机车轮箍缓驰报警装置的设计.doc

HUNAN RAILWAY PROFESSIONALTECHNOLOGY COLLEGE 腾飞科技文化节之电子设计大赛结题报告设计课题：机车轮箍缓驰报警装置专业（系） 电气工程系 学生姓名 左智雄、李文、黄斌 指导老师 赵巧妮 完成日期 2010.12 一、系统方案设计背景及总体思路随着列车牵引吨位与运行速度不断提高，对机车走行部的安全性和可靠性有了更高的要求，但机车走行部时有故障发生，尤其是机车轮箍缓驰，直接影响行车安全，极大干扰了列车运行次序，对人民生命和财产安全构成极大的威胁。轮箍缓驰的主要原因有：1）由于机车制动机故障，机车制动后不能正常缓解，机车抱闸运行，轮箍与闸瓦长时间磨擦发热，轮箍达到一定温度后，导致轮箍缓驰。2）由于机车基础制动装置故障，某一制动杆系存在机械犯卡现象，运行中机车制动后单个闸缸不能正常缓解，同样使轮箍与闸瓦长时间磨擦发热，轮箍达到一定温度后，导致轮箍缓驰。为此我们在采取针对性的防范措施的同时，研发机车轮箍缓驰报警装置，在机车上加装该装置后避免因轮箍缓驰不能及时发现引发行车安全事故。不管是机车制动后不能正常缓解，还是制动杆系存在机械犯卡实际都是制动后制动装置没有回位，为此，我们在制动装置上加装一个位移传感器，通过检测制动前的位移与制动后的位移变化情况，超出一定范围测表示出现故障，并且控制器发出报警信号。并且控制器取机车上的制动信号，在检测到制动信号时，检测8个轮的制动移位，到制动信号停止时，再检测8个轮的制动装置位移，通过处理比较，判断是否回位，如没回位则通过语言报警，提示司乘人员及时处理，避免因轮箍缓驰不能及时发现引发行车安全事故。由于一台机车有两个驾驶室，为方便操作，所以前后驾驶室各一台报警装置。系统总体框图如下：A报警装置 B报警装置RXDTXDGNDSTC89C52ADC0809语音报警模块电源模块8路位移传感器1路制动检测模块储存模块时钟模块LCD显示通信模块二、方案论证与比较（1）单片机案选择与比较方案一： 单片机。采用AT89S51进行主控制，不带内置看门狗，不带EEPROM。 还需要添加一片外部EEPROM芯片。方案二：单片机。采用STC89C52RC进行主控制，带内置看门狗，带EEPROM(2K)。综合考虑，方案二的STC89C52RC更适合本产品，所以选择使用方案二。（2）显示案选择与比较方案一：液晶显示。采用1602液晶进行显示，没有显示汉字功能，操作人员用起来麻烦。方案二：液晶显示。采用12864液晶进行显示，具有显示汉字功能，较好的人机交换界面，给人以友善的界面。综合考虑，方案二的12864液晶显示更适合本产品，所以选择使用方案二。（3）硬件模块从系统组成框图中可以看出，系统可以由以下几个模块组成：制动回位检测模块、制动信号检测模块、报警模块、电源模块、通信模块、时钟模块、控制器、储存模块、LCD显示模块等组成。（4）电源模块：电源输入采用DC110V，输出DC12V、5V组成相应的模块供电。（5）制动回位检测模块：包括8个移位传感器，位移传感器输出0-5V电压信号，经ADC0809转换成数字信号，经单片机处理成移位量，单片机采用总线方式连接。三、系统硬件模块设计（1）制动回位检测模块：图3-1（2）制动信号检测模块： 采用1个PC817光耦，通过机车制动信号控制光耦的导通给单片机开 关量信号。图3-2（3）报警模块：ISD4004 系列单片录放时间8 至16 分钟,音质好,芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或Microwire)送入。通过LM386功率放大推动扬声器。图3-3（4）时钟模块：时钟模块以Philips公司生产的PCF8563作为核心元件(图3-4)。PCF8563是Philips公司推出的一款带I2C总线的多功能时钟/日历芯片。OSCI和OSCO引脚输入32.768kHz的石英晶振，将时钟源配置为片内振荡器。锂电池（3V）通过D9到Vcc给时钟芯片供电，使时钟芯片工作不受影响。通过I2C总线读取PCF8563的基准时间。（5）LCD显示模块： 本设计中LCD模块采用YM12864图像液晶(图3-5)，显示时间、车轮状态、报警纪录。D0D7为数据输入端。A0A1为使能端。图3-4图3-5（6）通讯模块：本设计中选用了Maxim公司生产的MAX487通信芯片(图3-6)。该芯片采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 A，采用半双工通讯方式。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连。/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，通过Q1控制。当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态。图3-6（7）主控制模块：本方案采用STC89C52RC单片机为主控制器(图3-7)。由单片机最小系统、四个按键、两个状态指示灯、P0口通过外接锁存器74LS573构成高电平锁存三总线，液晶模块，AD数据采集都接在三总线上。图3-7四、软件模块设计及流程图软件主要由信号数据采集模块、数据处理报警模块、时钟模块、显示模块构成。开始初始化按键功能切换时钟设置时钟/车轮状态报警纪录制动信号ADC读数据语言报警读时间时钟/车轮状态车轮状态串口通讯结束喂狗（看门狗）制动信号ADC读数据语言报警写报警纪录串口通讯喂狗（看门狗）写报警纪录Y