电力机车弯道速度遥控—接收报警系统.doc
《电力机车弯道速度遥控—接收报警系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力机车弯道速度遥控—接收报警系统.doc(21页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、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。
2、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, receivi
3、ng, 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 receivi
4、ng-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. Keywo
5、rds: 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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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。
14、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
15、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200
16、mA。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
17、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
18、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
19、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
20、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;
21、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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力机车 弯道 速度 遥控 接收 报警 系统
限制150内