基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计设计 学位论文.docx

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基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计设计学位论文

目　录

附录：

系统硬件图42

基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计

摘要:

在我国经济持续发展的今天，随着机动车辆的增加以及列车密度和运行速度的提高，使得道口安全问题日趋重要。

如果铁路平交道口缺少严格的安全管理，恶性道口事故将会很容易发生，这会对铁路安全造成极大威胁，所以铁路道口的安全问题既是重点又是薄弱点，因此设计出一种铁路道口报警系统来提高安全性是非常必要的。

论文首先分析了课题确立的意义，并且针对于国内外的研究现状，给出了系统总体框图，平面示意图以及相关的技术指标。

本课题的硬件部分选取了具有广泛群众基础，价格便宜的AT89C51单片机作为主控制芯片，选用磁电式传感器对列车的车轮信息进行采集，使用ISD4002语音芯片和LED显示模块将来车信息及时地通知过往车辆及行人，而且为了提高系统的总体安全性能特别增加了电动栏木机。

本课题的软件部分首先给出了系统的整体框图，然后依次介绍了系统断线检测、列车接近与到达检测、语音广播部分和电动栏木机部分的软件流程图。

特别的，考虑到系统恶劣的室外工作环境,系统从硬件和软件两个方面阐述了所采取的一些有效的抗干扰措施。

总的来说，本课题的研究与设计将会降低安全隐患，为列车安全运行提供了有效保障。

关键词：

道口安全，AT89C51单片机，报警系统

TheDesignbasedontheMicrocomputerfortheRailwayCrossingWarningSystem

Abstract:

InthemodernsustainabledevelopmentofChina'seconomy,withtheincreaseofmotorvehicles,thedensityandtheincreaseoftherunningspeedofthetrain,therailwaycrossingsafetyproblemisbecomingmoreandmoreimportant.Iftherailwaycrossinglacksstrictsecuritymanagement,thenmalignanttrafficaccidentswillhappeneasily,andthiswillposeagreatthreattothesafetyofrailwaytransportation.Therailwaycrossingsafetyproblemsarebothimportantandweakpoint,thereforedevisearailwaycrossingalarmsystemtoimprovethesecurityisverynecessary.

Thepaperfirstanalyzesthesignificanceofthesubject,givestheblockdiagramofthewholesystem,schematicplanandrelatedtechnicalindicatorsbasedonthehomeandabroadresearchstatus.ThehardwarepartofthistopicselectsAT89C51MCUasthemaincontrolchipwhichhasgooduniversalityandidealprice,thenchoosemagneticsensorsonthewheelstogetthevehiclesmessage,useISD4002voicechipandLEDdisplaymoduletopromptnoticethemessagestothepassingvehiclesandpedestrians,especially,inordertoimprovetheoverallsystemsecurityIincreasetheelectricbarriermachine.Thesoftwarepartofthistopicfirstlygivestheoverallblockdiagramofthesystem,andthenfollowedbytheintroductionofthesystembreakdetection,trainapproachingandarrivaldetection,voicebroadcastpartandanelectricbarriermachinepartofthesoftwareflowchart.Inparticular,takingintoaccounttheharshlyoutdoorenvironment,someeffectiveanti-disturbmeasuresadoptedinthesystemareexplainedfromhardwareandsoftware.Ingeneral,thedesignofthissubjectwilldecreasetheriskandprovideeffectiveguaranteeforthesafeoperationoftrains.

Keywords:

crossingsafety,AT89C51MCU,warningsystem

1　绪论

1.1问题的提出

目前，铁路营业里程达73002公里，公路网营业里程已经突破180万公里，高速公路近20000公里。

与此同时，民航和水运也取得了充分的发展，中国形成初具规模的运输网络，这极大地改善了我国的交通运输现状，并显著促进了我国经济的高速健康发展。

尤其是作为运输骨架及运输主体的铁路和公路更是在中国经济高速发展进程中发挥着极其重要的作用，但是在各项事业繁荣昌盛的同时也出现了一些我们没有预料到的问题。

铁道部门的统计资料显示，最近几年，随着我国铁路提速、机动车保有量的迅速增长，加之国民安全意识较差，铁路设备的更新换代没有跟上经济发展的步伐等一系列的原因，导致我国铁路平交道口交通事故一直保持在较高的水平。

如2002年发生道口交通事故728件，已经是近20年来的最低水平。

每年仅道口交通事故就造成2000万的直接经济损失。

由于受客观条件的限制，还没有能力从高安全性的先进科技设备应用、科学管理的角度，彻底解决铁路平交道口的交通事故问题。

因此，为了改善我国铁路道口的安全问题，设计出一种精确及时的铁路报警系统是非常有必要的。

1.2国内外研究现状

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[]。

因此，立足于我国的基本国情开发出一套铁路道口报警系统是非常迫切的。

1.3研究目的与意义

铁路事业发展与经济发展是相互促进的，没有经济的发展做铺垫，铁路事业发展将会失去基础，然而铁路交通也会反作用于经济的发展。

体现为铁路交通的快速发展为经济健康增长提供了保障，而铁路交通的萎缩将会成为经济发展的瓶颈，从而限制住经济的发展。

因此，保证铁路交通的安全与通畅对于国家和地区经济持续、健康增发展是非常重要的。

其实铁路安全问题是完全可以克服的，只要系统能及时精确地把来车信息通知给来往车辆及过往行人，并且工作人员及时地操作电动栏木来阻止车辆行人的通行，那么交通事故是可以避免的。

因此，铁路报警系统的设计与研发将会为我国经济发展做出重大贡献。

1.4设计任务与要求

报警系统的设计思路如下：

本系统采用AT89C51单片机为核心，按照预先计算好的数据在指定位置安装磁电式传感器，当列车即将经过铁路道口时，传感器检测到车轮信号，并由单片机计算出相关的来车速度和距离，语音系统将提前进行报警，同时显示屏显示出来车信息，电动栏木机落下禁止车辆与行人通行。

当列车已经通过道口后，传感器检测到车轮离开的信号，并将其传达给单片机，系统将解除一切报警，铁路道口将重新开放。

系统的设计要求为：

1、系统自检功能

传感器是系统最为关键的部分，也是最易断线损坏的部分，因此工作过程中，需要对传感器进行实时检测，如果发生故障时应及时发出室内报警，并显示出故障发生的具体位置，一遍工作人员进行及时修理。

2、数字钟功能

在系统自检结束后将会进入工作状态，此时显示屏既需要显示出正确的时间，也要随时能够通过键盘来输入正确的时间，而且列车接近道口以及通过道口的时间同样要以此时间为基准，因此保证时钟精确度非常重要。

3、列车接近时的报警功能

当有列车接近道口时，16位的LED数码管的上八位显示当前的时间，下八位显示此时列车速度以及离道口距离等来车信息。

并且此时语音芯片自动播报录音：

“列车就要开过来了，请不要抢行及翻越栏杆”来提醒过往行人车辆注意安全。

并且栏木机落下防止行人与车辆抢行。

4、复原功能

当传感器检测到列车已经通过道口时，此时数码管恢复显示时间，语音报警停止，栏木机复位。

但当检测到列车接近道口，但因种种原因并未通过道口时，报警系统将延时5分钟自动复原[]。

2　系统总体方案设计

2.1系统的整体平面示意图

在整个系统设计中首先考虑的是传感器部分，因此需要设立几个专门采集列车运行信息的定点，将传感器安装到指定位置的铁轨上，并将采集到的信息通过电缆传送给单片机，由单片机做出处理并发出报警信号，同时把来车信息及时通知给过往车辆及行人。

平面示意图如下2.1所示:

图2.1　平面示意图

2.2系统的主要技术指标

本单片机系统的基本技术指标如下：

速度的检测范围0-120Km/h

测速精度低于2%

测时精度低于2%

检测点容量32路传感器信号

传感器寿命≥5年

传感器工作温度-40℃-+70℃

2.3系统工作的整体框图

总体来说系统由传感器、信号处理、中央处理模块、语音报警、栏木机驱动、键盘输入与信号显示、电源模块构成，系统总体框图如下图2.2所示:

图2.2　系统整体框图

１、传感器：

数据采集元件选择的是磁电式轨道传感器，由传感器将采集到的来车信息送到信号处理电路。

2、信号处理：

信号处理电路将传感器输出的模拟量转换为开关量，并分离出信号中的故障信号，是系统的重要组成部分。

3、中央处理模块：

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、语音报警：

语音报警是提醒行人和车辆注意交通安全的必要设施