列车测速报警系统的研制

列车测速报警系统的研制

摘要: 基于MCS-51单片机的一种列车测速与报警系统,对其功能、硬件结构、列车测速电路及系统软件等进行了详细讨论。

关键词: 列车测速报警系统语音发送单片机

随着铁路路况的改善以及列车性能的提高,近年来列车已经大幅度提速。列车提速后带来的经济效益和社会效益十分显著。但高速行驶的列车却给铁路维护带来不便,在施工路段因列车减速不够或没有减速而造成路面损坏、人身事故时有发生。因此,有必要研制一种列车测速与报警系统,在离施工现场一定距离处,安装两套这样的装置。当列车经过测速传感器时,系统测得列车通过的时速,通过无线发射台,将列车的时速传送给列车司机以及施工现场的工人,司机收到语音提示后开始减速,以安全通过施工现场,避免事故的发生。

1 系统功能

(1)列车经过传感器时,系统测速并把测速结果通过无线语音发射台发送给列车司机和路段施工人员,提醒司机减速至规定时速,并提示路段施工人员注意安全,提示信号直至列车安全通过时才撤消。(2)记录和显示列车通过的时间、上行/下行指示、通过时的速度。(3)保存24小时内所有通过列车的有关信息。(4)具有查询和选择打印的功能。(5)通过RS232C接口,可以将系统所记录的信息读入个人计算机进行处理。(6)监测电源电压,低压报警。

2 系统的硬件结构

本系统的CPU采用MCS-51系列的GMS97L52单片机。该CPU为低电压、低功耗型,适合系统用干电池或蓄电池供电的场合,内置8KB ROM,属OTP型芯片。开发期间用AT89C52代替,便于重复擦写。产品定型后,再换用97L52芯片,加密写入后,无法解密,可防软件被盗版。系统的硬件结构框图。

由于该测速系统为便携式,野外工作时,采用蓄电池作为电源,因此,有必要设置一套可靠的复位电路、看门狗电路以及低压检测电路。系统采用MAXIM公司的MAX708作为CPU的监控器,以保证系统可靠地工作。

显示界面采用128×64点阵的LCD。矩阵键盘和信息的打印输出由并行接口8255A 管理。

列车通过时,系统调用实时时钟,记录列车通过的时间(年、月、日、时、分、秒等信息)。实时时钟电路采用DALLAS公司生产的专用时钟芯片DS1302,它与CPU连接只需三根线。

列车通过时的有关信息存储在32KB数据存储器62256中。设置掉电保护电路,保证断电时数据不丢失。

系统采用ISD1420语音芯片录放语音信息,时间最长20秒。事先将需要的语音录入指定的段,使用时调用不同的段地址进行组合,即可实现语音的合成。ISD1420芯片由并行接口8255A控制,它输出的语音信号经小型发射台发射出去,由列车上和施工段相应的无线接收装置进行接收。

个人计算机通过MAX232串行接口从系统中读取信息进行处理。

3 列车测速电路

3.1 测速传感器的工作原理

测速传感器采用高频反射式涡流传感器,工作原理。传感器的线圈L和电容C组成并联谐振回路,其谐振频率。

电路中由振荡器提供稳定的高频信号电源。当车轮未接近涡流传感器时,δ=∞,在电路中选择适当的电容C,可使谐振频率f与振荡器频率相同,此时产生谐振,输出电压u最大;当车轮接近涡流传感器时,传感器线圈的阻抗随δ而改变,导致LC回路失谐,输出信号u(t)频率虽然仍为振荡器的工作频率,但幅值随δ而变化。δ相当于一个调幅波,此调幅波经放大、检波、滤波后即可以得到气隙δ的动态变化信息,即当δ=∞(车轮未接近)时,u(t)=umax;当δ=δ0(车轮靠近)时,u(t)=u0。经过滤波整形后,将车轮未靠近时的输出umax转换为+5V信号,而将车轮靠近传感器时的u0转换为0V信号。这样,只要检测输出的TTL信号的低或高,就可以确定车轮有没有接近传感器。

3.2 测速的方法

只用一只涡流传感器无法测得列车行驶的速度。本系统采用二只传感器,其布置。二只传感器的编号为1#、2#,沿着铁轨的长度方向隔开27cm安装。列车上行时,车头的前轮先靠近1#测头,电路发出一个负脉冲信号(该负脉冲信号一直等到列车完全通过时才结束),经过时间Δt1后,前轮靠近2#测头,电路又发出1个负脉冲。CPU检测二个负脉冲之间的时间间隔Δt1(μs),即可算出时速V=(27×10-2×10-3)/(Δt×10-6/3600)(千米/小时)。待CPU检测第一个负脉冲低电平维持的时间Δt2,即可算出列车通过时所占的时间。

当列车下行时,车头前轮先靠近2#测头,后靠近1#测头,测速方法同列车上行时。

4 系统软件

4.1 系统监控软件

本系统有五种工作状态,用户可以通过操作面板的按键进行切换。五种工作状态分别为测速发射、参数设置、资料查询、打印输出和通信。系统的监控软件流程。

4.2 系统测速软件

设1#测头拾取的信号送到97L52 CPU的P1.0引脚,2#测头拾取的信号送到P1.1引脚,则系统的测速软件流程。

5 结束语

本文介绍的列车测速报警系统已经在铁路施工现场投入使用。试用结果表明,该系统测速误差在2%之内,工作稳定可靠,抗干扰能力强。使用该系统后,列车司机可以及时减速,保护了施工路面,保证了工人的人身及列车本身的安全。因此,该系统在铁路部门具有一定的推广使用价值。