摘  要: 基于MCS-51單片機(jī)的一種列車測速與報警系統(tǒng),對其功能、硬件結(jié)構(gòu)、列車測速電路及系統(tǒng)軟件等進(jìn)行了詳細(xì)討論。

　　關(guān)鍵詞: 列車測速  報警系統(tǒng)  語音發(fā)送  單片機(jī)

　　隨著鐵路路況的改善以及列車性能的提高,近年來列車已經(jīng)大幅度提速。列車提速后帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。但高速行駛的列車卻給鐵路維護(hù)帶來不便,在施工路段因列車減速不夠或沒有減速而造成路面損壞、人身事故時有發(fā)生。因此,有必要研制一種列車測速與報警系統(tǒng),在離施工現(xiàn)場一定距離處,安裝兩套這樣的裝置。當(dāng)列車經(jīng)過測速傳感器時,系統(tǒng)測得列車通過的時速,通過無線發(fā)射臺,將列車的時速傳送給列車司機(jī)以及施工現(xiàn)場的工人,司機(jī)收到語音提示后開始減速,以安全通過施工現(xiàn)場,避免事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)功能

　　(1)列車經(jīng)過傳感器時,系統(tǒng)測速并把測速結(jié)果通過無線語音發(fā)射臺發(fā)送給列車司機(jī)和路段施工人員,提醒司機(jī)減速至規(guī)定時速,并提示路段施工人員注意安全,提示信號直至列車安全通過時才撤消。(2)記錄和顯示列車通過的時間、上行/下行指示、通過時的速度。(3)保存24小時內(nèi)所有通過列車的有關(guān)信息。(4)具有查詢和選擇打印的功能。(5)通過RS232C接口,可以將系統(tǒng)所記錄的信息讀入個人計算機(jī)進(jìn)行處理。(6)監(jiān)測電源電壓,低壓報警。

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合,內(nèi)置8KB ROM,屬OTP型芯片。開發(fā)期間用AT89C52代替,便于重復(fù)擦寫。產(chǎn)品定型后,再換用97L52芯片,加密寫入后,無法解密,可防軟件被盜版。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　由于該測速系統(tǒng)為便攜式,野外工作時,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、看門狗電路以及低壓檢測電路。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點陣的LCD。矩陣鍵盤和信息的打印輸出由并行接口8255A管理。

　　列車通過時,系統(tǒng)調(diào)用實時時鐘,記錄列車通過的時間(年、月、日、時、分、秒等信息)。實時時鐘電路采用DALLAS公司生產(chǎn)的專用時鐘芯片DS1302,它與CPU連接只需三根線。

　　列車通過時的有關(guān)信息存儲在32KB數(shù)據(jù)存儲器62256中。設(shè)置掉電保護(hù)電路,保證斷電時數(shù)據(jù)不丟失。

　　系統(tǒng)采用ISD1420語音芯片錄放語音信息,時間最長20秒。事先將需要的語音錄入指定的段,使用時調(diào)用不同的段地址進(jìn)行組合,即可實現(xiàn)語音的合成。ISD1420芯片由并行接口8255A控制,它輸出的語音信號經(jīng)小型發(fā)射臺發(fā)射出去,由列車上和施工段相應(yīng)的無線接收裝置進(jìn)行接收。

　　個人計算機(jī)通過MAX232串行接口從系統(tǒng)中讀取信息進(jìn)行處理。

3  列車測速電路

3.1 測速傳感器的工作原理

　　測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)定的高頻信號電源。當(dāng)車輪未接近渦流傳感器時,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,此時產(chǎn)生諧振,輸出電壓u最大;當(dāng)車輪接近渦流傳感器時,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的動態(tài)變化信息,即當(dāng)δ=∞(車輪未接近)時,u(t)=u_max;當(dāng)δ=δ₀(車輪靠近)時,u(t)=u₀。經(jīng)過濾波整形后,將車輪未靠近時的輸出u_max轉(zhuǎn)換為+5V信號,而將車輪靠近傳感器時的u0轉(zhuǎn)換為0V信號。這樣,只要檢測輸出的TTL信號的低或高,就可以確定車輪有沒有接近傳感器。

3.2 測速的方法

　　只用一只渦流傳感器無法測得列車行駛的速度。本系統(tǒng)采用二只傳感器,其布置如圖3所示。二只傳感器的編號為1#、2#,沿著鐵軌的長度方向隔開27cm安裝。列車上行時,車頭的前輪先靠近1#測頭,電路發(fā)出一個負(fù)脈沖信號(該負(fù)脈沖信號一直等到列車完全通過時才結(jié)束),經(jīng)過時間Δt1后,前輪靠近2#測頭,電路又發(fā)出1個負(fù)脈沖。CPU檢測二個負(fù)脈沖之間的時間間隔Δt1(μs),即可算出時速V=(27×10^-2×10^-3)/(Δt×10^-6/3600)(千米/小時)。待CPU檢測第一個負(fù)脈沖低電平維持的時間Δt2,即可算出列車通過時所占的時間。

　　當(dāng)列車下行時,車頭前輪先靠近2#測頭,后靠近1#測頭,測速方法同列車上行時。

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),用戶可以通過操作面板的按鍵進(jìn)行切換。五種工作狀態(tài)分別為測速發(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)測速軟件

　　設(shè)1#測頭拾取的信號送到97L52 CPU的P1.0引腳,2#測頭拾取的信號送到P1.1引腳,則系統(tǒng)的測速軟件流程如圖5所示。

5  結(jié)束語

　　本文介紹的列車測速報警系統(tǒng)已經(jīng)在鐵路施工現(xiàn)場投入使用。試用結(jié)果表明,該系統(tǒng)測速誤差在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,列車司機(jī)可以及時減速,保護(hù)了施工路面,保證了工人的人身及列車本身的安全。因此,該系統(tǒng)在鐵路部門具有一定的推廣使用價值。

參考文獻(xiàn)

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