摘 要: 基于MCS-51單片機(jī)的一種列車(chē)測(cè)速與報(bào)警系統(tǒng),對(duì)其功能、硬件結(jié)構(gòu)、列車(chē)測(cè)速電路及系統(tǒng)軟件等進(jìn)行了詳細(xì)討論。
關(guān)鍵詞: 列車(chē)測(cè)速 報(bào)警系統(tǒng) 語(yǔ)音發(fā)送 單片機(jī)
隨著鐵路路況的改善以及列車(chē)性能的提高,近年來(lái)列車(chē)已經(jīng)大幅度提速。列車(chē)提速后帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。但高速行駛的列車(chē)卻給鐵路維護(hù)帶來(lái)不便,在施工路段因列車(chē)減速不夠或沒(méi)有減速而造成路面損壞、人身事故時(shí)有發(fā)生。因此,有必要研制一種列車(chē)測(cè)速與報(bào)警系統(tǒng),在離施工現(xiàn)場(chǎng)一定距離處,安裝兩套這樣的裝置。當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)測(cè)速傳感器時(shí),系統(tǒng)測(cè)得列車(chē)通過(guò)的時(shí)速,通過(guò)無(wú)線發(fā)射臺(tái),將列車(chē)的時(shí)速傳送給列車(chē)司機(jī)以及施工現(xiàn)場(chǎng)的工人,司機(jī)收到語(yǔ)音提示后開(kāi)始減速,以安全通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng),避免事故的發(fā)生。
1 系統(tǒng)功能
(1)列車(chē)經(jīng)過(guò)傳感器時(shí),系統(tǒng)測(cè)速并把測(cè)速結(jié)果通過(guò)無(wú)線語(yǔ)音發(fā)射臺(tái)發(fā)送給列車(chē)司機(jī)和路段施工人員,提醒司機(jī)減速至規(guī)定時(shí)速,并提示路段施工人員注意安全,提示信號(hào)直至列車(chē)安全通過(guò)時(shí)才撤消。(2)記錄和顯示列車(chē)通過(guò)的時(shí)間、上行/下行指示、通過(guò)時(shí)的速度。(3)保存24小時(shí)內(nèi)所有通過(guò)列車(chē)的有關(guān)信息。(4)具有查詢和選擇打印的功能。(5)通過(guò)RS232C接口,可以將系統(tǒng)所記錄的信息讀入個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。(6)監(jiān)測(cè)電源電壓,低壓報(bào)警。
2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的CPU采用MCS-51系列的GMS97L52單片機(jī)。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(chǎng)合,內(nèi)置8KB ROM,屬OTP型芯片。開(kāi)發(fā)期間用AT89C52代替,便于重復(fù)擦寫(xiě)。產(chǎn)品定型后,再換用97L52芯片,加密寫(xiě)入后,無(wú)法解密,可防軟件被盜版。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
由于該測(cè)速系統(tǒng)為便攜式,野外工作時(shí),采用蓄電池作為電源,因此,有必要設(shè)置一套可靠的復(fù)位電路、看門(mén)狗電路以及低壓檢測(cè)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(diǎn)陣的LCD。矩陣鍵盤(pán)和信息的打印輸出由并行接口8255A管理。
列車(chē)通過(guò)時(shí),系統(tǒng)調(diào)用實(shí)時(shí)時(shí)鐘,記錄列車(chē)通過(guò)的時(shí)間(年、月、日、時(shí)、分、秒等信息)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用DALLAS公司生產(chǎn)的專(zhuān)用時(shí)鐘芯片DS1302,它與CPU連接只需三根線。
列車(chē)通過(guò)時(shí)的有關(guān)信息存儲(chǔ)在32KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256中。設(shè)置掉電保護(hù)電路,保證斷電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失。
系統(tǒng)采用ISD1420語(yǔ)音芯片錄放語(yǔ)音信息,時(shí)間最長(zhǎng)20秒。事先將需要的語(yǔ)音錄入指定的段,使用時(shí)調(diào)用不同的段地址進(jìn)行組合,即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的合成。ISD1420芯片由并行接口8255A控制,它輸出的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)小型發(fā)射臺(tái)發(fā)射出去,由列車(chē)上和施工段相應(yīng)的無(wú)線接收裝置進(jìn)行接收。
個(gè)人計(jì)算機(jī)通過(guò)MAX232串行接口從系統(tǒng)中讀取信息進(jìn)行處理。
3 列車(chē)測(cè)速電路
3.1 測(cè)速傳感器的工作原理
測(cè)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(hào)電源。當(dāng)車(chē)輪未接近渦流傳感器時(shí),δ=∞,在電路中選擇適當(dāng)?shù)碾娙軨,可使諧振頻率f與振蕩器頻率相同,此時(shí)產(chǎn)生諧振,輸出電壓u最大;當(dāng)車(chē)輪接近渦流傳感器時(shí),傳感器線圈的阻抗隨δ而改變,導(dǎo)致LC回路失諧,輸出信號(hào)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(dāng)于一個(gè)調(diào)幅波,此調(diào)幅波經(jīng)放大、檢波、濾波后即可以得到氣隙δ的動(dòng)態(tài)變化信息,即當(dāng)δ=∞(車(chē)輪未接近)時(shí),u(t)=umax;當(dāng)δ=δ0(車(chē)輪靠近)時(shí),u(t)=u0。經(jīng)過(guò)濾波整形后,將車(chē)輪未靠近時(shí)的輸出umax轉(zhuǎn)換為+5V信號(hào),而將車(chē)輪靠近傳感器時(shí)的u0轉(zhuǎn)換為0V信號(hào)。這樣,只要檢測(cè)輸出的TTL信號(hào)的低或高,就可以確定車(chē)輪有沒(méi)有接近傳感器。
3.2 測(cè)速的方法
只用一只渦流傳感器無(wú)法測(cè)得列車(chē)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(hào)為1#、2#,沿著鐵軌的長(zhǎng)度方向隔開(kāi)27cm安裝。列車(chē)上行時(shí),車(chē)頭的前輪先靠近1#測(cè)頭,電路發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)(該負(fù)脈沖信號(hào)一直等到列車(chē)完全通過(guò)時(shí)才結(jié)束),經(jīng)過(guò)時(shí)間Δt1后,前輪靠近2#測(cè)頭,電路又發(fā)出1個(gè)負(fù)脈沖。CPU檢測(cè)二個(gè)負(fù)脈沖之間的時(shí)間間隔Δt1(μs),即可算出時(shí)速V=(27×10-2×10-3)/(Δt×10-6/3600)(千米/小時(shí))。待CPU檢測(cè)第一個(gè)負(fù)脈沖低電平維持的時(shí)間Δt2,即可算出列車(chē)通過(guò)時(shí)所占的時(shí)間。
當(dāng)列車(chē)下行時(shí),車(chē)頭前輪先靠近2#測(cè)頭,后靠近1#測(cè)頭,測(cè)速方法同列車(chē)上行時(shí)。
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(guò)操作面板的按鍵進(jìn)行切換。五種工作狀態(tài)分別為測(cè)速發(fā)射、參數(shù)設(shè)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(cè)速軟件
設(shè)1#測(cè)頭拾取的信號(hào)送到97L52 CPU的P1.0引腳,2#測(cè)頭拾取的信號(hào)送到P1.1引腳,則系統(tǒng)的測(cè)速軟件流程如圖5所示。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的列車(chē)測(cè)速報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)在鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)投入使用。試用結(jié)果表明,該系統(tǒng)測(cè)速誤差在2%之內(nèi),工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強(qiáng)。使用該系統(tǒng)后,列車(chē)司機(jī)可以及時(shí)減速,保護(hù)了施工路面,保證了工人的人身及列車(chē)本身的安全。因此,該系統(tǒng)在鐵路部門(mén)具有一定的推廣使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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