铁路道口报警及控制系统设计

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)74HC373

74 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