电力机车弯道速度遥控—信号发射系统

摘摘摘摘要要要要本文简要介绍了目前的电力机车弯道速度遥控技术的发展概况，分析了电力机车弯道速度遥控系统的基本原理。该项技术以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的接收报警系统进行了详细的介绍。接收报警装置是以MCS51系列单片机为核心,采用无线遥控发射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统,根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。关键词关键词关键词关键词电力机车，弯道速度遥控，单片语音录放电路，无线遥控发射接收元件，单片机1ABSTRACTTHISARTICLEBRIEFLYINTRODUCESTHEDEVELOPMENTOFCURVESPEEDREMOTECONTROLINGTECHNOLOGYOFELECTRICLOCOMOTIVESANDANALYSISTHEBASICPRINCIPLEOFCURVESPEEDREMOTECONTROLINGSYSTEMOFELECTRICLOCOMOTIVESTHETECHNOLOGYTAKESSINGLECHIPRECEIVERCONTROLINGSYSTEM,WHICHISACOREOFTHELASTESTCURVESPEEDREMOTECONTROLINGSYSTEMOFELECTRICLOCOMOTIVES,ASACENTERITTAKESSIGNALSENDING,RECEIVING,PROMPTINGANDALARMSYSTEMSASASECONDARYTHISTOPICISADESIGNOFTHESIGNALLAUNCHINGSYSTEM,SIGNALRECEPTIONSYSTEM,SINGLECHIPRECEIVERCONTROLINGSYSTEMANDRECEIVINGALARMSYSTEMOFTHECURVESPEEDREMOTECONTROLINGTECHNOLOGYOFELECTRICLOCOMOTIVESTHISTOPICFOCUSESONTHERECEIVINGALARMSYSTEMINDETAILEDINTRODUCTIONMCS51SERIESMICROCONTROLLERISACOREOFTHERECEIVINGALARMINSTALLATIONSTHEINSTALLATIONSADOPTSWIRELESSREMOTECONTROLLAUNCHINGRECEIVINGCOMPONENTSASTHEDETECTCOMPONENTSWHENLOCOMOTIVEREACHESCURVEITTAKESHIGHQUALITYMONOLITHICPRONUNCIATIONRECORDINGANDSENDINGOUTELECTRICCIRCUITASPRONUNCIATIONALARMSYSTEMACCORDINGTOTHEDIFFERENTPOSITIONCODEDSIGNALWHICHMICROCONTROLLERRECEIVES,INSTALLATIONSISSUEDSPRONUNCIATIONALARMSIGNALSKEYWORDSELECTRICLOCOMOTIVES，CURVESPEEDREMOTECONTROLING，MONOLITHICPRONUNCIATIONRECORDINGANDSENDINGOUTELECTRICCIRCUIT，WIRELESSREMOTECONTROLLAUNCHINGRECEIVINGCOMPONENTS，MCS51MICROCONTROLLER2目目目目录录录录1绪论272发射电路2821调频发射机的性能指标2822FM调制器29221中小规模集成块构成的FM调制器29222大规模集成块构成的FM调制器32223前级功率放大器35224末级功率放大器36225直流稳压电源403接收电路414报警电路4241报警硬件组成4242报警控制过程435单片机系统电路及程序4451单片机最小系统4452单片机控制报警电路456结束语453致谢46参考文献471绪论绪论绪论绪论随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导，电力机车的发展取得了巨大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复杂的地区，弯道运行容易出现脱轨事故。因此，列车安全问题被摆在了首要位置。在综合安全和效率的同时，弯道速度遥控技术便被提上日程。在电力机车弯道速度遥控系统中，报警系统是重要一环。它直接关系到电力机车进入弯道以后的安全问题。特别是出现故障时，该系统作出及时报警，提醒机车驾驶员快速制动，就能避免事故的发生。把乘客的生命财产损失降到最低程度。在安全的基础上科学的提高机车速度，就可以节省时间和燃料，提高列车运行效率。电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。根据网络资源以及相关资料调查，类似本课题的项目在国内外有一定的研究成果。各种具有类似报警控制功能的装置也就应运而生。其中的一种接收报警装置是以MCS51系列单片机为核心,采用无线遥控发射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统,根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。该装置具有结构简单，便于维护，操作方便，适应性强等优点。4列车驾驶室安装上此装置后，就能迅速得知机车的运行现状并立即做出反应。基本上实现了智能化，更人性化。图1总方框图2发射电路发射电路发射电路发射电路发射机按调制方式可分为调幅（AM）、调频（AF）、调相（PM）和脉冲调制四大类，他们又有模拟和数字之分。这里只讨论调频发射机，因为它广泛用于广播、电视、通讯、报警、遥控、遥测、电子对抗等领域中。调频发射机由调制器，前置功放，末级功放（含保护电路）和直流稳压电源等部分组成。21调频发射机的性调频发射机的性调频发射机的性调频发射机的性能指标能指标能指标能指标1发射频率0和频率范围所谓发射频率0是指载波频率，频率范围是指可以变动的范围。2发射功率P发射功率P是指接上负载后实际输出的功率。3输出阻抗对调频广播而言，一般要求输阻抗为50；对电视而言一般要求75。4残波辐射残波辐射是指杂波与输出功率之比。5音频输入阻抗和电平音频输入端要求的阻抗和输入电平。6信杂比信杂比是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后有用信号功率与噪声功率之比。7失真度失真度是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后单音频信号的失真度。弯道集成无线遥控发射系统电源单片机AT89C2051无线遥控接收系统555芯片发射电路功放电路和喇叭58频率响应频率响应是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后输出音频的幅频响应。9效率效率是指输出功率P与电源消耗的总功率P0之比。一般用表示。PP022FM调制器调制器调制器调制器20世纪末广泛采用以中小规模集成块构成的FM调制器，近几年大规模集成块构成的FM调制器已进入市场。现分别予以介绍。221中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的FM调制器调制器调制器调制器（1）由中小规模集成块构成的FM调制器原理方框图如图21所示。它由三部分组成，即I为频率合成器；II为音频处理器；III为FM波的缓冲放大器。图21中小规模集成的FM调制器原来图频率合成器的作用是产生一个震荡频率稳定度极高的FM波信号，它是调制器的核心部件。音频处理器的作用是将各种各样的音频信号经过处理后，变成输出阻抗和电平基本一样的信号，再将这些信号加至压控振荡器的变容二极管上。射频缓冲放大器起缓冲，放大，匹配和滤波的作用。（2）线路分析频率合成器（I部分）6由中小规模集成块构成的频率合成器。它产生一个频率稳定度与参考晶体管振荡器相同的高频震荡。音频信号处理器（II部分）音频信号处理器如图22所示。IC1和其外围电路组成平衡转换为不平衡及放大电路。RP1是调节共模抑制比用的，抑制想交流电之类的共模信号，从而提高共模抑制比KCMR。单声道平衡输入信号经过共模抑制电阻网络送到运放IC1进行放大并转化成单端信号，再经RP4调节至适当电平输出，使之在1KHZ0DBM输入时频偏为75HZ,然后在把这个电平送给由C10（1000PF）和电阻R12（51K）组成的50S预加重网络，使音频高端信号得到提升。目的是减少发射与接收时高音频端的调频噪音的影响。图22音频处理器原理图单声道不平衡输入信号经RP2（10K）调节到适当电平输出，使之能在1KHZ300MV输入时，频偏为75KHZ，将这个信号送到预加重网络。立体声复合信号（经过立体声编码后的信号）经RP31K调节到适当电平输出，使之能在1KHZ300MV输出时，频偏为75KHZ将这个适当电平直接送到后面调制振荡器的变容二极管上。射频缓冲放大器（III部分）射频缓冲放大电路的原理见图23所示。它由三级缓冲放大和一级输出放大器组成。7图23射频缓冲放大器来自压控振荡器的FM信号，经过三级缓冲放大，由VT1、VT2和VT3组成，主要起缓冲隔离作用，减轻振荡级的负载，提高频率稳定度。VT1采用低噪声场效应管J130或3DJ9，这三级均为射级跟随器。L1、C8和C9组成低通滤波器。信号经过三级缓冲放大后，在VT3的发射极（E极）分两路，一路经R3951接至频率分频端，经固定10分频，可变程序分频（N）,然后加至鉴相器与参考信号进行相位比较。另一路经带通滤波器BPF到输出放大器VT4。输出放大器由VT4、VT5和VT6组成。VT4是放电管，工作于甲类状态，其直流电压由VT5控制，调节电位器RP1使VT5的基极（B极）偏压变化，从而使VT5的VCE的电压发生变化，使加在VT4的集电极（C极）的直流电压变化，因此控制VT4工作电压的大小，就控制了调制器送来的FM波输出的大小，也就控制了整机功率输出的大小，所以，VT5为功率调整级。VT6是保护电路，VT6通过VD1和VD2接收频率失锁控制信号和末级负载失配严重（例如天线开路或短路）时，VD1或VD2导通，使VT6导通或饱和，从而使VT4的输出适当减少或截止，以保证发射机正常工作。锁相指示电路由运放IC1、VT7、VT8和锁相指示绿色发光二极管组成。当发射频率被锁定时，IC15脚接收一个正脉冲，使IC17脚输出为低电平，VT7导通，VT7管E极有电流流通，串接在VT7管E极上的锁相指示灯发亮，接着VT8也导通，使VT8的CE结电压（VCE2）A，上述过程成立，尽管P为固定值，当合理选择N和A值，值即可连续。现举例说明。MC145152A的最大为63，取P64MC12017或MC145152,则64N063可见N为大于A的任意数，A为063均可使之连续，由于MC145152的N值最大为1023，则最大值为图24是一个实验用大规模PLL芯片构成的原理电路图，其中除大规模芯片MC145152外，VCO用MC1648，前置分频器是MC12022，有源滤波器由运放741组成，输出放大器由三极管2SC3355组成，大规模芯片是通过编码开关，可分别置入R、A及N值。管脚7为R，管脚8为U，管脚9是变模输出，管脚1为分频输出，管脚26、管脚27外接石英片构成振荡器。10图24用大规模PLL芯片构成的小功率调频调制器原来电路图VCO芯片管脚3为缓冲输出，一路供前置分频器MC12022，一路供2SC3355放大后输出，图中有关LPF的参数由计算及实验决定。由于芯片集成度高，大大简化了PLL的设计，我们要做的主要是确定R和设计LPF。确定R时应满足R为步长（频点间隔）的整分数；石英频率为商品值并与芯片的R值配合可产生R；由R确定的N值应在芯片范围，而且必须满足NA；R不应落在调制频率基带内；调频PLL的低通滤波器截止频率应低于调制基带的最低频率，由于低通滤波器的幅频特性不是和陡峭，为避免反馈而造成失真和调制的变化，LPF的截止频率应为基带最低频率的（110）（1100）。这时，系统捕捉时间会达到秒级，但一般不影响使用，因为工作进入锁相后再没有捕捉过程了。研究PLL工作过程和状态，主要观测其输出信号的频率及频谱，测量频率快速变化需要有高速的频率电压（或电流）变换。在频率很高时有困难的，可以通过观察VCO的控制电压来间接获得频率的信息，因为这个电压与震荡频率有既定的关系，在小范围内是线性的。因此，捕捉过程，环路直激过程，频谱纯度11都可以反映出来，寻找不正常的PLL故障也大多从这个电压开始，控制电压通常由示波器检测。音频处理器可以借用图22所示的电路。平衡音频信号，不平衡音频信号，立体声复合信号经过音频信号处理后，均变成不平衡音频信号，并调整电平使之VCO最大频偏为75KHZ。该调制器的输出电平为50MW，阻抗50。223前级功率放大器前级功率放大器前级功率放大器前级功率放大器前置功放单元是由三个功率放大晶体管组成的三级宽带放大器构成，具体电路见图25所示。这三级总增益约30DB，输出功率1520W。图25高频放大器（前置功放）原理图第一级由输入匹配网路和VT1FA531及其直流偏置电路组成。输入匹配网路由C1、C2、L1、C3、C4组成型低通滤波型阻抗变换器，它不但使输入端50阻抗与第一级晶体管的基极阻抗（低阻抗，小于50）相匹配而且有抑制高次谐波的作用，调整C2可以达到宽带匹配，同时C1和C2对输入信号起分压作用。YA531工作在甲类状态，EQ1和EQ2为退耦元件，目的是通直流和去除高频交流，以减少交流通过电源引起相互串扰。第二级由VT2（3DA92C）功放管及前后级间匹配网路、直流偏置电路组成，工作在甲乙类。C14、L3、R6、C15、C17组成级间匹配网路，使第一级输出阻抗变换到第二级输入阻抗，从而达到匹配，同时C14和C17也其分压作用。L3、R6、C15、C16组成吸收回路，滤出87MHZ以下的残波。R7串在基极回路内以防止寄12生震荡。第三级由VT33DA825C功放管及级间匹配网络及直流偏置电路组成。工作在乙类状态。级间耦合匹配网络由C27、L5、C28、C29、L6组成，这是一节T型低通滤波器阻抗变换器，调频信号经3DA825C放大后，分两路一路经输出匹配网络到末级功放；另一路从VT3E极取样经R16送至测量开关，用做电流测量，正常工作时电流在1217A之间。输出匹配网络由L8、C43、C44、C45、C46组成，这是一节型低通滤波器的阻抗变换器。C44也用来调节宽带匹配。前置盒三级功放中的基极直流偏置电路形式一样，均为并联馈电方式。为使晶体管工作在甲类或乙类状态，采用分压式供电与发射极共用一个电源。同时考虑减少基极直流外电路对晶体管基极输入阻抗的影响。在分压供电外电路中串入高频阻流圈，对直流供电提供通路，而对高频电流供电电路相当于开路，减少高频电流对电源的窜扰。应该指出如果三级均调谐在某一个频点上（例如中心频率0上）是很难满足总带宽要求，必须利用扫描仪进行参差调谐，才能满足总带宽要求。224末级功率放大器末级功率放大器末级功率放大器末级功率放大器末级功放根据输出功率不同，其输出电路不一样，根据广电总局的标准分为30W、50W、100W、300W等等，目前用全固态器件采用功率合成技术可以做到高达30005000W。单管输出功率可达到100300W。例如MFR317就可以获得100W的输出功率。现以50W功放为例，说明末级功放的工作原理。其输入阻抗为50，电平为50W，阻抗为50。所提供直流电压为24V。功率放大器原理图如图26所示。下面从设计角度经行详细介绍。图26末级功率放大器（50W）原理图131565323232P2CLM2PUR（1）工作状态的选取为了提高效率，末级功放一般采用丙类放大，且选取半导通脚为700。根据放大器的动态特性，随着信号的加大，动态范围将由放大延伸到包河区。集电极电流IC将由标准的余弦尖顶脉冲到凹顶脉冲。考虑到凹顶脉冲产生的失真会增大，残波辐射会增加，选取临界状态是比较合适的。这时输出功率较大，集电极效率也高，残波辐射有小。在晶体管功率放大器中，可以从改变激励电压、基极偏压VBB就可以改变放大器的工作状态的。通过激励电压VBB就可以改变放大器的工作状态的。（2）末级功放参数的计算考虑输出匹配网络和输出滤波器的插入损耗03DB，则末级晶体管的实际输出功率要求达到536W。作为工程近似计算，可以认为集电极最小瞬时电压为饱和导通压降UCES07V于是UCLMVCCUCES2407233V。其电压利用系数为由公式PU2CLM/2RP得所以取导通角700，0（700）0253，1（700）0436，G1（700）173，（700）0289则WIVP646622530CMAXCC0410653640CPPP总效率97024323CCCLMVUARUI59415323PCLMCLMAII51043609547001CLMCMAX）（AII6625102530CMAX0C0783646530PP786450总14（3）功放管的选取末级选取BLW78，基极输入阻抗约为15，转换到输入端阻抗为50根据上述分析，负载阻抗RL50也要转换为末级所要求的阻抗RP51。（4）集电极电源电路和基极偏置电路对于集电极电源电路，要求调制信号经过放大后不至于使信杂比恶化，所以对电源的波纹要有一定的要求。在供电电路中要考虑把直流回路与基波回路分开，常常采用“并馈”方式。图中L、C用来抑制射频和去耦，使ICO只通过晶体管。对于基极偏置电路一般不采用独立的偏置电路，而采用自给偏置电路。最常用有两种。图（A）是利用基极电流的直流分量在基区体内阻RBB上产生的偏置电压。由于RBB很小所以偏置电压很小，接近乙类（900）工作状态。所以常采用（B）图方法，利用基极电流的直流分量在R0上产生偏压，调节RB即可改变通脚，使之满足700（5）宽带匹配网络宽带放大器和窄带放大器没有本质的区别，就晶体管工作状态以及集电极电路、偏置电路等而言，两者是完全一致的，区别仅在于输入、输出电路及级间匹配电路，即要实现宽带放大，必须采用宽带匹配网络。输入、输出匹配电路两者没有实质区别，都是阻抗变换及匹配网络。输入电路就是将晶体管的基极输入阻抗（50W功放管BLW78的基极输入阻抗约在15左右）转换到放大管BLW78希望得到的负载电阻（51）。在宽带匹配网络中，常采用传输线变压器、多节LC网络、微带等多种形式，前者适用于小功率放大匹配网络，对于大功率放大器，有磁心发热以及体积大等问题，故很少采用。微带匹配网络因篇幅限制，这里不详细介绍，它放到微波电路进行介绍，这里重点介绍多节PL网络。我们先看看单节PL网络是怎样实现阻抗匹配的。PL电路有型、型、L型等电路。前两种电路为三个电抗元件。后者为两个元件。在计算这些元件值时要同时满足谐振和阻抗变换两个条件。L型电路只有两个元件，两个要求，所以他的解是唯一的。而型电路、T型电路，在计算元件值除满足以上两个条件外，还必须假设一个回路Q值才能解出三个元件值，因此他的解不是唯一的。下面以L型电路为例，介绍匹配原理和计算方法。R1，R2为欲匹配的电阻值，求C1，L2的值。根据L型降阻网络公式，则2121111|RRRRCX15|22212RRRLX解此方程得当R1R2时，则以输入回路为例，R150,R215,100MHZ，则若C193PF,L2266NH,则构成的匹配网络属窄带网络，难于满足频率从87MHZ至108MHZ整个频段内都匹配的要求。为了使匹配电路增加带宽，可以采用多节LC网络，使每一级的阻抗匹配变换缓慢以换取带宽特性，例如将一级改为三级，求其变换阻值为50164815。上述计算方法同样适用于级间匹配网络和输出回路。不过输出回路最后再增加切比雪夫滤波器，主要抑制二次、三次谐波，降低残波辐射，提高频谱纯度。同理可以计算输出回路的匹配网络的元件值。实用电路（通过实验得到的）与上述计算值有较大差异，这是因为上述计算时未考虑分布参数和晶体管的级间电容的影响。在图中26中C6、C7、L1、C8、L1、C9和L3组成输入回路匹配网络；L5、C11、L6、C12、L7和C13组成输出回路匹配网络，C14是隔直电路；C15、L8、C17、L9、C16、C18、L10、C19、C20组成切比雪夫滤波器（低通滤波器），其中C1718PF、L9组成二次谐波并联谐振回路（吸收二次谐波成分），C1912PF,L10组成三次谐波并联谐振回路（吸收三次谐波成分）；ZL、C10、R1构成功放级偏置电路，调整21211RRRRC2122RRRL2111RRC212RRLPF935150101002161PICNH626101002515062PIL16R1的大小改变功放的工作状态，使之在额定功率输出时其导通角为700左右（丙类工作状态）。在这个电路中采用的定向耦合电路是传感器，它提供输出的入射功率和反射功率的测量和控制、保护电压。T是铁氧体电流互感器，工作在宽频带，改变频率不用调整。T用来检测带状线上的电流，而R3和RP1组成分压器将输出带状线的电压分压取样，通过桥式得出相应的入射和反射功率。当只考虑I1时，T次级感应电压是左正右负，使R4上的电压VR4与RP1上的电压VRP1是同相叠加的，经VD1检波后输出与入射功率成正比的直流电压。而R5上的电压VR5与RP1上的电压VRP1是反射叠加的。当调节RP1时使VRP1VR5时，经VD2检波输出电压为0。同理当考虑IR时，VR5电压与VRP1同相，经TD2检波后，输出一个与反射功率成正比的直流电压。而VR4与VRP1反相，当VR4VRP1,经VD1后的直流电压为0。定向耦合器有四路输出，一路是“入射控制输出”，即入射功率ALC控制电压输出，接至调制器的输出级。如天线开路、短路、接触不良等，反射过强。“反射控制输出”输出一个高电平加到图29中R37端，然后经R37、VD2加到VT6的基极上，使VT6饱和导通，从而使VT4的增益大大下降，导致激励功率下降，起到天线开路短路保护作用。“反射控制输出”输出电平是通过RP2进行调节的；另一路是反射功率指示。RP3是调节P的大小，而RP4是调节P的大小。225直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源50W调频发射机直流稳压电源如图27所示。B为电流变压器，IC（AN7824）是基准电源，其值为24V，VT（3DD8B）为233V左右。VD1为保护管。此稳压源既简单又可靠，所选取的元器件数值均有较大的富裕度。实践证明，作为一个电子设备，其可靠性电源占7090左右。如果电源部能可靠地工作，才能保证整机可靠地工作。图2724V4A直流稳压电源原理图173接收接收接收接收电路电路电路电路接收机可使用超再生电路或超外差电路，超再生电路成本低，功耗小可达100UA左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机差不多。然而，超再生电路的工作稳定性比较差，选择性差，从而降低了抗干扰能力。下图为典型的超再生接收电路。图31分立元件接收电路超外差电路的灵敏度和选择性都可以做得很好，美国MICREL公司推出的单片集成电路可完成接收及解调，其MICRF002功耗更低，并具有电源关断控制端。MICRF002性能稳定，使用非常简单。与超再生产电路相比，缺点是成本偏高。下面为其管脚排列及推荐电路。18图32集成接收电路MICRF002使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖300440MHZ。MICRF002具有两种工作模式扫描模式和固定模式。扫描模式接受带宽可达几百KHZ,此模式主要用来和LC振荡的发射机配套使用，因为，LC发射机的频率漂移较大，在扫描模式下，数据通讯速率为每秒25KBYTES。固定模式的带宽仅几十KHZ，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可达每秒钟10KBYTES。工作模式选择通过MICRF002的第16脚（SWEN）实现。另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或CPU，以最大限度地降低功耗。MICRF002为完整的单片超外差接收电路，基本实现了“天线输入”之后“数据直接输出”，接收距离一般为200M。4报警电路报警电路报警电路报警电路41报警硬件组成报警硬件组成报警硬件组成报警硬件组成报警器硬件部分如图1所示的8个基本部件组成，可分为2个模块。其中，传感器、信号调制电路和AD转换电路组成信号采集模块。电力机车将要到达弯道的信号通过传感器转换为电信号，在信号调制电路中将信号放大，滤波，再经AD转换电路将模拟信号转换为数字信号。另一个模块是报警器主体模块，由单片机和声光报警系统、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成。单片机控制实现声光报警功能。GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路与单片机一起实现报警器经MODEM与机车操作系统的通信，使机车驾驶人员能够对机车的情况及时处理，进行限速控制。19图4报警系统及单片机42报警控制过程报警控制过程报警控制过程报警控制过程在本设计中选择把声音和红外线作为采集信号，所以用集成声音传感器PS2109和红外传感器BH用作采集系统的敏感元件。数据采集模块的电路图如图2所示，AD转换电路采用常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809ADC0809ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。主要特性8路8位AD转换器，即分辨率8位具有转换起停控制端转换时间为100S单个5V电源供电模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准工作温度范围为4085摄氏度低功耗，约15MW。引脚功能ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能IN0IN78路模拟量输入端。21288位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE地址锁存允许信号，输入,高电平有效。STARTAD转换启动信号，输入,高电平有效。EOCAD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。声光信息传感器信号调制电路A/D转换电路单片机AT89C51电平转换（RS232）MODEM报警系统GM16C20OE数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（）、REF（）基准电压。VCC电源，5V。GND地。ADC0809的工作过程是首先输入3位地址，并使ALE1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。5单片机系统电路及程序单片机系统电路及程序单片机系统电路及程序单片机系统电路及程序51单片机最小系统单片机最小系统单片机最小系统单片机最小系统AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提一种灵活性的方案。如图51所示,89C51的外部通过18,19脚连接一个晶振和两个电容,构成振荡电路,可以为单片机提供时钟频率。9脚通过一个10K电阻和一个10F的电容构成了一个简单的复位电路,EA接高电平,ALE、PSEN信号不用,这样就构成了一个单片机最小系统。这个最小系统未设复位键,系统加电时自动复位。2152单片机控制报警电路单片机控制报警电路单片机控制报警电路单片机控制报警电路图51单片机控制电路6结束语结束语结束语结束语建立合理的应急通信体系是关系国家安全、民计民生的大事。研究应急通信的特点、网络体系，要充分利用各种通信手段来保证应急情况下的通信保障，不仅需要考虑通信网络演进的趋势性影响，还要利用各种新技术。目前，国家正在建立国家应急联动系统，将逐步实现紧急呼叫和救助热线号码的统一。从这一步出发，整合政府各职能部门的资源，建立可靠的应急平台指挥体系，建立完整的应急通信保障体系。这不仅需要高层的高瞻远瞩，也需要社会各方面力量的配合。本设计主要采用AT89C51系列单片机为控制核心，以555定时器构成报警系统系统，采用射频技术，产生辐射范围广的弯道报警信号。在硬件电路设计中进行了优化设计。达到了及时报警的目的，很好地解决电力机车速度遥控的问题。由于时间和知识水平的限制，本设计主要进行了硬件电路的设计，对软件进行了一些理论上的研究，有待进一步的开发。22致谢致谢致谢致谢在设计期间，我得到了杨老师的精心指导。感谢我的导师杨老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。杨老师治学严谨，学识渊博，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，深深感染了我。“授人以鱼不如授人以渔”，使我不仅接受了新的思想观念，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法。对此，致以我深深的感谢。在整个设计过程中，我得到了小组成员大力支持和多方面的指导，在此向他们表示感谢。同时也非常感谢，为我们设计工作提供帮助的教师、教授和同学，再次向你们道一声谢谢23参考文献参考文献参考文献参考文献1高吉祥高频电子线路电子工业出版社J北京电子工业出版社，20052申明东矿用电机车车载弯道和岔道报警装置J北京高等教育出版社，20003高吉祥高频电子线路设计J北京电子工业出版社20074陆建民机车限速与自动报警装置J北京高等教育出版社，20065赵红斌史红霞袁秀珍电机车弯道道岔车内报警装置机械管理开发J北京高等教育出版社，20036刘春明梁晋电力机车远程实时监控系统的研究中国铁路J北京高等教育出版社，20057申明东矿用电机车车载弯道和岔道报警装置煤矿机电J北京高等教育出版社，20008郎立国，孟宪尧等电机车自动定位运行控制系统低压电器J20009刘秀林工矿电机车的电机电器的现状及发展趋势电气牵引J200510刘涛浅谈如何提高电机车的使用效率矿山机械J200511山丹，刘华毅电机车运行系统的单片机控制电气自动化J200512乔占明矿井窄轨电机车及矿车制动装置的研究D广州广东大学硕士论文，200224附录系统电路总图河河河河摘摘摘摘要要要要本文简要介绍了目前的电力机车弯道速度遥控技术的发展概况，分析了电力机车弯道速度遥控系统的基本原理。该项技术以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的接收报警系统进行了详细的介绍。接收报警装置是以MCS51系列单片机为核心,采用无线遥控发射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统,根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。关键词关键词关键词关键词电力机车，弯道速度遥控，单片语音录放电路，无线遥控发射接收元件，单片机25ABSTRACTTHISARTICLEBRIEFLYINTRODUCESTHEDEVELOPMENTOFCURVESPEEDREMOTECONTROLINGTECHNOLOGYOFELECTRICLOCOMOTIVESANDANALYSISTHEBASICPRINCIPLEOFCURVESPEEDREMOTECONTROLINGSYSTEMOFELECTRICLOCOMOTIVESTHETECHNOLOGYTAKESSINGLECHIPRECEIVERCONTROLINGSYSTEM,WHICHISACOREOFTHELASTESTCURVESPEEDREMOTECONTROLINGSYSTEMOFELECTRICLOCOMOTIVES,ASACENTERITTAKESSIGNALSENDING,RECEIVING,PROMPTINGANDALARMSYSTEMSASASECONDARYTHISTOPICISADESIGNOFTHESIGNALLAUNCHINGSYSTEM,SIGNALRECEPTIONSYSTEM,SINGLECHIPRECEIVERCONTROLINGSYSTEMANDRECEIVINGALARMSYSTEMOFTHECURVESPEEDREMOTECONTROLINGTECHNOLOGYOFELECTRICLOCOMOTIVESTHISTOPICFOCUSESONTHERECEIVINGALARMSYSTEMINDETAILEDINTRODUCTIONMCS51SERIESMICROCONTROLLERISACOREOFTHERECEIVINGALARMINSTALLATIONSTHEINSTALLATIONSADOPTSWIRELESSREMOTECONTROLLAUNCHINGRECEIVINGCOMPONENTSASTHEDETECTCOMPONENTSWHENLOCOMOTIVEREACHESCURVEITTAKESHIGHQUALITYMONOLITHICPRONUNCIATIONRECORDINGANDSENDINGOUTELECTRICCIRCUITASPRONUNCIATIONALARMSYSTEMACCORDINGTOTHEDIFFERENTPOSITIONCODEDSIGNALWHICHMICROCONTROLLERRECEIVES,INSTALLATIONSISSUEDSPRONUNCIATIONALARMSIGNALSKEYWORDSELECTRICLOCOMOTIVES，CURVESPEEDREMOTECONTROLING，MONOLITHICPRONUNCIATIONRECORDINGANDSENDINGOUTELECTRICCIRCUIT，WIRELESSREMOTECONTROLLAUNCHINGRECEIVINGCOMPONENTS，MCS51MICROCONTROLLER26目目目目录录录录1绪论272发射电路2821调频发射机的性能指标2822FM调制器29221中小规模集成块构成的FM调制器29222大规模集成块构成的FM调制器32223前级功率放大器35224末级功率放大器36225直流稳压电源403接收电路414报警电路4241报警硬件组成4242报警控制过程435单片机系统电路及程序442751单片机最小系统4452单片机控制报警电路456结束语45致谢46参考文献471绪论绪论绪论绪论随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导，电力机车的发展取得了巨大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复杂的地区，弯道运行容易出现脱轨事故。因此，列车安全问题被摆在了首要位置。在综合安全和效率的同时，弯道速度遥控技术便被提上日程。在电力机车弯道速度遥控系统中，报警系统是重要一环。它直接关系到电力机车进入弯道以后的安全问题。特别是出现故障时，该系统作出及时报警，提醒机车驾驶员快速制动，就能避免事故的发生。把乘客的生命财产损失降到最低程度。在安全的基础上科学的提高机车速度，就可以节省时间和燃料，提高列车运行效率。28电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。根据网络资源以及相关资料调查，类似本课题的项目在国内外有一定的研究成果。各种具有类似报警控制功能的装置也就应运而生。其中的一种接收报警装置是以MCS51系列单片机为核心,采用无线遥控发射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统,根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。该装置具有结构简单，便于维护，操作方便，适应性强等优点。列车驾驶室安装上此装置后，就能迅速得知机车的运行现状并立即做出反应。基本上实现了智能化，更人性化。图1总方框图2发射电路发射电路发射电路发射电路发射机按调制方式可分为调幅（AM）、调频（AF）、调相（PM）和脉冲调制四大类，他们又有模拟和数字之分。这里只讨论调频发射机，因为它广泛用于广播、电视、通讯、报警、遥控、遥测、电子对抗等领域中。调频发射机由调制器，前置功放，末级功放（含保护电路）和直流稳压电源等部分组成。21调频发射机的性能指标调频发射机的性能指标调频发射机的性能指标调频发射机的性能指标1发射频率0和频率范围所谓发射频率0是指载波频率，频率范围是指可以变动的范围。2发射功率P发射功率P是指接上负载后实际输出的功率。3输出阻抗对调频广播而言，一般要求输阻抗为50；对电视而言一般弯道集成无线遥控发射系统电源单片机AT89C2051无线遥控接收系统555芯片发射电路功放电路和喇叭29要求75。4残波辐射残波辐射是指杂波与输出功率之比。5音频输入阻抗和电平音频输入端要求的阻抗和输入电平。6信杂比信杂比是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后有用信号功率与噪声功率之比。7失真度失真度是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后单音频信号的失真度。8频率响应频率响应是指已调波在规定频偏的情况下经理想解调后输出音频的幅频响应。9效率效率是指输出功率P与电源消耗的总功率P0之比。一般用表示。PP022FM调制器调制器调制器调制器20世纪末广泛采用以中小规模集成块构成的FM调制器，近几年大规模集成块构成的FM调制器已进入市场。现分别予以介绍。221中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的中小规模集成块构成的FM调制器调制器调制器调制器（1）由中小规模集成块构成的FM调制器原理方框图如图21所示。它由三部分组成，即I为频率合成器；II为音频处理器；III为FM波的缓冲放大器。图21中小规模集成的FM调制器原来图30频率合成器的作用是产生一个震荡频率稳定度极高的FM波信号，它是调制器的核心部件。音频处理器的作用是将各种各样的音频信号经过处理后，变成输出阻抗和电平基本一样的信号，再将这些信号加至压控振荡器的变容二极管上。射频缓冲放大器起缓冲，放大，匹配和滤波的作用。（2）线路分析频率合成器（I部分）由中小规模集成块构成的频率合成器。它产生一个频率稳定度与参考晶体管振荡器相同的高频震荡。音频信号处理器（II部分）音频信号处理器如图22所示。IC1和其外围电路组成平衡转换为不平衡及放大电路。RP1是调节共模抑制比用的，抑制想交流电之类的共模信号，从而提高共模抑制比KCMR。单声道平衡输入信号经过共模抑制电阻网络送到运放IC1进行放大并转化成单端信号，再经RP4调节至适当电平输出，使之在1KHZ0DBM输入时频偏为75HZ,然后在把这个电平送给由C10（1000PF）和电阻R12（51K）组成的50S预加重网络，使音频高端信号得到提升。目的是减少发射与接收时高音频端的调频噪音的影响。图22音频处理器原理图单声道不平衡输入信号经RP2（10K）调节到适当电平输出，使之能在1KHZ300MV输入时，频偏为75KHZ，将这个信号送到预加重网络。立体声复合信号（经过立体声编码后的信号）经RP31K调节到适当电平输出，使之能在1KHZ300MV输出时，频偏为75KHZ将这个适当电平直接送到后面调制振荡器的变容二极管上。射频缓冲放大器（III部分）射频缓冲放大电路的原理见图23所示。它由三级缓冲放大和一级输出放大31器组成。图23射频缓冲放大器来自压控振荡器的FM信号，经过三级缓冲放大，由VT1、VT2和VT3组成，主要起缓冲隔离作用，减轻振荡级的负载，提高频率稳定度。VT1采用低噪声场效应管J130或3DJ9，这三级均为射级跟随器。L1、C8和C9组成低通滤波器。信号经过三级缓冲放大后，在VT3的发射极（E极）分两路，一路经R3951接至频率分频端，经固定10分频，可变程序分频（N）,然后加至鉴相器与参考信号进行相位比较。另一路经带通滤波器BPF到输出放大器VT4。输出放大器由VT4、VT5和VT6组成。VT4是放电管，工作于甲类状态，其直流电压由VT5控制，调节电位器RP1使VT5的基极（B极）偏压变化，从而使VT5的VCE的电压发生变化，使加在VT4的集电极（C极）的直流电压变化，因此控制VT4工作电压的大小，就控制了调制器送来的FM波输出的大小，也就控制了整机功率输出的大小，所以，VT5为功率调整级。VT6是保护电路，VT6通过VD1和VD2接收频率失锁控制信号和末级负载失配严重（例如天线开路或短路）时，VD1或VD2导通，使VT6导通或饱和，从而使VT4的输出适当减少或截止，以保证发射机正常工作。锁相指示电路由运放IC1、VT7、VT8和锁相指示绿色发光二极管组成。当发射频率被锁定时，IC15脚接收一个正脉冲，使IC17脚输出为低电平，VT7导通，VT7管E极有电流流通，串接在VT7管E极上的锁相指示灯发亮，接着VT8也导通，使VT8的CE结电压（VCE2）A，上述过程成立，尽管P为固定值，当合理选择N和A值，值即可连续。现举例说明。MC145152A的最大为63，取P64MC12017或MC145152,则64N063可见N为大于A的任意数，A为063均可使之连续，由于MC145152的N值最大为1023，则最大值为图24是一个实验用大规模PLL芯片构成的原理电路图，其中除大规模芯片MC145152外，VCO用MC1648，前置分频器是MC12022，有源滤波器由运放741组成，输出放大器由三极管2SC3355组成，大规模芯片是通过编码开关，可分别置入R、A及N值。管脚7为R，管脚8为U，管脚9是变模输出，管脚1为分频输出，管脚26、管脚27外接石英片构成振荡器。34图24用大规模PLL芯片构成的小功率调频调制器原来电路图VCO芯片管脚3为缓冲输出，一路供前置分频器MC12022，一路供2SC3355放大后输出，图中有关LPF的参数由计算及实验决定。由于芯片集成度高，大大简化了PLL的设计，我们要做的主要是确定R和设计LPF。确定R时应满足R为