基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计摘 要安全问题是制约铁路发展的重要因素之一，尤其是在对列车运行速度要求日益提高的今天，安全问题更是显得尤为重要。平交道口是铁路安全运输问题的重点和薄弱点，因此如何提高铁路平交道口的安全性也就成为了一个极具重要性的课题。本课题针对我国铁路平交道口的现状，利用单片机技术开发了平交道口来车自动报警系统，采用了可靠性高、价位低、普及程度高、利于基层技术人员掌握学习的89C51作为控制芯片，利用了轨道传感器采集回来的车轮信息，准确地将来车信息通知道口值守人员及过往行人，大大减少了事故发生的隐患，为列车的安全高速运行提供了可靠的保障。针对系统工作环境的恶劣和工作的特殊性，在系统硬件设计过程中，重点突出了系统运行的可靠性、设备的坚固程度和对雷电等自然灾害的防护能力，在软件的编制上也采取了有力的抗干扰措施，因此，本系统的研究与设计具有重要的社会意义以及推广价值。关键词 运输安全，铁路道口，AT89C51，传感器，抗干扰 III 沈阳工程学院毕业设计（论文）AbstractThe traffic safety is one of the important elements for the rail traffic development, these days people want more and more fast training running speed, the traffic safety is becoming more important. Level road crossing is emphasis and weak point. So how to develop the security of the level road crossing is a very important problem.This article discusses the present situation of our rail level road crossing, use single-chip microcomputer system to design the coming vehicle automatic warning system for level road crossing. The core chip is 89C51 which has high reliability, low price and good universality. Most technicians can master it easily. The system gets the coming vehicles message, and gives notice to the crossing keeper and the people. So it can reduce the hidden dangers and provide the insurance for the rail traffic.Because of the bad running environment and working important, so we think much of the system running reliability, firmness of device and lightning-proof ability. Some measures also are taken in the software. So the research and design of this system is very necessary.Key words Traffic Safety, Rail-way Crossing, AT89C51, sensor, resist disturb基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计目 录摘 要IAbstractII1 绪 论- 1 -1.1 问题的提出- 1 -1.2 研究的意义- 1 -1.3 国内外研究现状- 2 -1.4 设计目的和要求- 2 -2 自动报警系统构架及技术指标- 4 -2.1 系统组成部分- 4 -2.2 系统工作的平面示意图- 4 -2.3 系统主要技术指标- 5 -3 系统硬件设计- 6 -3.1 系统主电路的设计- 6 -3.1.1 AT89C51性能介绍- 6 -3.1.2 信号输入与输出- 7 -3.2 传感器的选择以及安装使用方法- 8 -3.2.1 传感器选择的依据- 8 -3.2.2 传感器的安装使用方法- 8 -3.3 信号处理电路的设计- 9 -3.3.1 信号输入级- 10 -3.3.2 信号整形级- 10 -3.3.3 光电隔离级- 10 -3.3.4 锁存选通级- 11 -3.4 语音电路的设计- 11 -3.4.1 PIC16C71单片机介绍- 11 -3.4.2 ISD1420 芯片介绍- 12 -3.4.3 语音电路设计- 13 -3.5 键盘输入及数码显示电路- 14 -3.5.1 键盘输入电路- 14 -3.5.2 数码显示电路- 15 -3.6 打印接口的设计- 16 -3.7 系统电源电路设计- 17 -4 系统软件设计- 18 -4.1 软件设计的主要步骤- 18 -4.2 系统软件总体设计- 18 -4.3 断线检测模块- 20 -4.4 列车接近检测处理- 20 -4.5 列车通过复原流程- 24 -4.6 打印机软件设计- 25 -4.7 语音广播系统软件流程- 28 -5 系统抗干扰及可靠性设计- 29 -5.1 系统抗干扰性及可靠性设计原则- 29 -5.2 系统干扰源分析以及硬件抗干扰措施- 29 -5.2.1 较恶劣的供电条件及抗干扰措施- 30 -5.2.2 较强的空间电磁波干扰以及抗干扰措施- 30 -5.2.3 对信号通道的干扰以及抗干扰措施- 30 -5.2.4 雷电对系统的干扰以及抗干扰的措施- 31 -5.3 软件抗干扰措施- 32 -5.3.1 数字滤波- 32 -5.3.2 软件陷阱- 33 -5.3.3看门狗- 33 -5.3.4 指令冗余技术- 34 -5.4 系统可靠性设计- 34 -6 结 论- 36 -致 谢- 37 -参考文献- 38 -基于单片机的铁路道口报警系统的研究与设计1 绪 论1.1 问题的提出 铁道平交道口的安全，是直接关系到行人人身安全和列车运行安全的关键。由于火车的速度高、铁轨的弯道多及地形复杂，再加上我国是一个人口众多的国家，所以往往会出现一些意想不到的情况。当火车司机看到平交道口有意外时，刹车已经来不及了，其结果就会出现重大的伤亡事故。平交道口是铁路和公路的平面交叉，随着铁路行车速度、密度的不断提高和公路车辆的急速增多，平交道口的安全问题，已经变的非常突出。成为铁路安全运营的薄弱环节。平交道口有区间和站内之分，以及有人看守和无人看守之分。随着科学技术的进步，有人看守的区间道口在设备上逐步得到加强，事故明显减少。然而站内道口由于多是地处人口稠密、经济活动频繁的市镇地区，公路交通车辆日益增多，平交改立交费用昂贵，技术困难。而且，很多的站内道口附近的铁路行车作业非常复杂，正线、专用线、调车线等四通八达，通向道口的线路很多，与车站信号联锁困难，所有的这些因素都制约了平交道口改为立交道口的进程，这就决定了平交站内道口在今后相当长的一个时期内仍将继续存在，服务于运输生产1。为改善铁路平交道口尤其是站内道口的安全状况，有必要设计一种具有高可靠性的道口报警设备，在列车接近道口前告警，提示道口职守人员及行人、车辆注意，以确保列车安全通过，减少以至杜绝道口交通事故的发生。1.2 研究的意义铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉、交通运输体系的骨干，对于国家社会经济的正常运行和发展具有举足轻重的作用和全局性的作用。现代化的交通运输主要包括铁路、水路、公路、航空和管道五种方式。它们各自有其不同的技术特征和使用范围。与其他的运输方式相比较，铁路运输具有运输能力大、能够负担大量客货运输的任务、速度快、受气候条件限制小、可全天候运营、运输成本低等优点，因此，我国正大力发展铁路行业的建设事业。铁路道口是铁路和公路，也是铁路和社会的一个交合处，涉及社会的方方面面，道口安全工作的好坏，直接关系到人民生命财产的安全，关系到和谐社会的构建，关系到铁路在社会中的形象的确立，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。如果道口都由人来看守，则有的道口一天通过几十列火车，而横向通过道口的人流和车流较多，这样势必会造成道口看守人员疲劳而出事故；有的道口则一天也没有几列车或人员、车辆较少，而造成看守人员的浪费。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、错报事件的出现机率，从而有效的避免道口交通事故的发生。而且，道口安全问题说到底还是人的问题，只要及时准确的将来车情况通知道口工和行人，并且道口工采取放杆禁止通行、立岗接车，行人自动停止等待列车通过，这样就可以避免事故的发生，而且由于我国铁路的实际条件和经济状况考虑，国外铁路的一些设备和措施在我国也不是效果很好，所以立足我国铁路实际情况，开发适合的道口报警设备具有重大意义。1.3 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，英国安全工作做的比较好，近年来其道口事故发生率和每个道口平均死亡人数均比其他各国低。这主要得益于英国政府增加警力，强行控制道口违章行为。在驾校增设关于平交道口的安全教育，开展平交道口危险性的宣传活动。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（英文名称缩写LCP）。其工作过程是在道口装一个LCP单元，两边轨道的端点处各装一个无源转辙器。当列车经过前转辙器时，轨道电路的阻抗和电压会线形减少，呈现下斜图形，反映列车接近轨道口的位置，LCP根据图形斜率计算列的速度，确定列车经过道口的时间，从而产生报警，当列车经过后转辙器以后，报警结束。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2,3。所以，立足我国铁路现状，开发实用的站内道口自动报警设备仍是当务之急。1.4 设计目的和要求系统总体采用AT89C51单片机为道口自动报警系统的核心，用安装在钢轨内侧的成对的车轮传感器组成检测点，感应到的车轮信息通过标准信号电缆传送到道口房的主机内，根据单片机计算出的速度、检测点与道口的距离，以及道口附近铁路线的分布情况，对列车是否通过道口做出智能判断。如果列车将要通过道口，则要提前40-90秒给出声光报警信号，以通知道口工。如果列车从车站的另一咽喉进站正在