基于无线通信的车辆防遛外部制动系统的硬件设计与研究

基于无线通信的车辆防遛外部制动系统的硬件设计与研究摘要：随着国民经济迅速发展,铁路货物运输日益繁忙,因此铁路安全运输面临着更加严峻的形势。铁路站场到到发线车辆防遛装置铁鞋，是铁路运输生产的重要安全设备。铁鞋的主要作用是防止站场到发线上的车辆与其他车辆发生冲突碰撞，危机运输安全，导致行车事故。而在现场工作中铁鞋的安放、取回等都由人工完成，并且在此过程中铁鞋是否安放到正确位置或者是否被盗都的由人工多次到现场确认，从而费时费力。为了解决这样问题，提出一种基于无线通信和自动感知的新型智能铁鞋。该系统硬件部分采用无线模块将传感器采集的数据实时反馈给上位机，供上位机进行统一的处理。实践证明该系统能够满足现场需求，并给铁路运输生产创造客观的经济效益和社会效益。关键字：采集；铁鞋；单片机；无线传输模块中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：0引言传统的防遛铁鞋是铁路行业为了，防止停放在股道的车辆发生溜逸而设置的钢轨踏面与车轮之间的固定装置。按照铁路行业相关规定：线路上停留车辆，在不作业时，应以铁鞋等防遛装置牢靠固定。如何有效的管理和使用好铁鞋是一个安全问题，当前的作业办法主要依靠操作人员的互相监督、频繁的现场查看来确保铁鞋状态完好，效率很低，而且由于主观因素较多，容易引起铁鞋改装的未装或者该卸的未卸而导致的车辆溜逸、铁鞋被盗、脱轨掉道等事故。于是，本文在节能经济的前期下，寻找了一种既能避免一系列的安全事故又能实现全自动操作的智能防遛铁鞋系统。1、系统构成及方案本系统主要有一下三部分组成：1.1智能铁鞋部分它是在传统铁鞋上面加装带有无线数传模块和传感器的采集板，该采集板将传感器采集的数据通过单片机处理后经过无线模块发送到接收端处理。1.2数据接收端该接收端由无线传输模块将智能铁鞋部分发来了的数据通过专用的准换芯片，将数据通过USB口传入上位机。1.3上位机系统用于处理来自数据接收端的信息，将数据转化为人员可以方便使用的信息。供管理人员操作和存储。（在本文只介绍硬件部分）2、智能铁鞋部分智能铁鞋的采集板部分硬件框图如图一所示；图一采集板硬件框图为了实时检测车轮与铁鞋踏面之间的距离，该部分采用HC-SR04型超声波传感器模块将车轮与铁鞋踏面的距离通过超声波测出后再输入单片机处理。首先通过STC89C52单片机的P0_0口发出至少10us的高电平信号;接着HC-SR04模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；最后当有信号返回，通过单片机的P0_1口检测HC-SR04的ECHO输出，ECHO接口高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。HC-SR04与单片机的接口框图如图二所示。图二HC-SR04与单片机的接口框图单片机STC89C52在接收到三次测速值后求出平均值，将该值通过APC220-43型无线传输模块发送回数据接收端。APC220-43模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片ADF7020-1。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，使得抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误。达到业内的领先水平。APC220-43模块提供了多个频道的选择，可以在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数。APC220-43模块能够透明传输任何大小的数据，而用户无须编写复杂的设置与传输程序，同时小体积宽电压运行，较远传输距离，丰富便捷的软件编程设置功能，使之能够应用与非常广泛的领域。模块内设256bytes大容量缓冲区，在缓冲区为空的状态下，用户可以1次传256bytes的数据，当设置空中波特率大于串口波特率时，可1次传输无限长度的数据，同时APC230-43模块提供标准的UART/TTL接口，1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600bps七种速率，和三种接口校验方式。APC230-43模块外部接口采用透明数据传输传输方式，能适应标准或非标准的用户协议，所收的数据就是所发的数据。3、数据接收端该部分放在控制室室内，通过APC220-43型无线传输模块接收来自智能铁鞋的数据，将接收到的无线信通过CP2102型UART转USB转化芯片转化，最后送入工控机内进一步处理。CP2102其集成度高，内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线（UART），支持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件。CP2102与其他USB-UART转接电路的工作原理类似，通过驱动程序将PC的USB口虚拟成COM口以达到扩展的目的。其接口框图如图三所示。图三4、硬件制作与测试情况本设计的USB口采用mini型接口该接口用于广泛，常见于MP3与手机等，便于更换。电路板采用双面设计，进一步缩小电路板面积。其中无线模块通过插针插在电路板上。数据接收端的电路板排线如图四所示。图四5、结论在实践通过检验，当波特率为9600时，综合性能比较好。通过在现场的长期检测，该系统硬件设计较为合理。能符合现场需求。参考文献：1唐士晟.风区车站停留车辆防溜研究J.中国铁路.2011(01)2钟丽萍.基于Pro/E和ANSYS渐开线齿轮接触应力分析J.机械设计与制造.2010(12)3宋毅.