栏门控制4）各模块间通信5）安全防护二、系统结构1 系统整体结构图1 道口控制系统的整体结构说明：（1）拦木机及声光报警器有三种控制方式：自动、遥控和触摸屏手动，三种方式并联控制且互相独立（2）道口控制板A/B采用双机热备的方式工作2 道口控制板结构图23 系统安装方式及结构示意图道口控制系统的控制板安装于标准机笼内，采用底板加功能板的组合方式，其安装示意图如下：图3道口控制系统机笼结构示意图图4 道口控制系统机笼底板接口示意图三、系统原理道口控制系统由列车位置和方向采集模块、触摸控制终端、报警器及道口拦门设备控制模块和控制中心组成。
列车位置和方向采集模块通过放置在轨道上的传感器装置来采集列车的位置和行进方向信息，并将采集到的信息通过电缆(或无线方式)上传到控制中心；控制中心通过列车位置和方向信息判断是否有车即将要通过系统所防护的道口，如果确认有车，系统将控制开启报警器并驱动道口拦门设备防护道口。
报警器和道口拦门方式有三种控制方式：系统自动，人工遥控和人工手动三种。
另外系统还增加了紧急情况强制防护装置，以防止在系统故障时紧急启动或切断报警器和拦门装置的电源。
各模块的功能原理具体如下1）传感器信息采集模块：通过放置在轨旁的无源磁感应传感器，感应列车的通过，产生一对差分电压信号，此信号经过电压跟随电路和放大、滤波电路进行处理，再经过隔离采样后送入单片机。
单片机将采集到的信息通过串口送到控制中心（PC）。
2）触摸屏控制终端：作为道口和列车位置采集点的显示终端，并设置道口设备的开启和关闭控制按钮，工作人员可以通过触摸屏观察道口和监测点状态，并可以在触摸屏上手动操作道口防护设备。
3）报警器和道口拦门设备驱动模块：接收单片机的控制量，通过功率元件控制道口设备。
控制电路采用二取二原理。
为防止单片机或者控制中心故障导致道口无法工作，增加与单片机控制回路并联的手动控制开关，紧急情况可以直接用此开关直接控制道口设备。
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1 绪论1.1 研究背景与社会价值1.1.1 单片机的发展以及应用现状我国经济持续快速增长的情况下，交通运输业也随之发达起来。
而路网的建设速度是有限的，现在制约铁路发展的最重要的就是安全问题。
公路运输优势存在于灵活性强、速度快、实现“点到点”的运输，且其建设周期较短、投资低。
铁路运输也有其优点例如：强大的输送能力、低廉的运输成本、运行时间的可持续性强可达到全天候运行。
我国国土面积广阔交通网络发达，截止12年数据我国的公路里程达180万公里，铁路约为7万公里，形成了以公里以及铁路为主体的交通运输网络。
关于铁路道口我国目前的现况是路口多，需要大量的人力物力进行路口安全的持续性监控，为解决此问题研发了铁路道口自动报警系统，本课题在软硬件设计中，特别具有针对性的拟解决特殊条件下的系统可无人监控且准确、有效可靠的执行任务提路口高安全性，尤其在天气条件较差的情况下，更是凸显作用和价值现。
平交路口问题是是运输安全的重点，所以，如何去提高通过的安全性，当务之急是我们首先要解决的。
2 系统的硬件设计利用单片机技术实现铁路道口报警和控制系统，研发了自动报警系统。
在车头及车尾设置安装满足条件的传感器，采用89C51作为系统控制芯片，把安装在铁轨上的传感器所搜集的信息通过发送装置发送回去，语音报警系统将会及时的通知路口值班人员及过往行人，从而大大的提高了路口安全性以及保障性。
2.1传感器的选择传感器的主要部件是以AT8951单片机为主，进行的报警系统的研究设计，然后就是对所在系统进行保护设计。
因为道路环境以及自然环境条件比较恶劣，所以对传感器的各种抗性要求都是非常苛刻的。
针对于这些要求和条件，凸出极磁电式轨道传感器最为适合作为该系统的传感器。
其工作原理为：法拉第电磁感应定律有此：E=一N半d 0／dt。
2.2传感器使用和安装安装需要考虑因素有：在系统设计时传感器到铁轨的高37毫米，只放车辆的情况下，高度调整到34毫米。
单片机系统对于速度的测试，要求共两点第一关于传感器的安装位置要求在触发器的两端，第二传两个感器的距离是一个固定值S）。
原理如图2．1所示。
图2.1 测速原理2.3传感器输出信号处理的电路设计2.3.1 设计原则及方案输出信号是包括车轮信息以及故障信息两种相加的一种复合模拟信号。
信号经过相应的处理，采及能够让获得的各种信号源转化为相应的开关量，才能够实现数字电路控制的目的。
根据信号以及系统的要求，根据要求可以确定设计原则。
信号处理电路必须要完成的功能：1)使复合信号里面的车轮信号分离，并且要求整形为脉冲信号；2)分离的复合信号里面需要有故障信息；3)彻底滤波是针对颤动信号4)对传感器传输的干扰信号加工；5)隔离内以及外地。
传感器输出信号电路设计如图2．2所示。
2.3.2 信号输入级设计系统对信号输入级要求是非常严格的，首先是测出来车信号瞬时变化以及记录，其次可以记录连续信号电平的变化情况。
因此采用如上图所用的信号处理电路：VI=(RI+RCG)／(RpI+RI+RcG)·V+=(o．51+0．83)／(22+0．51+0．83)×5=0．287 V如果传感器CG断线，则使得vI转变成V+5V，断线检测的基础就因此可以确立。
系统的连续工作时，应该连续不停的检测所有373的输入端，只要发现连续10秒的低电，就可以判断为断线。
2.3.3 信号整形级所选用芯片[1]选用74HC245芯片。
单片机是具有一定的负载能力的，要是超载的情况下，就需要增加驱动器。
该芯片系列的逻辑、端排列和74LS系列是相同的。
工作速度也是和74LS 亦接近。
74HC系列还具有其他的抗过载能力如：噪声高亢度以及驱动负载能力。
74HC 系列属于性价比高的高速低能耗产品；可以从扇出能力上了解，20是属于74LS系列[1]，然而在直流时可以高达1000以上的是74HC系列。
74HC245介绍图2．3：[10]图2.3 74HC245管脚图引出端符号：A………………………………………………A （总线端）B………………………………………………B （总线端）G……………………………三态允许端 (低电平有效) DIR……………………………………………方向控制端引脚定义说明如下：第1引脚dir，端口输入输出量的转换，当dir=“1”则发生高电平时信号由A到B 的输出过程，当dir=“0”则发生低电平时信号由B到A输出过程；第2-9引脚“A”信号端口功能输入输出，如果dir=“0”G=“0”则信号输入输出端口B0入A0出，其它端口类同；第11．18引脚“B”信号端口，功能与“A”端相同；第10引脚GND，作为电源地；第20引脚VCC，作为电源正极【11,12】。
2.3.4 光电隔离的技术及其应用各种信号的之间存在一定的干扰信号时不可以避免掉的，为了保证数据的正确性和唯一性，所以在电路设计技术中我们选择采用，光电隔离技术来达到我们既定的目标即是数据的准确性，这样就能有效的避免干扰信号所带来的影响。
光电隔离技术所采用的光电耦合器是一种完全对称的模拟性光电隔离TLP521．4型。
他具有以下特点：内部共有光电耦合器4个在物理性质方面几个他们性能都是非常优越的不论重复性还是耦合性，线性度也是非常好的，工作的情况下基本可以完全消除地面抗性的干扰。
2.3.5 锁存的通级设计在接受到相应的中断信号后CPU也会对信号的发源做出相应的判断。
为了判定是哪个传感器发出的中断信号系统采用了锁存电路分别由74HC373、74HC30、74HC02组成，在这种情况下锁存器的输出会自动的与数据总线再次相接，然后CPU接收到数据信号通过74LSl38译码按照优先级会依次选择通各锁存器，从P 0 121开始进行数据的读入，所得到的数据就可以判断是哪个传感器所发生的中断数据。
关于中断信号的选着也有其标准在太宽的情况下不能正常运行太窄的话对于数据反馈会受到影响。
对于宽度选取的条件如下标准：T=RC=12kO×4700pf-5s芯片的使用进行简要介绍。
[10]74 hc30 HC373， lsl38 HC02，74系列常用的产品。
◆74xx(标准型)；◆74LSxx(低功耗肖特基)；◆74Sxx(肖特基)；◆74ASxx(先进肖特基)；◆74Fxx(高速1)。
9类74大系列产品，只要后面的标签是一样的，它的逻辑功能和引脚排列在同一。
用户应根据不同条件和不同类型的74系列产品的需求选择。
1)74HC37374 HC373 8 D触发器具有三态缓冲输出（锁存允许输入回送功能），在单片机系统中常用的地址锁存和出口扩张。
74 HC373引脚图如图2.4所示。
1D．8D…………………………………数据输入端1Q．8Q…………………………………数据输出端VCC……………………………………电源GND……………………………………地图2.4 74HC373管脚图2)74HC30管脚如图2．5所示图2.5 74HC30管脚图引出端符号说明A．H…………………………………数据输入端Y………………………………………数据输出端VCC……………………………………电源GND……………………………………地3)74HC0274HC02管脚如图2．6所示。
图2.6 74HC02管脚图引出端符号说明[10]A………………………………………数据输入端B………………………………………数据输入端Y………………………………………数据输出端VCC………………………………………电源GND………………………………………地4)74HC138各个端口引脚：[10]A B C………………………………………输入端：有效地址的输入CS0……………………………………………选通端CSl、CS2……………………………………选通端(在低电时有效) Y0．Y7………………………………………输出端(在低电时有效) VCC…………………………………………电源GND…………………………………………地图2.7 74HC138管脚图2.4系统电路的设计[10]2.4.1 设计原则和方案设计的主要原则：第一是稳定性强可靠性好，和第二，操作简单，第三是制作成本合适。
关于核心电路的设计，应该能可以达到对速度的计算，设备技术成熟，运行相对平稳，同时经济成本也适中，整个系统。
为了提高生产能力，制定切实可行的安全。
图2．8单片机接线设计图2.4.2 AT89C51单片机简介[2]MCS 51单片机是1980推出的英特尔产品，已经超过10种产品在市场热销，可以被分为51和52系列。
他们的区别在于：切片数据存储256字节。
在8 kb的芯片程序存储器的增加。
5系列的典型产品有8031，8051和8751个通用的产品，如他们的指令系统完全兼容芯片引脚。
1)主要特性：[10]●与MCS 51兼容●4K字节可编程闪存●寿命：1000次/写周期●数据保留时间：10年●静态工作：所有零赫兹。
24赫兹●水平3程序内存锁定●“128”内部RAM ●编程线数：32个I / O 线 ●两个16位定时器／计数器 ●5个中断源●在低功耗模式的电力低怠速和损失图2.7 74HC138管脚图2)管脚说明：[3] [10]①VCC ：供电电压。
②GND ：接地端。
③P3口：P3口八引脚是内部上拉电阻与双向I / O 端口，接收多个电流输出四1 ]。
当P3后写一个“1”，他们都是高水平的内部上拉，并作为输入端口。
作为输入，由于外部条件的低水平，P3将输出电流，这是由于内部上拉。
表2.1 P3口功能表外部数据储存器读选通外部数据储存器写选通计时器1外部输入计时器0外部输入外部中断1外部中断0串行输出口串行输入口备选功能管脚口2.4.3 信号输入输出单片机方式通过P1口输出功能，并且打印输出，通过P0口出来显示数据，还是P3作为控制线。
使用CPU 传感器信号输入中断1外部中断，CPU 的接收中断的应用，反过来，从4 373锁存器读取数据，并从传感器的信号确定。
随着查询方法8279键盘输入，并显示的CPU 8279在一个时间数据。
74 hcl38 p2.5。
P2.7解码，选不同的芯片。
如表2.2所示，选通地址表。
表2.2 74HC138 选通地址表看门狗电路信号373-4信号373-3信号373-2信号373-1地址空闲选通74HC138输出2.4.4 键盘显示芯片8279管脚介绍键盘输入：首先是自动扫描完成以后将会是自动连接到键盘或矩阵组成的传感器，信息被录入，然后显示出输出数据通过led 数码管显示。
1）8279引脚引线及功能描述8279为40列引脚封装，如图2.10所示。
图2.10 8279管脚图2.5键盘输入电路的设计2.5.1单片机定时／计数的功能在实时控制系统，经常需有实现实时时钟的时间或时间延迟控制，也常常需要有外界的事件进行计数。