电力机车弯道速度遥控—接收报警系统.doc

河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：电力机车弯道速度遥控接收报警系统学生姓名： 梁长城所在院系： 机电学院所学专业： 应用电子技术教育导师姓名： 杨天明 完成时间：2009 年 5月 28日摘 要本课题以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的接收报警系统进行了详细的介绍。接收报警装置是以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。关键词：电力机车，弯道速度，语音电路，无线遥控，单片机Electric Locomotives Curve Speed ControlingReceiving And Alarm SystemAbstract This topic takes single-chip receiver controling system, which is a core of the lastest curve speed remote controling system of electric locomotives, as a center. It takes signal sending, receiving, prompting and alarm systems as a secondary. This topic is a design of the signal launching system, signal reception system, single-chip receiver controling system and receiving-alarm system of the curve speed remote controling technology of electric locomotives. This topic focuses on the receiving-alarm system in detailed introduction. It takes high quality monolithic pronunciation recording and sending-out electric circuit as pronunciation alarm system. According to the different position coded signal which microcontroller receives, installations issueds pronunciation alarm signals. Keywords: Electric locomotives, Curve speed, Pronunciation electric circuit, Wireless remote control, Microcontroller 目 录1 绪论11.1 国内外研究综述11.2设计理论基础12系统总体方案22.1报警装置的安装位置22.2位置传感器的选择22.3报警信号电路方案22.4弯道报警装置的工作过程22.5总方框图23报警电路33.1 555定时器43.2报警硬件组成43.3报警信号采集54报警信号发射电路74.1前级功率放大器74.2末级功率放大器84.2.1工作状态的选取94.2.2末级功放参数的计算94.2.3功放管的选取104.2.4集电极电源电路和基极偏置电路104.3匹配网络104.4直流稳压电源125其他部分电路125.1发射电路125.2接收电路135.3单片机系统电路及程序145.3.1 AT89C2051单片机145.3.2 AT89C2051最小系统145.3.3 单片机控制报警电路156结束语15致谢15参考文献16附录171 绪论2008年4月28日，由北京开往青岛的T195次旅客列车在运行至山东境内胶济线上突然脱线颠覆，列车第9至第17节车厢在弯道处脱轨的严重事故。随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导，电力机车的发展取得了巨大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复杂的地区，弯道运行容易出现脱轨事故。因此，列车安全问题被摆在了首要位置。在综合安全和效率的同时，弯道速度遥控技术便被提上日程。在电力机车弯道速度遥控系统中，报警系统是重要一环。它直接关系到电力机车进入弯道以后的安全问题。特别是出现故障时，该系统作出及时报警，提醒机车驾驶员快速制动，就能避免事故的发生。把乘客的生命财产损失降到最低程度。在安全的基础上科学的提高机车速度，就可以节省时间和燃料，提高列车运行效率。1.1国内外研究综述电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。但是根据网络资源以及相关资料调查，类似本课题的项目在国内外还没有什么研究成果。本文设计的的接收报警装置是以MCS-51系列单片机为核心,采用无线遥控发射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。该装置具有结构简单，便于维护，操作方便，适应性强等优点。列车驾驶室安装上此装置后，就能迅速得知机车的运行现状并立即作出反应。基本上实现了智能化，更人性化。1.2设计理论基础该报警装置是以MCS-51系列单片机为核心,采用无线遥控发射一接收元件作为机车到达弯、岔道的检测元件,以优质单片语音录放电路作为语音报警系统,由单片机根据接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警.系统的具体设计要求为：1.电力机车弯道速度遥控系统电子控制线路的各个电路模块，电子器件组成及参数设置；2.主要设计报警控制系统的电子线路，分析其控制原理；3.要求报警信号发射辐射100公里；4.设计的报警系统要与整个弯道速度遥控系统相配合，共同完成控制功能； 5.完成整个系统线路的调试工作。2 系统总体方案2.1报警装置的安装位置 为了能实现电机车将到弯道时对司机的报警，最佳实现是在电机车内由语音系统对司机直接报警。2.2位置传感器的选择 位置检测传感器的最佳选择是选用无接触传感器。对红外传感器和无线电遥控传感器都进行了实验研究对比，最终决定选用无线电遥控传感器。2.3报警信号电路方案过去的语音播放是采用录音机，但这种方式只适合连续式播放，不适合选择性播放。现在随着大规模集成电路技术的发展及语音合成技术的进步，出现了很多类语音芯片，其中有一类价格低，使用方便的单片录放型语音芯片，它非常适合于非专业音质要求的场合。由简易的单电压功放电路即可驱动喇叭放出清晰的声音，非常适用。本课题选用了555微型单片语音芯片及辅助电路组成报警信号的载体.2.4弯道报警装置的工作过程报警装置的发射传感器经编码设置后安装在弯道处，供电电源取自电网，报警信号发射功率应足够大，保证发射信号辐射范围100公里。接收传感器有效接收范围半径50公里。当电机车行驶到距离弯道100公里处时，安装于电机车上的接收传感器就可接收到无线电编码信息，经控制器处理后接通相应的语音通道，发出触发信号，使相应的语音信息由喇叭播放出来，提醒电机车驾驶员，促使驾驶员立即采取相应措施，减速保证电机车的安全运行。弯道集成无线遥控发射系统电源单片机AT89C2051无线遥控接收系统555定时器报警信号发射电路功放电路和扬声器图1 总方框图2.5总方框图根据以上对组成整个控制系统的各个功能模块大致的分析，可以初步确定系统的总方框图。如图1所示。其中各个模块功能：弯道集成无线遥控发射系统安装于距离弯道100公里处，通过传感器获得列车将要到达弯道的信号，并通过此处的信号发射系统向机车发出信号；无线遥控接收系统在收到信号后，经处理送给AT89C2051单片机系统；单片机系统向报警系统发出报警控制信号；报警系统开始报警，扬声器发出响声，同时报警信号发射电路通过功放电路和选频网络把报警信号发射出去，提醒列车驾驶员及弯道附近人们机车将要通过弯道，确保了机车的安全运行。3 报警电路声光报警电路由单片机P3.7口控制，输出报警信号(高低电平间隔1s的脉冲信号)，驱动声光报警电路，直至按复位键RESET和开关键。声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图2所示。图2 报警电路其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端5脚与单片机AT89C2051的P3.7端相连，受P3.7脚输出的脉冲信号控制。由电容C4的充冲放电作用，当P3.71时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P3.70时，555输出脉冲的振荡频率较高。该脉冲信号经隔置电容C2加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的两种叫声，同时P3.7脚输出的高低电平间隔1s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。3.1 555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V-16V工作，7555可在3-18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图3所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。图3 555内部结构及引脚555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端 TR的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为1，可使 RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。3.2报警硬件组成报警器硬件部分如图4所示的8个基本部件组成，可分为2个模块。其中，传感器、信号调制电路和AD转换电路组成信号采集模块。电力机车将要到达弯道的信号通过传感器转换为电信号，在信号调制电路中将信号放大，滤波，再经AD转换电路将模拟信号转换为数字信号。另一个模块是报警器主体模块，由单片机和声光报警系统、GM16C550串行端口扩展芯片和RS 232电平转换电路组成。单片机控制实现声光报警功能。GM16C550串行端口扩展芯片和RS 232电平转换电路与单片机一起实现报警器经Modem与机车操作系统的通信，使机车驾驶人员能够对机车的情况及时处理，进行限速控制。声光信息传感器信号调制电路A/D转换电路单片机AT89C2051电平转换（RS232）Modem报 警系 统GM16C550图4 报警系统及单片机3.3报警信号采集 在本设计中选择把声音和红外线作为采集信号，所以用集成声音传感器PS2109和红外传感器BH用作采集系统的敏感元件。数据采集模块的电路图如图5所示，AD转换电路采用常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809. ADC0809：ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。主要特性：8路8位AD转换器，即分辨率8位;具有转换起停控制端;转换时间为100s; 单个5V电源供电;模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准;工作温度范围为-4085摄氏度;低功耗，约15mW。引脚功能: ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能: IN0IN7：8路模拟量输入端; 2128：8位数字量输出端;ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路;ALE：地址锁存允许信号，输入,高电平有效; START： AD转换启动信号，输入,高电平有效; EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）; 图5 ADC0809OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量;CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz; REF（+）、REF（-）：基准电压; Vcc：电源，5V; GND：地。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。数据采集系统中，均是以总线方式来扩展各功能部件，如A/D转换器、程序存储器、数据存储器、日历/时钟器件、显示器件及微型打印机等，由三总线方式构成数据采集系统。声音、红外线传感器的输出端分别接到图5 ADC0809的IN0和IN1。由图6可知ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.70时，与写信号WR共同选通ADC0809。图6中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，当输出地址为7FF8H即可选通通道IN0，实现对声音传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H即可选通道IN1，实现对红外线传感器输出的模拟量进行转换。图6中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当AD转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。 P0 ALTAT89C2051 INT1 WR P2.7 RDLCK AD0D7 B CADC0809 V+ VSTALE OE 74LS3731/21图6 单片机数据采集过程4 报警信号发射电路 报警信号发射电路由高频功率放大器以及选频网络及附属电路组成，其目的是选出固定频率的报警信号并进行幅度放大和功率放大，使其尽可能避免邻道频段的干扰，减小失真。通过幅度放大和功率放大，使报警信号覆盖范围足够广。如图7所示。4.1前级功率放大器 前置功放单元是由三个功率放大晶体管组成的三级宽带放大器构成，具体电路见图7所示。这三级总增益约30dB，输出功率1520W。第一级由输入匹配网路和VT1(FA531)及其直流偏置电路组成。输入匹配网路由C1、C2、L1、C3、C4组成型低通滤波型阻抗变换器，它不但使输入端50阻抗与第一级晶体管的基极阻抗（低阻抗，小于50）相匹配而且有抑制高次谐波的作用，调整C2可以达到宽带匹配，同时C1和C2对输入信号起分压作用。YA531工作在甲类状态，EQ1和EQ2为退耦元件，目的是通直流和去除高频交流，以减少交流通过电源引起相互串扰。 第二级由VT2（3DA92C）功放管及前后级间匹配网路、直流偏置电路组成，工作在甲乙类。C14、L3、R6、C15、C17组成级间匹配网路，使第一级输出阻抗变换到第二级输入阻抗，从而达到匹配，同时C14和C17也其分压作用。L3、R6、C15、C16组成吸收回路，滤出87MHz以下的残波。R7串在基极回路内以防止寄生震荡。 第三级由VT3(3DA825C)功放管及级间匹配网络及直流偏置电路组成。工作在乙类状态。级间耦合匹配网络由C27、L5、C28、C29、L6组成，这是一节T型低通滤波器阻抗变换器，调频信号经3DA825C放大后，分两路:一路经输出匹配网络到末级功放；另一路从VT3e极取样经R16送至测量开关，用做电流测量，正常工作时电流在1.21.7A之间。输出匹配网络由L8、C43、C44、C45、C46组成，这是一节型低通滤波器的阻抗变换器。C44也用来调节宽带匹配。 图7 高频功率放大器（前置功放） 前置盒三级功放中的基极直流偏置电路形式一样，均为并联馈电方式。为使晶体管工作在甲类或乙类状态，采用分压式供电与发射极共用一个电源。同时考虑减少基极直流外电路对晶体管基极输入阻抗的影响。在分压供电外电路中串入高频阻流圈，对直流供电提供通路，而对高频电流供电电路相当于开路，减少高频电流对电源的窜扰。 应该指出：如果三级均调谐在某一个频点上（例如中心频率0上）是很难满足总带宽要求，必须利用扫描仪进行参差调谐，才能满足总带宽要求。4.2末级功率放大器 末级功放根据输出功率不同，其输出电路不一样，根据广电总局的标准分为30W、50W、100W、300W等等，目前用全固态器件采用功率合成技术可以做到高达30005000W。单管输出功率可达到100300W。如MFR317就可以获得100W的输出功率。本设计采用50W功放，下面分析其工作原理。其输入阻抗为50，电平为50W，阻抗为50。所提供直流电压为24V。原理图如图8所示。图8 末级功率放大器4.2.1工作状态的选取为了提高效率，末级功放一般采用丙类放大，且选取半导通脚为=70°。根据放大器的动态特性，随着信号的加大，动态范围将由放大延伸到饱和区。集电极电流ic将由标准的余弦尖顶脉冲到凹顶脉冲。考虑到凹顶脉冲产生的失真会增大，残波辐射会增加，选取临界状态是比较合适的。这时输出功率较大，集电极效率也高，残波辐射有小。在晶体管功率放大器中，可以从改变激励电压、基极偏压Vbb就可以改变放大器的工作状态的。通过激励电压Vbb就可以改变放大器的工作状态的。4.2.2末级功放参数的计算考虑输出匹配网络和输出滤波器的插入损耗0.3dB，则末级晶体管的实际输出功率要求达到53.6W。作为工程近似计算，可以认为集电极最小瞬时电压为饱和导通压降：Uces=0.7V于是 Uclm=Vcc-Uces=24-0.7=23.3V 其电压利用系数为： 由公式P=U2clm/2Rp得 所以取导通角=700， 0（700）=0.253，1（700）=0.436，g1（700）=1.73，（700）=0.289则 总效率4.2.3功放管的选取末级选取BLW78，基极输入阻抗约为1.5，转换到输入端阻抗为50.根据上述分析，负载阻抗RL=50也要转换为末级所要求的阻抗Rp=5.1。4.2.4集电极电源电路和基极偏置电路对于集电极电源电路，要求调制信号经过放大后不至于使信杂比恶化，所以对电源的波纹要有一定的要求。在供电电路中要考虑把直流回路与基波回路分开，常常采用“并馈”方式。图中L、C用来抑制射频和去耦，使Ico只通过晶体管。对于基极偏置电路一般不采用独立的偏置电路，而采用自给偏置电路。最常用有两种。图中是利用基极电流的直流分量在基区体内阻rbb上产生的偏置电压。由于rbb很小所以偏置电压很小，接近乙类工作状态。所以，利用基极电流的直流分量在R0上产生偏压，调节Rb即可改变通脚，使之满足=70°。4.3匹配网络宽带放大器和窄带放大器没有本质的区别，就晶体管工作状态以及集电极电路、偏置电路等而言，两者是完全一致的，区别仅在于输入、输出电路及级间匹配电路，即要实现宽带放大，必须采用宽带匹配网络。输入、输出匹配电路两者没有实质区别，都是阻抗变换及匹配网络。输入电路就是将晶体管的基极输入阻抗（50W功放管BLW78的基极输入阻抗约在1.5左右）转换到放大管BLW78希望得到的负载电阻（5.1）。在宽带匹配网络中，常采用传输线变压器、多节LC网络、微带等多种形式，前者适用于小功率放大匹配网络，对于大功率放大器，有磁心发热以及体积大等问题，故很少采用。微带匹配网络因篇幅限制，这里不详细介绍，它放到微波电路进行介绍，这里重点介绍多节PL网络。 PL电路有型、型、L型等电路。前两种电路为三个电抗元件。后者为两个元件。在计算这些元件值时要同时满足谐振和阻抗变换两个条件。L型电路只有两个元件，两个要求，所以他的解是唯一的。而型电路、T型电路，在计算元件值除满足以上两个条件外，还必须假设一个回路Q值才能解出三个元件值，因此其解不是唯一的。 若C1=93pF,L2=26.6nH,则构成的匹配网络属窄带网络，难于满足频率从87MHz至108MHz整个频段内都匹配的要求。为了使匹配电路增加带宽，可以采用多节LC网络，使每一级的阻抗匹配变换缓慢以换取带宽特性，例如将一级改为三级，求其变换阻值为：50164.81.5。上述计算方法同样适用于级间匹配网络和输出回路。不过输出回路最后再增加切比雪夫滤波器，主要抑制二次、三次谐波，降低残波辐射，提高频谱纯度。同理可以计算输出回路的匹配网络的元件值。实用电路（通过实验得到的）与上述计算值有较大差异，这是因为上述计算时未考虑分布参数和晶体管的级间电容的影响。在图中8中C6、C7、L1、C8、L1、C9和L3组成输入回路匹配网络；L5、C11、L6、C12、L7和C13组成输出回路匹配网络，C14是隔直电路；C15、L8、C17、L9、C16、C18、L10、C19、C20组成切比雪夫滤波器（低通滤波器），其中C17(18pF)、L9组成二次谐波并联谐振回路（吸收二次谐波成分），C19(12pF),L10组成三次谐波并联谐振回路（吸收三次谐波成分）；ZL、C10、R1构成功放级偏置电路，调整R1的大小改变功放的工作状态，使之在额定功率输出时其导通角为700左右（丙类工作状态）。在这个电路中采用的定向耦合电路是传感器，它提供输出的入射功率和反射功率的测量和控制、保护电压。T是铁氧体电流互感器，工作在宽频带，改变频率不用调整。T用来检测带状线上的电流，而R3和RP1组成分压器将输出带状线的电压分压取样，通过桥式得出相应的入射和反射功率。当只考虑I1时，T次级感应电压是左正右负，使R4上的电压VR4与RP1上的电压VRP1是同相叠加的，经VD1检波后输出与入射功率成正比的直流电压。而R5上的电压VR5与RP1上的电压VRP1是反射叠加的。当调节RP1时使VRP1=VR5时，经VD2检波输出电压为0。同理当考虑IR时，VR5电压与VRP1同相，经TD2检波后，输出一个与反射功率成正比的直流电压。而VR4与VRP1反相，当VR4=VRP1,经VD1后的直流电压为0。定向耦合器有四路输出，一路是“入射控制输出”，即入射功率ALC控制电压输出，接至调制器的输出级。如天线开路、短路、接触不良等，反射过强。“反射控制输出”输出一个高电平加到图2.9中R37端，然后经R37、VD2加到VT6的基极上，使VT6饱和导通，从而使VT4的增益大大下降，导致激励功率下降，起到天线开路短路保护作用。“反射控制输出”输出电平是通过RP2进行调节的；另一路是反射功率指示。RP3是调节P的大小，而RP4是调节P的大小。4.4直流稳压电源50W调频发射机直流稳压电源如图9所示。B为电流变压器，IC（AN7824）是基准电源，其值为24V，VT（3DD8B）为23.3V左右。VD1为保护管。此稳压源既简单又可靠，所选取的元器件数值均有较大的富裕度。实践证明，作为一个电子设备，其可靠性电源占7090左右。如果电源部能可靠地工作，才能保证整机可靠地工作。图9 24V 4A直流稳压电源5 其他部分电路5.1发射电路早期的发射机较多使用LC振荡器，频率漂移较为严重。声表器件的出现解决了这一问题，其频率稳定性与晶振大体相同，而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹。无需倍频，与晶振相比电路极其简单。 以下电路为常见的发射机电路，由于使 图10 发射电路用了声表器件，电路工作非常稳定，即使手抓天线、声表或电路其他部位，发射频率均不会漂移。该电路发射功率较大。5.2接收电路接收电路可使用超再生电路或超外差电路，超再生电路成本低，功耗可达100mA左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机差不多。然而，超再生电路的工作稳定性比较差，选择性差，从而降低了抗干扰能力。图11为典型的超再生接收电路。  超外差电路的灵敏度和选择性都可以做得很好，但电路元件比较复杂。随着集成电路的发展，分立元件电路被集成电路取代。美国Micrel公司推出的单片集成电路可完成接收及解调，其MICRF002功耗很低，并具有电源关断控制端。而且性能稳定，电路变得非常简单。图12为用 MICRF002作为集成元件构成的接收电路。图11 分立元件接收电路 MICRF002使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖300-440MHz。MICRF002具有两种工作模式：扫描模式和固定模式。扫描模式接收带宽可达几百KHz,此模式主要用来和LC振荡的发射机配套使用。因为，LC发射机的频率漂移较大，在扫描模式下，数据通讯速率为每秒2.5KBytes。固定模式的带宽仅几十KHz，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可达每秒钟10KBytes。工作模式选择通过MICRF002的第16脚（SWEN）实现。另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或CPU，以最大限度地降低功耗。MICRF002为完整的单片超外差接收电路，基本实现了“天线输入”之后“数据直接输出”，接收距离能达到20km。 图12 集成接收电路5.3 单片机系统电路及程序5.3.1 AT89C2051单片机AT89C2051是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。如图13所示，它是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。其可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C2051是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C2051单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性的方案。 图13 AT89C2051单片机5.3.2 AT89C2051最小系统AT89C2051的外部通过18，19 脚连接一个晶振和两个电容,构成振荡电路,可以为单片机提供时钟频率。9 脚通过一个10k 电阻和一个10F 的电容构成了一个简单的复位电路, EA 接高电平,AL E、PSEN 信号不用,这样就构成了一个单片机最小系统。如图14所示。单片机最小系统是任何单片机控制系统的基本电路。复杂的控制功能都是在此基础上实现的。图14 AT89C2051单片机最小系统5.3.2单片机控制报警电路 AT89C2051单片机在接收到弯道处信号发射系统发出的信号后，经过处理，由P3.7口送给报警电路进行报警，提醒电力机车驾驶员减速，使机车安全通过弯道。报警电路再把报警信号送给报警信号发射电路，经天线把报警信号发射出去，由于采用大功率的功率放大电路，天线信号辐射范围能达到100公里。这样很大地域范围的人群都知道列车要通过弯道，最大限度地避免了交通事故的发生。单片机在这个系统中起着中心作用，就相当于人的大脑一样，控制着整个系统的安全运行。单片机要对发射部分和接收部分以及报警部分进行整体协调。整个控制过程通过向单片机输入程序来实现。把单片机与报警电路以及报警发射电路连接起来就构成了单片机控制报警电路。如附图所示。6 结束语本设计主要采用AT89C51系列单片机为控制核心，以555定时器构成报警系统系统，采用大功率功放电路，产生辐射范围广的弯道报警信号。并在硬件电路设计中进行了优化设计。达到了及时报警的目的，很好地解决电力机车弯道速度遥控的问题。由于时间和知识水平的限制，本设计主要进行了硬件电路的设计，对软件进行了一些理论上的研究，有待进一步的开发。致谢转眼之间，四年的学习生活在这次毕业设计后将画上圆满的句号。在这四年中，河南科技学院的各位领导、老师和同学对我的学习给予了很大的支持和帮助，我在这里不仅体会到了学习的乐趣，而且也感受到了集体给我的关怀，在此谨对各位表示衷心的感谢。论文结束之际，首先感谢我的指导老师，杨老师在本次设计中给予了殷切指导，在写论文的过程中，老师给我做了全程的分析与引导。杨老师知识渊博、治学严谨。他的认真与细致让我佩服。另外，在我设计期间，同组同学也给了我很多的帮助，在此我也向他们表达我真诚的谢意。最后，对所有在我学习生活中给予帮助和关心的人表示衷心的感谢！参考文献1刘春明，梁晋.电力机车远程实时监控系统的研究.中国铁路J. 2000（9）：11-132申明东.矿用电机车车载弯道和岔道报警装置.煤矿机电J. 2007（6）：06-093赵红斌，史红霞，袁秀珍等.电机车弯道道岔车内报警装置.机械管理开发J. 2005（3）：09-11 4陆建民，陆长荣，魏臻等.机车限速与自动报警装置.山西电子技术J. 2008（4）：12-135 Dr Dolt.Alarm device of locomotive driving wheel loosening.ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVESJ. 2004（8）：15-176胡是炎，李平.电力机车过分相自动报警装置.中国铁道学会刊J. 2007（11）：14-157陈转.由PLC和单片机构成的电机车监控系统研究.煤矿现代化J. 2008（1）：13-148郎立国，孟宪尧等.电机车自动定位运行控制系统. 低压电器J. 2003（9）：23-259刘秀林.工矿电机车的电机电器的现状及发展趋势电气牵引J. 2007（8）：17-4810刘涛.浅谈如何提高电机车的使用效率.矿山机械J. 2006（2）：19-2111山丹，刘华毅.电机车运行系统的单片机控制电气自动化J. 2002（12）：15-16 12乔占明.矿井窄轨电机车及矿车制动装置的研究D.广州:广东大学硕士论文，200213丁巍.关于直流电机车改造为交流电动机的研究D.武汉: 武汉理工大学博士论文，200714王天宁.从电力机车的应用看节能减排的成效D.杭州:浙江大学硕士论文，200415高吉祥.高频电子线路设计M.北京:电子工业出版社，200016王俊勇，仝雷，王海平.HXD2电力机车制动系统.机车电传动J. 2008（9）：29-30附录：系统电路总图