公交站台上下客移门控制系统毕业设计docWord文档格式.docx
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第1章概述
1.1课题开发背景
在以人为本的现代社会中，城市轨道交通的服务水平需要不断地提高。
对乘客安全、车站环境、节能等方面的要求也相应的不断提高。
公交站台上下客移门系统正因为城市轨道交通的这些需求而产生的。
公交站台上下客移门系统是设置在城市轨道交通车站站台边缘的一种安全装置。
它将公交车与公交站台候车区域隔离开，在公交车到达和出发时可自动开启和关闭，为乘客营造了一个安全、舒适的候车环境。
1.2公交站台上下客移门系统概述
从目前各国设置的站台上下客移门系统来看，主要有两种类型。
第一类站台上下客移门是一道自上而下的玻璃隔离墙和活动门，沿着车站站台边缘和两端头设置，把站台乘客候车区与公交车进站停靠区域分隔开。
这种站台上下客移门系统的主要功能是增加安全性、节约能耗以及加强环境保护
第二类站台上下客移门系统是一道上下不封顶的玻璃隔墙和活动门或不锈钢篱笆门，其安装位置与第一种方式基本相同。
造价比第一种要低。
这种类型的屏蔽门系统比第一种类型站台上下客移门相对简单，高度比第一种站台上下客移门低矮，空气可以通过站台上下客移门上部流通。
因新技术应用此它相对第一种站台上下客移门来说，主要起了一种隔离作用，提高了站台候车乘客的安全，从此意义上说可以称其为“安全门”。
不过它同时也还能起到一定的降噪作用。
1.3公交站台上/下客移门控制系统的主要功能
公交站台上/下客移门控制系统电路主要包括无线收发电路，单片机电路，电机驱动电路，红外对射检测电路，行程开关电路，声光报警电路以及电源电路组成。
通过各部分电路的公共工作，实现了BRT公交站台上/下客移门控制系统电路的功能。
在这个系统的设计中，我们采用的单片机是AT89S52，电机驱动电路采用的是直流电机驱动。
本电路可以对将要进站的车辆给出信号进行开/关移门，可以通过电机驱动模块对将要下车的乘客进行对点式开门，可以通过红外对射检测电路模块防止客人被夹，通过行程开关电路模块检测站台门开关门是否到位，还可以通过报警模块达到安全的。
1.4公交站台上/下客移门控制系统的设计要求
（1）建立BRT公交站台模；
（2）择适当的电机设计移门控制电路（步进电机、直流电机）；
（3）设计电机驱动电路或选用适合的电机驱动器；
（4）根据进站车辆给出的信号开/关移门；
（5）采用点对点式的开门方式；
（6）具有防夹检测及紧急控制；
（7）具有一定的故障检测与报警功能；
（8）系统电源设计
1.5本章小结
本章主要从课题的研究背景和社会现状两方面说明我的研究课题。
公交车作为城市交通工具，其主要功能是减轻地面交通的压力，具有方便、快捷、准时的特点，因此具有一定的客流吸引力。
站台上下客移门在保护乘客安全、节省环控系统运营能耗、改善站台候车环境等方面都具有明显的效果。
我国部分城市以在地铁站台安装，作为一项新技术的引用，站台上下客移门系统在城市轨道交通中发挥了非常重要的作用。
第2章系统方案论证
2.1单片机最小系统电路的选型
本设计要求体积小，检测点和控制点不多，程序不长，因此选用ATMEL公司生产的51系列产品AT89C52单片机。
该单片机为双列直插式DIP40封装，它是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机芯片，它采用静态CMOS工艺制造，最高工作频率为24MHz。
它可以实现3个级别的程序存储器保护功能，有32个可编程I/O引脚，2个16位计数/定时器，是目前市场上最常用的单片机芯片。
一般地，电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2～12MHz.如果晶体振荡频率过高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快，所以选择常用的12M晶振频率，在此频率下，单片机一个机器周期为1uS，运行速度较快。
2.2直流电机驱动模块的选型
这里所用的芯片是高速运放KF347，高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。
KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。
因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。
输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。
高速运放KF347有8个管脚。
表2-1直流电机驱动模块的选型
元器件选型表封装表
电路模块
直流电机模块
序号
名称
代号
参数
数量
型号规格
封装型号
1
无极性电容
C1
1u
陶瓷电容
RAD0.1
2
电解电容
C2
7pF
RB.2/.4
3
C3
0.1u
4
三极管
Q1Q7
9012
TO-220
5
Q2Q8
9013
TO-220
6
Q3Q5
IRF9540
7
Q4Q6
IRF540
8
保险丝
F1
10A
保险丝
0603
9
二极管
D1D3D8
IN4148
diode0.4
10
D4D5D6D7
12V
二极管
11
发光二极管
D2
YELLOW
12
D9
red
13
D10
green
14
芯片
U1
KF347
芯片
DIP8
15
接口
J1
CON3
接口
SIP3
16
J2J4
CON2
SIP2
17
J3
CON4
SIP4
2.3通信模块的选型
2.3.1红外对射检测模块的选型
本电路的设计主要以芯片LM567、NE5532、CD40406为主，以电阻、二极管、三极管灯泡等为辅构成的彩灯电路。
其中NE5532是运算放大器，CD40106为施密特触发器。
LM567为通用音调译码器，当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。
用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。
调节电位器R8可以改变LM567的振荡频率。
表2-2红外对射检测模块的选型
红外对射模块
C1
0.01uF
RAD0.2
有极性电容
C4
100uF
FS1FS2JS
电位计
R6
1K
VR1
R8
10K
LM567
U2
NE5532
U3
CD40406
DIP14
HWDS/DY
Q1
C9013
TO-18
2.3.2无线发射模块的选型
无线发射模块的电路非常的简单，它只有简单的元器件2个三极管，2个电阻，1个电容，一个天线，2个接口，1滤波器和2个电感组成。
电路中的Q1是一只数据调制三极管，它的型号为2SC3357。
用接口2连接单片机,接口1接电源，为电路送入5V的电压。
表2-3无线发射模块的选型
无线发射模块
C1C2
J2
滤波器
SAW
R315
天线
ANT
电感
L1
4.5T
AXIAL0.3
L2
2.5T
2SC3357
to-18
Q2
8050
2.3.3无线接收模块的选型
无线接收模块电路的元器件有很多，但只要就是接口，三极管，电感，电阻，电容以及芯片LM358组成。
芯片LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。
LM358该型号，市场上比较常见，在各大网站上，搜索比较频繁，价格一直相对平稳。
国产品牌价格就非常低。
表2-4无线接收模块的选型
无线接收模块
2pF
C7
5pF
C6
15pF
C12
470pF
C13
104
C3C4C5C8C9C10C11
1uF
18
19
L3
1uH
20
21
LM358
22
Q1Q2Q3
NPN
23
CON1
SIP1
24
2.3.4通信模块的选型
此模块是结合前三节红外对射检测模块、无线发射模块与无线接收模块的设计。
此模块实现与站台信息的传递，在公交车到站及出站时向DCU发送开关门的控制信号。
同时，移动门发生各种故障时通过此模块向站台发出各种报警信号。
电阻
R1
120Ω
R3
R2
MAX485
数字IC六反相器
U2A
74F04
表2-5通信模块的选型
通信电路的设计元器件非常少，主要由碳膜电阻、数字IC六反相器、MAX485芯片和接口组成。
该通信模块设置了3个接口：
收发信使能端（R/D），收信（RO）和发信（DI）。
其中RO和DI分别与单片机的TXD和RXD连接，R/D利用一个I/O口线进行逻辑控制。
2.4声光报警模块的选型
声光报警电路即门状态反馈电路，其设计元器件非常少，主要由碳膜电阻、发光二极管，蜂鸣器和三极管组成。
电阻R1和三极管Q1构成放大电路，将单片机反馈传递来的信号放大后再传递给蜂鸣器以及发光二极管。
接口一接单片机，接收单片机的反馈信号；
接口二接电源模块，为本电路送入电路需要的额定电压，控制其正常工作。
表2-6声光报警模块的选型
声光报警模块
R1R2
1M
碳膜电阻
AXIAL0.3
D1
LED
蜂鸣器
LS1
SPEAKER
SGBJ
DY
C9014
2.5手动控制模块的选型
如果发生重大安全事故或者系统出现故障，比如因其他原因造成的系统电源缺失、部分屏蔽门故障、火灾等，这时经过授权的站台工作人员可以使用专用的钥匙，乘客则通过手动解锁装置进行手动操作，打开公交站台移动门。
当其他优先级别的控制方式都不能完成移动门的开关时，才启动手动操作这一最优先级别的控制方式。
手动控制电路的设计元器件非常少，主要由碳膜电阻、按键开关、单刀双掷开关、电解电容和DS1232、74LS14芯片组成。
2.6电源模块的选型
线性稳压电源由变压、整流、滤波和稳压组成的。
接口2连接插头部分的接口2，通过变压器将220V的交流电变成每个电源模块所需要的大小的交流电；
整流指把大小，方向都变化的交流电变为单方向脉动的直流电。
滤波是将单方向脉动的直流电的交流部分滤掉，得到平滑的直流电。
稳压是将输入的电压波动或负载变化引起的输出电压变化时，能自动调整使输出电压维持在原值。
本电路通过变压器，整流桥，三端稳压电源芯片使得该电源电路输出平滑稳定的5V,24V的直流电，使得其他每个模块的电路都正常工作，熔断器F1对电路起到了保护的作用。
2.7本章小结
本章叙述了各个模块的组成和所用元器件的选型。
参考实际情况，从种类繁多的元件里挑选适合本课题的型号。
也就是把整体的设计具体化，具体到每个系统模块的组成及设计，再具体到每个模块里小元器件的选型。
第3章系统硬件设计
3.1公交站台上/下客移门控制系统设计电路的基本原理
公交站台上/下客移门控制系统电路主要包括收发电路，单片机电路，无线收发电路，电机驱动电路，红外对射检测电路，行程开关电路，声光报警电路以及电源电路组成。
本电路可以对将要进站的车辆给出信号进行开/关移门，可以通过电机驱动模块对将要下车的乘客进行对点式开门，可以通过红外对射检测电路模块防止客人被夹，通过行程开关电路模块检测站台门开关门是否到位，还可以通过报警模块达到安全的目的。
图3-1BRT公交站台上/下客移门控制系统电路的组成框图
3.2最小系统设计
本系统以AT89S52单片机为控制中心，TXD口接的是无线发射模块，P1.0口接的是无线接收电路模块，来接收所发射的信号，从而达到公交车与站台门之间的信号传输；
P1.4口接的是红外对射检测电路模块，通过这电路检查红外点是否被挡以达到防夹客人的功能；
P2.1口接的是声光报警模块，通过故障信号发出警告以达到故障的检测功能；
P2.2～P2.5四个口所接的是行程开关模块，通过行程开关模块可以检测到门开关到位问题。
图3-2单片机最小系统原理图
3.2.1时钟电路设计
AT89S52单片机内部有个振荡器，可以用作CPU的时钟源。
本系统时钟选用内部方式。
AT89S52内郁含有一个高增益的反相放大器，通过XTALI（输入端）、XTAL2（输出端）外接作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷谐振器）和电容C1C2组成的并联谐振电路后便构成片内自激振荡器，从而利用它内部的振荡器产生时钟。
连接方法见图所示，其中晶体呈感性，其决定着振荡器的振荡频率:
电容C1C2对频率有微调作用。
电路中反馈元件选用石英.话体，电容C1和C2均为30pF，电容与晶体的安装位置应尽量靠近单片机。
图3-3时钟电路设计原理图
3.2.2复位电路设计
89系列单片机在启动时也需要复位使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始态开始工作。
按下SW，电源对C充电，使RST端快速到达高电平;
松开按键，C向芯片内阻放电，恢复为低电平，从而使单片机可靠复位，一般R1选10K,C3选10uF。
AT89S52的按键复位电路见图，电路简单可靠。
图3-4复位电路设计原理图
3.3直流电机电源与驱动模块设计
3.3.1直流电机驱动模块设计
输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。
1脚对地连接了一个2K欧的电阻。
当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。
当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。
或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。
高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。
图3-5直流电机驱动电路原理图
3.3.2电源模块设计
电源部分通过接口2连接插头部分的接口2，将电源导入整流桥进行电源的整流，首先将220V的电源通过芯片LM78124CT，将电源变压为24V,在此基础上，将24V的电压输出，同时将24V的电压送入芯片LM7805CT，将电源变压为5V，输出5V电压。
通过接口3将所有的电源组成一个整体，通过接口将整个电路所需要的电压送给各个模块，能够让每个模块正常工作。
图3-6电源模块的原理图设计
图3-7插头部分的原理图设计
3.4通信模块设计
3.4.1红外对射检测模块设计
红外对射检测电路采用NE5532运算放大器构成比较器，也可以用比较器LM339代替。
接收管的输入信号经过Cl电容后从正脚输入比较器。
比较电平在负脚输入比较器通常将比较电平设为2.5伏，可以调节电位器R7适当提
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