《基于单片机的火车道口安全报警的研究与设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的火车道口安全报警的研究与设计毕业论文.doc（22页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 I 基于单片机的火车道口安全报警的研究与设计基于单片机的火车道口安全报警的研究与设计 电子信息工程专业 摘 要道口是铁路安全运输问题的重点和薄弱点。本课题针对我国铁路平交道口 的现状，利用单片机技术开发了平交道口来车自动报警系统，采用了可靠性高、价位 低、普及程度高、利于基层技术人员掌握学习的 89C51 作为控制芯片，利用了轨道传 感器采集回来的车轮信息，准确地将来车信息通知道口值守人员及过往行人，大大减 少了事故发生的隐患。针对系统工作环境的恶劣和工作的特殊性，在系统硬件设计过 程中，重点突出了系统运行的可靠性、设备的坚固程度，在软件的编制上也
2、采取了有 力的抗干扰措施，因此，本系统的研究与设计具有重要的社会意义以及推广价值。 关键词 运输安全；铁路平交道口；单片机 The Research and Design Based on The Single-chip Computer for The Rail-road Crossing Warning System Electronic Information Engineering TANG Li-jun Abstract: The Level road crossing is emphasis and weak point.This article discusses the pre
3、sent situation of our rail level road crossing,use single-chip microcomputer system to design the coming vehicle automatic warning system for level road crossing.The core chip is 89C51 which has high reliability,low price and good universality.Most technicians can master it easily.The system gets th
4、e coming vehicles message,and gives notice to the crossing keeper and the people.So it can reduce the hidden dangers and provide the insurance for the rail traffic. Because of the bad running environment and working important,so we think much of the system running reliability,firmness of device.Some
5、 measures also are taken in the software. So the research and design of this system is very necessary. Key words：Traffic Safety; Rail-way Crossing; 89C51 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 II 毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作 明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人 成果及已获得 或其他
6、教育机构的学位或证书使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交 论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人 授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业 论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文 （设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。 论文（设计）作者签名： 日
7、期： 年 月 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 III 目 录 1 绪论 1 1.1 问题的提出 1 1.2 国内外研究现状及研究的目的好意义 1 1.3 设计任务和要求.1 2 微机自动报警系统概述 2 2.1 系统组成部分 2 2.2 系统主要组成部分.2 3 系统硬件设计 2 3.1 传感器的选用.2 3.1.1 传感器的选择 .2 3.1.2 传感器检测道口状况的方法。 .3 3.2 信号处理电路的设计.3 3.2.1 信号输入 .4 3.2.2 信号整形 .4 3.2.3 光电隔离 .4 3.3 系统主电路的设计.5 3.
8、3.1 AT89C51 性能介绍 .5 3.3.2 系统主电路 .5 3.4 语音报警功能的设计.6 3.4.1 ISD1420 芯片介绍 .6 3.4.2 语音报警电路 .7 3.5 道口栏木驱动控制电路设计.8 3.5.1 芯片 L298N 的介绍。 .8 3.5.2 驱动控制电路图及工作原理 .8 3.7 硬件抗干扰设计 .10 3.7.1 系统抗干扰性及可靠性设计原则 10 3.7.2 系统干扰源分析以及硬件抗干扰措施11 4 软件设计 .12 4.1 系统软件总体设计12 4.2 交通灯控制软件设计13 4.3 语音广播软件设计14 4.4 道口栏木软件设计15 4.5 软件抗干扰措
9、施15 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 IV 7 结论与展望 16 参考文献 .17 附录 语音板电路原理图 18 致谢 .19 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 1 1 绪论 1.1 问题的提出 铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉、交通运输体系的骨干，对于国 家社会经济的正常运行和发展具有举足轻重的作用和全局性的作用。铁路运输的运输 能力大、能够负担大量客货运输的任务、速度快、受气候条件限制小、可全天候运营、 运输成本低等优点。因此，我国正大力发展铁路行业的建设事业。 平交道口是铁路和公路的平面交叉，随着铁路行车速度、密度的不断提高和公路 车辆的急速增多，平
10、交道口的安全问题，已经变的非常突出。为改善铁路平交道口尤 其是站内道口的安全状况，有必要设计一种具有高可靠性的道口报警设备，在列车接 近道口前告警，提示道口职守人员及行人、车辆注意，以确保列车安全通过，减少以 至杜绝道口交通事故的发生 1.2 国内外研究现状及研究的目的好意义 现在我国站内道口来车管理大多还是处于靠电话通知和道口工眺望的状态，遇到 天气状况不好，或是电话线路不畅的时候，就存在了事故的隐患。铁道部对此尚无在 全国推广的定型产品，均为各铁路局自己开发的设备，而且利用率也不是太高。 在铁路网比较发达的欧洲，道口密度大，事故风险也相对比较高。其中，英国的 安全工作做的比较好，这主要得益
11、于英国政府增加警力，强行控制道口违章行为。同 时，英国西屋铁路系统公司在别国成功技术的基础上，研制了一种新型的平交道口预 测器。该设备符合道口报警设备的一般设计原理，但是其价格昂贵，同时英国铁路轨 道电路与我国轨道电路有诸多不同之处，所以无法将其移用至我国铁路道口中。 铁路道口安全工作的好坏，直接关系到人民生命财产的安全，它是推动和促进铁 路跨越式发展目标能否顺利实现的一个重要方面。 道口自动报警系统提高了道口来车报警的可靠性和准确性，可以有效的降低误报、 错报事件的出现几率，从而有效的避免道口交通事故的发生。 所以，立足我国铁路现状，开发实用的站内道口自动报警设备仍是当务之急。 1.3 设计
12、任务和要求 系统总体采用 AT89C51 单片机为平交道口自动报警系统的核心，用安装在钢轨内 侧的车轮传感器组成检测点，感应到的车轮信息通过标准信号电缆传送到道口房的主 机内，由单片机控制道口交通灯的转换和语音报警功能的开关，并控制道口栏目升降 从而达到自动检测、报警通知和提升道口整体安全状况的目的。 本系统列车接近报警系统的主要功能设计如下： （1）列车接近道口语音报警功能。当列车接近道口时，系统自动播报“司机、行人请 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 2 注意，火车就要开过来了，请不要抢行和翻越栏杆” 。 2）交通灯切换功能。当列车接近道口，传感器采集到列车接近信息，系统立即控
13、制交 通灯的红色信号灯亮，绿色信号暗，以提示行人、车辆禁止通行。 （3）道口栏木升降功能。 （4）系统复原功能。 2 微机自动报警系统概述 2.1 系统组成部分 根据上述方案设计了道口自动报警系统。系统组成框图如图 1 所示： 传 感 器 信 号 处 理 单片机 道口交通灯 语音报警 栏木电动机驱动 图 1 系统组成框图 2.2 系统主要组成部分 系统主要由传感器系统、信号处理系统、单片机系统以及系统功能实现模块四部 分组成。 （1）传感器系统：根据系统需求，数据采集元件选用的是凸出极磁电式轨道 传感器。由传感器采集来车信息送信号处理电路。 （2）信号处理系统：信号处理系统 将传感器输出的模拟
14、量转换为开关量，并分离出信号中的故障信号，是系统的重要组 成部分。 （3）单片机系统：单片机系统是整个系统的中央处理系统，他通过硬件与软 件的结合来控制各个部分的工作，实现系统的各项功能。 （4）功能实现模块：功能实 现模块包括 3 个功能：道口交通灯转换控制功能、语音报警功能和道口栏木升降功能。 3 系统硬件设计 3.1 传感器的选用 3.1.1 传感器的选择 本系统对传感器的要求很苛刻，站内道口传感器的工作条件比区间道口恶劣的多。 其工作位置靠近站台和道路，夏天雨水浸泡，冬天冰雪覆盖，沙土垃圾掩埋，人为破 坏等。所以对传感器提出了要有较高的灵敏度和输出范围；坚固耐用无维修或极少维 基于单片
15、机的火车道口安全报警系统的研究与设计 3 修；测试范围宽并尽可能无源等要求。经过综合比较，本课题最终决定选择凸出极磁 电式轨道传感器。该传感器可以长期稳定的工作，而且除了定期清扫铁屑外，无需维 修，能够适应现场恶劣的工作环境。根据需要本系统应用了两个凸出极磁电式轨道传 感器。 3.1.2 传感器检测道口状况的方法。 图 2 是该铁路和公路平交道口的平面位置示意图。在 P1和 P2点设置了两个传感器 元件，用于检测是否有火车通过道口。P1和 P2这两点距离较远，因此一列火车不会同 时压在两个压敏传感器上。A 和 B 是两个栅门，当火车由东向西或由西向东通过 P1P2 段，且当火车的任何部分位于
16、P1P2之间时，栅门 A 和 B 应同时关闭，道口的红色交通 灯亮，绿色交通灯灭，公路禁止通行；否则栅门 A 和 B 同时打开，道口的绿色交通灯 亮，红色交通灯灭，公路允许通行。传感器的功能是当火车经过时，产生逻辑电平 1， 否则产生逻辑电平 0。设位于 P1和 P2两点的传感器所输出的信号分别为 I1和 I2，栅门 A 和 B 的开闭由图 2 所示的电路控制。控制电路的输入是传感器所发出的信号 I1和 I2，输出信号 Z 用来控制栅门 A 和 B，当 Z=1 时，栅门关闭；Z=0 时栅门打开。 图 2 铁路和公路平交道口的平面位置示意图 3.2 信号处理电路的设计 信号处理电路的设计原则为：
17、传感器输出的信号是包括故障信息和车论信息的复 合模拟信号。这样的信号必须经过必要的处理，将不同的有用信息转换为标准的开关 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 4 量，才能供数字式控制系统使用。根据传感器信号和控制系统的需要，本系统的信号 处理电路必须要完成下列功能： 将复合信号中车轮信号分离并整形为脉冲信号 分离出复合信号中包含的故障信息 对车轮信号中的颤动信号进行滤波 对传感器及线路传输的干扰信号进行处理 1信号处理电路包括 1 纵向通道，处理 2 路传感器的信号，其中一路传感器的信 号构成 int0 中断，另一路传感器的信号构成 int1 中断。信号处理电路由信号输入级、 整形级
18、、光电隔离级、锁存选通级和中断控制逻辑形成电路组成。信号处理电路如图 4 所示： 图 4 信号处理电路 3.2.1 信号输入 对信号输入级的要求，一是检测信号的瞬时变化，二是连续检测信号电平的变化， 所以采用图示电路。其中 C1 为滤波电容，YM1 为压敏元件，可以防止雷电以及车电 高电压窜入。R1 为限流电阻，D1、D2 为单向整流限幅二极管，防止输入过压，且完 成传感器输入信号的尖脉冲波形到方波脉冲的转换。RP1 为 22k 分压电阻。 3.2.2 信号整形 信号整形级选用得是 74HC245 芯片，74HC245 的 DIR 端接电源后，使方向为 A 到 B，第 19 管脚接地，使其始终
19、选通。 3.2.3 光电隔离 在实际的信号处理电路中，不可避免的存在各种的干扰信号，为了保证信号传输 的准确性，决定在信号处理电路中增加光电隔离级，即采用隔离技术来增强抗干扰能 力。在硬件上常用光电耦合器来实现电光电的隔离，这样就可以有效的阻止干扰信号 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 5 的传递。 本系统采用的是光电耦合器是 TLP521-4，这是一种完全对称特性的光电模拟信号 隔离器。该光电隔离器的特点是：其内部结构为 4 个光电耦合器，它们的物理特性完 全一直、重复性好、并且 4 个光电耦合器的 4 个电源实现了完全隔离，有良好的线形 度，地面的干扰完全消除。这样该光电耦合器
20、在电路中就将选中的模拟信号的输入级、 输出级完全隔离开来，阻止了相互之间的电联系，从而消除了输入级、输出级之间的 干扰。 3.3 系统主电路的设计 设计原则首先是可靠，其次是简单，具有可以满足系统工作需要的计算速度，而 且要考虑系统的综合经济成本。因此，我们选用技术成熟而且可以稳定工作的 89C51 作为系统主电路的核心。 。 3.3.1 AT89C51 性能介绍性能介绍 AT89C51 是一种低功耗、高性能的 8 位单片机，片内带有一个 4K 字节的 Flash 可 编程可擦除只读存储器(PEROM)，它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易 失性存储器(NURAM)技术，而
21、且其输出引脚和指令系统都与 MCS-51 兼容。片内的 Flash 存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。 因此 AT89C51 是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，它可方便地应用在各种 控制领域。 AT89C51 的主要性能有: 与 MCS-51 微控制器产品兼容; 4KB 可改编程序 Flash 存储器;(可经受 1,000 次的写入/擦除周期)； 全静态工作:OHZ-24MHZ; 三级存储器保密; 128X8 字节内部 RAM; 32 条可编程 I/0 线; 2 个 16 位定时器/计数器; 6 个中断源; 可编程串行通道; 片内时钟振荡器; 空闲状态维持
22、低功耗和掉电状态保存片内 RAM 中的内容。 3.3.2 系统主电路系统主电路 本系统道口交通灯只有红绿两个。模拟交通灯使用发光二极管，可直接接单片机 引脚,其中红灯接 P1.0 和 P1.1；绿灯接 P1.2 和 P1.3,再用软件来进行控制红绿灯的切换。 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 6 单片机电路设计如图 5 所示 1 1 2 2 3 3 4 4 DD CC BB AA Title NumberRevisionSize A4 Date:2009-5-29Sheet of File:D:Program FilesSheet1.SchDocDrawn By: EA/VP 31
23、 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 MCS-89S51 12M XTAL 33pF C1 33pFC2 1 2 3 4 5 6 7
24、8 9 10K RPVCC VCC 200 R19 1K R20 22uF C10 RST P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P36 P37 RST VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 OE 74HC373 12 GREEN 12 GREEN 12 RED 12 RED 利用 74HC373 锁存器软件控制红绿灯。 图 3-2 单片机电路 3.4 语音报警功能的设计 语音报警功能是本系统的第二个主要功能。 语音电路是针对室外语音广播而设计的。其核心为 microchip 公司生产的 PIC1
25、6C71 单片机，语音芯片为 ISD（Information Storage Device）公司生产的 ISD1420 芯片。 3.4.1 ISD1420 芯片介绍 ISD1420 芯片特点：SD1420 芯片采用直接模拟存储技术，且录放音质极好，并有一定 的混响效果；它的外围元件简单，仅需简单的阻、容元件即可组成简单的录、放电路； 但电源供电，典型电压+5V。待机时低功耗，放音电流 15mA；放音时间 20s,可扩充级 联；可持续放音，也可分段录放，最小分段：20s/160 段=0.125s/段，可分段 160 段； 录、放次数达 10 万次；断电信息存储，无需后备电池，信息可存储 100
26、年；不需要专 用的编程器及语音开发器；高优先级录音，低电平或负边沿放音。 ISD1420 芯片引脚介绍 ISD1420 芯片封装有 DIP 硬封装和 COB 软封装两种形式，均为 28 引脚 A0A7地址或操作模式控制端 VSSD数字地 VSSA模拟地 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 7 SP+、SP音频信号输出端，可以驱动 816 欧扬声器 VCCA模拟电源 VCCD数字电源 MIC话筒输入端，可用驻级体话筒，通过电容耦合 MICREF话筒输入考端，若不用应悬空 AGC自动增益控制端，调整芯片内部前置放大器增益，使录入信号不失真 ANAIN、ANAOUT两端间接电容，该端用于模
27、拟信号的直接输入、输出 XCLK外部时钟或接地（一般用户接地即可） REC录、放音控制，低电平为录音 PLAYL电平放音控制（低电平有效） ，放音时应该保持低电平 PLAYE边沿放音控制，下降沿开始放音（此时 REC=0） RECLED录音指示，接发光二极管，录音时亮，放音结束闪烁 3.4.2 语音报警电路 该部分电路中包含了为语音系统供电的电源部分电路设计。电源部分采用二极管 整流电路，接在电源变压器的次级输出端，用四个二极管组成桥式整流电路。它们的 后级为滤波电容，交流电整流后，要求将交流成分滤的越干净越好，所以滤波电容选 用大容量的电解电容。语音报警电路如图 6 所示。 图 6 语音报警
28、电路 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 8 3.5 道口栏木驱动控制电路设计 道口栏木是保证行人安全的重要措施，本系统道口栏木驱动选用了 SBS 公司生产 的 L298N 芯片。 3.5.1 芯片 L298N 的介绍。 L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部包含 4 通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 芯 片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直 接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，使 用比较方便
29、。L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS可接 457 V 电压。4 脚 VS接电源电压，VS电压范围 VIH为2546 V。输出电流可达 25 A，可驱动电感 性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传 感信号。L298 可驱动 2 个电动机，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之间可分别接电动机， 本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12 脚接输入控制电平，控制电机的 正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。图 7 是 L298N 芯片的引脚图。 图 7 L298N 芯片的引脚图 3.5.23.5.
30、2 驱动控制电路图及工作原理驱动控制电路图及工作原理 单片机输出口 P3.0、P3.1 为 L298N 提供脉冲信号，L298N 正常工作时，输入信号 INT1 和 INT2 来控制步进电动机的正转和反转及停止，通过单片机输出脉冲频率控制步 进电动机转速即栏木升降的快慢。表 1 为 L298N 芯片功能表。 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 9 L298N 芯片功能表 图 8 驱动控制电路图 3.6 电源电路设计电源电路设计 一个系统要想正常稳定的工作，必须要有一套稳定可靠的电源系统做保障系统电 源板直接引入 220V 交流电源，经过变压、整流处理后分别为主机和传感器供电。 电源电
31、路设计如图 3-15 所示： 图中后部分电路为蓄电池电路，如停电，则用蓄电池为主机供电，当电池电压低 于一定值后，自动断电。 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 10 图 9 电源电路 3.7 硬件抗干扰设计硬件抗干扰设计 3.7.1 系统抗干扰性及可靠性设计原则系统抗干扰性及可靠性设计原则 近几年来，单片机系统对工业自动化、生产过程控制、智能化仪器仪表等领域造 成的干扰后果主要表现在以下几个方面： 1、 数据采集误差加大 2、 控制状态失灵 3、 数据受干扰发生变化 4、 程序运行失灵 针对这些内部和外部因素的干扰，采取有效的软硬件措施加以解决，是可靠性设 计的基本任务。导致系统不
32、能稳定运行的内部因素主要有三个：1、元器件本身的性能 与可靠性；2、系统的结构设计是否合理；3、安装与调试。外部因素是指系统所处工 作环境中的外部设备或空间条件导致运行不可靠的因素，主要包括：1、外部电器条件， 如电源电压的稳定性、强电场和磁场的影响；2、外部空间条件，如温度、湿度、空气 清洁度等；3、外部机械条件，如振动、冲击等；4、恶劣的自然现象影响，如雷电等。 因此在系统设计中，元器件的选择是根本，合理的安装调试是基础，系统的设计是手 段，外部环境是保证。这是本系统在抗干扰性以及可靠性设计方面遵循的基本原则。 3.7.2 系统干扰源分析以及硬件抗干扰措施系统干扰源分析以及硬件抗干扰措施
33、干扰形成必须具备三个主要因素，即：干扰源、耦合通道、对于干扰敏感的接受 电路，如下图所示： 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 11 本系统受到的主要干扰来自电网供电，空间电磁波，信号传输通道和雷电。 1、较恶劣的供电条件及抗干扰措施 由于车站现场运行的各种电器设备众多，特别是感性负载的启停，可使电网电压 产生大幅度的涨落（浪涌）和较大幅度的高频振荡电压，而各种大功率开关的通断， 电机的启停，又会形成很强的尖峰干扰，极易造成单片机应用系统得误动作、数据丢 失甚至死机。 系统针对供电条件的干扰所采取的抗干扰措施主要有：1、在电源引入线上加带有 屏蔽罩的电源滤波器（低通滤波器） ，它一方
34、面抑制分布在火线上的干扰，另一方面也 可解决宽频带瞬变状态下的干扰。其设计力图仅允许 50HZ 交流电通过，对高频干扰 电压有较好的衰减作用。2、在电源引入线的线间和每线对地间加装 430V 压敏电阻， 可有效抑制较高幅度的振荡电压和尖峰脉冲。 2、较强的空间电磁波干扰以及抗干扰措施 空间电磁波的干扰无处不在，车站附近可以认为是电磁波重污染区。这里密集了 各种无线通信和广播电视信号，内然机车和电力机车上的各种大功率电机电器和车站 的各种设备产生的电磁干扰。系统抗电磁干扰的能力又称为电磁兼容性，目前，各种 军用、民用电子设备对电磁兼容性的要求越来越高。 电磁兼容性设计主要包括电路设计、接地和屏蔽
35、设计。 电路设计包括带宽控制、去耦、滤波和隔离。带宽控制主要是选用高抗干扰能力 的逻辑芯片。CMOS 一般比 TTL 好，功耗小，所以优先选用 CMOS 芯片。尽量选用比 较低的时钟频率，本单片机系统选用 6MHZ。对输入的开关量要进行限幅、RC 滤波、 整形。去耦措施是对共模耦合采取分开回路的设计，对互阻耦合，采取使空间导体彼 此远离，尺寸尽量减小，就近接地和加粗地线。滤波措施是对进入电路内部的连接电 缆，都加滤波环节，以抑制其传导干扰，同时在内部电路的信号输入部分也加有滤波 电容。隔离措施是用光电耦合器把内部电路与外部接口隔离开，将各单元电路也尽可 能隔离开。 通过以上抗干扰措施从而减小外
36、部环境对系统的干扰，提高系统的抗干扰性能。 至此，整个系统的硬件设计部分介绍完毕，实验表明本设计的硬件系统设计较为 合理，工作稳定，能完成预定的各种功能要求，具有较高的可靠性。 4 软件设计 硬件电路确定以后，系统的主要功能将依赖于系统软件来实现。系统能否正常可 靠地工作，除了硬件的合理设计外，与功能完善的软件设计是分不开的。软件采用汇 编语言进行程序设计。 4.1 系统软件总体设计 系统软件总体上分三大部分：初始化及设备自检和断线检测、键盘管理、列车接 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 12 近检测报警等。系统总体程序框图如图 4-1 所示： 初始化 语音报警 红灯亮 下栏杆 语
37、音报警 红灯亮 下栏杆 电机停 开始 栏杆是否完全放下？栏杆是否完全放下？ 火车是否离开？ 火车是否离开？ 电机停 来车方向是否为从左到右来车方向是否为从右到左 停止语音报警 绿灯亮 栏杆升起 停止语音报警 绿灯亮 栏杆升起 栏杆是否完全升起栏杆是否完全升起 Y N Y N YY N Y Y NN Y NN N 图 4-1 软件总体框图 在图 4-1 中，程序开始时，首先初始化，判断来车方向是否为从左到右，若不是， 重新判断，是往下执行，语音报警提示，红灯亮，下栏杆，当栏杆完全放下后，电机 停止，然后判断火车是否离开，离开则绿灯亮，栏杆升起，完全升起后，重复开始， 进入到下一次循环。如果来车方
38、向是从右到左，也如前所述，开始声光报警并下放栏 杆，然后判断火车是否离开，完成后，重新开始循环。 4.2 交通灯控制软件设计交通灯控制软件设计 交通控制部分是系统主要功能是通过道口红绿灯控制行人的通过的报警系统。 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 13 交通控制软件系统采用针对的 PIC 单片机的汇编语言编写。系统流程如图 4-8 所 示： 红灯亮、绿灯暗 初始化 结束 检测是否有列车通过 列车是否完全通过 N N Y Y 图 4-8 交通灯控制流程 在图中首先初始化，在检测是否有列车通过，若无列车通过，则重新检测；若系统 检测到有列车通过道口，则红灯亮，绿灯暗，然后检测列车是否完
39、全通过，若没有完 全通过重新检测，若列车已完全通过道口则程序结束。 4.3 语音广播软件设计语音广播软件设计 语音广播部分软件系统采用针对的 PIC 单片机的汇编语言编写，在本系统中由于 单片机是将“司机、行人请注意，火车就要开过来了，请不要抢行和翻越栏杆”或 “还有火车开过来，请不要抢行和翻越栏杆”两句话，所以软件流程比较简单。如图 4-8 所示 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 14 图 4-8 广播流程 4.4 道口栏木软件设计道口栏木软件设计 生成电机控制逻辑 驱动电机正转或反转 中断标志清0 Y N 中断响应 电机控制指令 返回 道口栏木软件流 中断响应后，执行电机控制指
40、令，再生成电机控制逻辑，生成的电机控制逻辑驱 动电机正转或者反转，然后中断完成，把中断标志清零，最后返回到主程序。若果不 执行电机控制，则直接终止中断，返回到主程序。 4.5 软件抗干扰措施软件抗干扰措施 虽然本单片机系统在硬件抗干扰方面已经采取了很多措施，从理论到实际也确实 可行，但是对于一个系统的整体抗干扰能力来说，还是不够，必须在软件编制上尽可 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 15 能采取强有力的抗干扰措施。 系统采用数字滤波即延时重复读取开关量输入值的措施来提高系统的抗干扰性能。 传感器脉冲信号在传入时往往会迭加上干扰脉冲，所以除了硬件抗干扰电路外， 软件采样时，必须让脉
41、冲信号延时读取，且只有重复读取值 8 次相同时才认为读入值 有效， 该抗干扰程序流程如图 5-3 所示。 计数器清零 读入本次值 与前次值相同吗？ 计数器加1等于8吗？ 前次寄存器置初值 读入数有效 N N Y Y 图 5-3 软件抗干扰流程 总之,系统在采取了以上措施后,经过实际的试验和应用,取得了较好的效果，达到了 设计要求。 7 结论与展望 本课题对铁路站内道口自动报警系统进行了研究与设计，针对目前道口报警主要 靠电话通知和人工瞭望的状态，设计了可以实时采集来车信息并通知道口值守人员及 过往行人的报警系统，并最终达到了预期的设计目标，主要工作有： 1、选取了凸出极磁电式传感器，并在该传感
42、器的基础上设计出了来车信息采集及测速 的方法，为系统功能的准确性、实时性打下了基础。 2、设计了单片机系统，使系统可以准确处理传感器采集的信息并产生声光、语音报警 信息，达成了最终的报警功能。 3、系统各大模块的软件设计。 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 16 参考文献 1 李显军.道口报警系统的设计与实现J北京:铁路技术创新。2004，3：56 2 李玲桂.国外平交道口的安全措施J北京：铁道知识，2005、2，2223 3 TB10007-99s.铁路信号设计规范 4 张伯敏.铁路车站接发列车安全性系统分析J上海铁道大学学报，1999、4，3335 5 张迎新.单片微型计算机原理、应用、及接口技术M国防工业出版社，1993，221-230 6 陈章龙.实用单片机大全M黑龙江技术出版社，1989，277-311 7 李双全，李凯昕.一种用于单片机间的串行通讯方法J黑龙江工程学院学报， 2003，17，3739 8 金秋生.氧化锌压敏电阻的过电压保护J安全用电 2004、12，3537 9 杨华舒，楮福涛.单片计算机系统抗干扰的软件设计途径J电子技术应用，2001、3，2022 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 17 附录 语音板电路原理图 基于单片机的火车道口安全报警系统的研究与设计 18 致谢